Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ Основы кибернетики ДЛЯ СТУДЕНТОВ 2 КУРСА БАКАЛАВРИАТА КАФЕДРЫ «СТРАТЕГИЧЕСКОГО ПЛАНИРОВАНИЯ И МЕТОДОЛОГИИ УПРАВЛЕНИЯ» Дмитрий Евгеньевич Кожевников, 2012 год
Основные вопросы курса 2 Основные понятия и схемы кибернетики Теоретические и практические основы кибернетики Современные направления развития кибернетических наук Инструменты и задачи кибернетики Представление о кибернетическом способе мышления Д. Е. Кожевников, 2012
Рекомендованная литература и источники 3 Н. Винер Кибернетика, или управление и связь в животном и машине. - 2 -е издание. - М. : Наука; Главная редакция изданий для зарубежных стран, 1983. У. Р. Эшби. Введение в кибернетику, М. : «Иностранная литература , 1959 Г. Греневский. Кибернетика без математики. М. : Советское радио, 1964 Google Scolar Дополнительная литература: Л. Т. Кузин. Основы кибернетики. В 2 томах Москва, Энергоатомиздат, 1994 А. Г. Бутковский К методологии и философии кибернетики. Краткие тезисы. – М. , ИПУ РАН, 2011 Д. Е. Кожевников, 2012
Контроль 4 1. Домашние задания До 28 октября - доклад по выбранной дисциплине из оснований кибернетики До 2 декабря – доклад по выбранной дисциплине из современных приложений кибернетики 2. Экзамен: 20 теоретических вопросов 5 задач Д. Е. Кожевников, 2012
Предмет кибернетики 5 Предмет исследования: процессы управления в естественных системах Объект исследования: динамические системы различной природы Метод – вычислительный эксперимент (синтез математики, логики и статистики) на основе моделей. Д. Е. Кожевников, 2012
Что такое кибернетика 6 «Искусство правления или наука правителя» - А. М. Ампер «Искусство кормчего" - У. Росс Эшби «Раздел математики, занимающийся проблемами регулирования, рекурсивности и информации» - Грегори Бейтсон Д. Е. Кожевников, 2012
Кибернетика с точки зрения классиков 7 «Существует огромное разнообразие технических и живых систем, созданных по схеме с обратной связью, и Норберт Винер представил новую дисциплину, называемую Кибернетикой, способную работать с этим феном. Эта теория стремится показать, что механизм обратной связи лежит в основе любой целенаправленной деятельности, как в в машине, построенной человеком, так и в живой природе и обществе» - Людвиг Фон Берталанфи «Наука об эффективной организации» – Стаффорд Бир «Наука, исследующая системы любой природы, способные получать, сохранять и обрабатывать информацию для целей управления» – Андрей Николаевич Колмогоров «Наука об общих закономерностях строения управляющих систем и течения процессов управления» - Алексей Андреевич Ляпунов Д. Е. Кожевников, 2012
Кибернетика по Ф. Г. Джорджу 8 «Cybernetics could be thought of as a recently developed science, although to some extent it cuts across existing sciences. If we think of Physics, Chemistry, Biology, etc. as traditional sciences, then Cybernetics is a classification which cuts across them all. . Cybernetics is formally defined as the science of control and communication in animals, men and machines. It extracts, from whatever context, that which is concerned with information processing and control. . One major characteristic of Cybernetics is its preoccupation with the construction of models and here it overlaps operational research. Cybernetic models are usually distinguished by being hierarchical, adaptive and making permanent use of feedback loops. . Cybernetics in some ways is like the science of organization, with special emphasis on the dynamic nature of the system being organized» - F. H. George Д. Е. Кожевников, 2012
Кибернетика с точки зрения философов 9 «Кибернетика в основном толкует о цикличности» – Ранульф Гленвилль «Как известно, кибернетика определяется очень по- разному. Моя кибернетика не про математику и формализацию. Сегодня я определил бы ее так: кибернетика это искусство нахождения равновесия в мире вероятностей и ограничений» - Ернст фон Глазерсфельд «Теория взаимосвязи вероятностных динамических саморегулируемых систем с их подсистемами» - Георг Клаус. Д. Е. Кожевников, 2012
Основания кибернетики 12 «Истины кибернетики не нуждаются в выведении из какой-либо другой отрасли науки» – У. Р. Эшби. Д. Е. Кожевников, 2012
Направления развития кибернетики 13 Д. Е. Кожевников, 2012
Сочинение: Как я провел лето 14 Не менее страницы Вспомните примеры систем с управлением, которые Вы наблюдали этим летом. Опишите. Попробуйте нарисовать: Схему системы – изображение системы с точки зрения субъекта, позволяющее выявить в ней энергетические, информационные, временные и прочие ресурсы для использования в деятельности Модель системы – упрощенное отображение системы в какое-либо формальное пространство (функциональное, структурное, математическое и т. д. ) позволяющее наблюдателю предсказать поведение или реакцию системы на внешние воздействия. Д. Е. Кожевников, 2012
Схемы и модели систем. 15 Описание ситуации: Для обучения студентов необходимо дать им примеры практической деятельности. Практика носит фиктивный характер. Преподаватели, отрываясь от практической деятельности, теряют квалификацию. ВУЗ не заинтересован в изменениях, любой контракт, полученный на ВУЗ теряет до 50% стоимости и реализация его замедляется вдвое. Заказчики не доверяют ответственную работу студентам и преподавателям, для которых это не основной источник дохода. Д. Е. Кожевников, 2012
Основные понятия кибернетики 16 Структура и поведение Тождественность и различие Связь и сигнал Преобразование Черный и белый ящик Система. Классы кибернетических систем Устойчивость и перерегулирование Д. Е. Кожевников, 2012
Структура и поведение 17 Физическая структура Поведение Функциона льная структура Д. Е. Кожевников, 2012 o Кибернетика родилась из наблюдения за объектами реального мира, обладающими сложной структурой и целенаправленным поведением – человеком, механизмами, обществом o Кибернетику интересует не материальный носитель и физическая структура, а закономерности поведения объекта рассмотрения. o Кибернетический объект (система, модель) – функциональная абстракция, не обязательно имеющая прототип в природе
Динамическая система 18 Система, описываемая как набор взаимосвязанных объектов, характеризуемых изменяющимися во времени величинами и их производными называется динамической – по аналогии с динамикой. Кибернетика оперирует не с классической, а со статистической динамикой. Д. Е. Кожевников, 2012
Связь и сигнал 19 Связи могут быть силовыми и информационными Сигнал – носитель информации, от материальных характеристик которого можно абстрагироваться Д. Е. Кожевников, 2012
Поток. Воздействие. Управление. 20 Поток постоянное, непрерывное и непроизвольное перемещение чего-либо в какомлибо направлении. Воздействие – внесение малого возмущения в поток, меняющего характеристики. Управляющее воздействие – целенаправленное воздействие, предназначенное для приведения характеристик потока к некоторым желаемым значениям. Д. Е. Кожевников, 2012
Преобразование 21 Универсальное действие, переводящее каждый элемент одного множества в элементы другого. Д. Е. Кожевников, 2012
22 Замкнутые преобразования – те, для которых область определения и область значений совпадают. Приведите примеры замкнутых преобразований Тождественное преобразование – преобразование, переводящее каждый элемент в него самого. Степень преобразования – число последовательно примененных элементарных преобразований. Д. Е. Кожевников, 2012
Черный и белый ящик 23 Объекты изоморфны, если они ведут себя (и преобразовываются) одинаково. Д. Е. Кожевников, 2012
Система 24 Процесс Функциональная структура Морфологическое представления Д. Е. Кожевников, 2012
Классификация систем 25 Д. Е. Кожевников, 2012
По ОС: разомкнутые и замкнутые системы 26 Задача: передача max энергии боеприпаса цели. 1. Каменное ядро. 1. 2. 3. 4. Система: пушка, порох, пыж, ядро Возмущения: деформация ствола, форма ядра, масса ядра, влажность пороха, дефекты пыжа Параметры: масса пороха, плотность пыжа, угол подъема ствола Проблема – точность попадания 2. Пороховое ядро с трубкой 3. Снаряд с взрывателем Д. Е. Кожевников, 2012
Разомкнутые и замкнутые системы 27 Задача: передача max энергии боеприпаса цели. 1. Каменное ядро. 2. Пороховое ядро с трубкой 1. 2. 3. 4. Система: пушка, порох, пыж, ядро, трубка, артиллерист Возмущения: деформация ствола, температура, ветер, влажность пороха, дефекты пыжа, дефекты трубки, Параметры: масса пороха, плотность пыжа, угол подъема ствола, длина трубки, масса ядра, заряд Проблема – взрыв не вовремя 3. Снаряд с взрывателем Д. Е. Кожевников, 2012
Разомкнутые и замкнутые системы 28 Задача: передача max энергии боеприпаса цели. 1. Каменное ядро. 2. Пороховое ядро с трубкой 3. Снаряд с взрывателем 1. 2. 3. Система: пушка, выстрел, взрыватель, артиллерист, цель Возмущения: деформация ствола, температура, ветер Параметры: масса пороха, плотность пыжа, угол подъема ствола, длина трубки, масса ядра, заряд Д. Е. Кожевников, 2012
Классификация систем по типу действия 29 Автоматические Поуавтоматические С ручным управлением Пример: системы фотокамеры - Наведение на резкость - Экспозиция - Стабилизатор Приведите пример автоматической организационной системы Д. Е. Кожевников, 2012
ПТУР и ТГС 30 Д. Е. Кожевников, 2012
Системы по скорости срабатывания 31 Инвариантные системы (мгновенного действия) Система наведения по «собачьей кривой» Компенсирующие системы Система с постоянной поправкой Прогнозирующие системы Системы наведения с вероятностным упреждением Д. Е. Кожевников, 2012
Системы по типу действия 32 Системы автоматического регулирования (САР) Следящие системы Стабилизирующие системы Проблема – компенсация возмущений Системы автоматического поиска Проблема – нахождение целевого режима Адаптивные системы Проблема – решение задачи в условиях неопределенности Д. Е. Кожевников, 2012
Типы адаптивных систем 33 Самонастраивающиеся системы Обучаемые системы Обучающиеся системы Самообучаемые системы Системы с автоматической адаптацией Д. Е. Кожевников, 2012
По типу алгоритма 34 Детерминированные Системы с жестко прошитой логикой, как правило - САР Не детерминированные Системы, логика которых зависит от входных данных – как правило - САП Адаптирующиеся (самопрограммирующиеся) - системы, логика которых способна изменяться в результате анализа результатов предыдущих циклов управления Д. Е. Кожевников, 2012
По типу модели 35 Функциональные – системы, строящиеся на основе изучения/понимания функций естественной системы Структурные – системы, строящиеся из имеющихся компонент с целью решения какойлибо задачи. Д. Е. Кожевников, 2012
Скачать презентацию Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ Основы кибернетики ДЛЯ
Основы кибернетики.pptx