Классическая система с обратной связью.
В наиболее простом виде система выглядит, как изображено на рисунке.
Опираясь на этот рисунок, можно найти ответы, а что делать инженерам для
физической реализации идеального устройства, например, для охоты на самолеты.
Напомню – система с обратной связью всегда стремится стабилизировать результат.
Результат, его качество, конечно, зависит от целостности системы и есть ряд условий.
Условия для идеальной системы с обратной связью Н.Винер, как математик, исследовал.
Мы остановимся только на практических выводах важных для обычного человека.
Но сначала попытаемся пояснить рисунок, назначение и роль элементов системы.
И так стрелка номер 1 – это наша потребность, наше желание.
Эта стрелка идет как бы из пустоты. Но если вспомнить, что мы живем на дне воздушного
океана, что нас окружает внешняя среда, и наши потребности задает именно она, то станет понятно, откуда идет эта стрелка.
Если вокруг Вас все начнут кушать – Вам тоже захочется перекусить, не так ли?!
У нашего охотника потребность очевидная – он хочет подстрелить утку.
Стрелка 1 упирается в кружок – символ головы. Там происходят все необходимые вычисления и выработка команд для исполнительного устройства - многочисленных мышц нашего скелета. Нужное положение в пространстве тело занимает как раз под воздействием этих команд.
В простейших системах выполняется всего одна математическая операция – сравнение
двух величин. Отчего и кружочек называют сравнительное устройство.
Чтобы закончить со стрелками сравнительного устройства, уместно сразу перейти к рассмотрению того, что натворило ИСПОЛНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, а это стрелка 4
По этой связи через – ДАТЧИК идет линия обратной связи на сравнительное устройство - сигнал – РЕЗУЛЬТАТ.
Вот результат и сравнивается с желанием. Одно вычитается из другого.
Когда наша система «охотник на уток» успокоится?
Очевидно, когда охотник в утку попадет.
На выходе сравнительного устройства стрелка 2 передаст сигнал ноль, значит - попал.
Желание совпало с результатом. Хотел сбить утку и сбил.
- А если промахнулся? Как должна отработать система?
Датчик выдаст сигнал - результат. Сигнал отличный от желания – улетела утка, не попали.
По стрелки 2 пойдет в усилитель сигнал отличный от нуля.
Более того, если сравнительное устройство – серьезный вычислитель – в квадратик
усилителя пойдут от датчика маленькие поправки на ветер, на скорость полета утки, температуру пороха, влияние на дробь столкновений с каплями дождя и т.п.
И вся система сделает выстрел еще раз с учетом ошибок.
Можно подвести предварительные заключения.
Качество работы системы с обратной связью зависит от числа циклов
прохождения сигналов по петле обратной связи.
У простой системы – простейший вычислитель - сравнительное устройство.
Чтобы система работала идеально – всегда добивалась результата, на который
она проектируется – все связи должны быть замкнуты.
Без доказательства следует сообщить еще два важных момента об идеальной системе, которые доказываются математически.
Усилитель должен иметь большое усиление. Что это значит надо поговорить особо.
УСИЛИТЕЛЬ
Человек в окружающей среде не самый сильный физически телом.
Устает, совершая работу. А работы, чтобы выжить много.
Во все времена люди стремились окружить себя усилителями.
Первый усилитель - рычаг был придуман давно – дайте мне точку опоры – я переверну гору. Прикладываете небольшое усилие к рычагу и можете сдвинуть с места серьезный груз. Получаем простенький усилитель.
До сих пор такой усилитель-рычаг используется, например, в сливном бочке унитаза.
Лошадь, слон – тоже усилители. Легонько кнутиком или шпорой и все мышцы мощных животных к Вашим услугам. Ясно, что лошадиная сила больше чем Ваша.
О слоне и говорить не приходиться – бревна ворочает.
На входе маленькое физическое усилие – на выходе большое.
Еще Л.Н. Толстой подметил – если бы человек, будучи праздным, чувствовал себя нужным – он испытал бы величайшее блаженство на свете.
По сути это одна из формул счастья.
Автомобиль, в котором 300 лошадиных сил как не любить?! – усилитель.
А покатать кого? - какое счастье!
Усилители бывают там, где Вы и не думаете. Газета, радио, ТВ, Интернет.
Например, газета АиФ – Аргументы и Факты.
На входе один листок формата А4 с текстовой информацией.
На выходе тираж свыше 2 000 000 экземпляров.
Усиление 2 миллиона – это уже мощная сила, даже если силы одного человека ничтожны.
Это специфический усилитель. Как говорил В.Ленин – газета коллективный организатор.
Организует силы тех, кто читает и верит газете.
А вера начинается там, где кончаются знания.
Так что организовать можно силы людей для решения большой задачи.
(с большим числом участников).
Например, как строительство, так и разрушение даже собственного государства.
Тут толпы людей выступают исполнительным устройством, а СМИ усилителем-подстрекателем. Теперь все знают, в чьих интересах была горбачевская «Гласность».
Еще один обязательный и наиважнейший элемент системы – датчик.
ДАТЧИК
Датчиков в живой природе поразительно много.
Они есть у каждого человека в ошеломительном количестве. Чего стоит одна кожа.
Человек – венец Природы.
И Природа тут постаралась – снабдила человека множеством отличных датчиков,
или рецепторов, реагирующих практически на все виды энергии в окружающей среде.
Именно датчики позволяют нам свободно ориентироваться и перемещаться в среде.
Инженерам, конструирующим искусственные системы с обратной связью, есть чему
поучиться у Природы.
Например, глаз. Многое видит и замечает. Универсальный датчик.
Назначение датчика в системе – присматривать за результатом исполнительного устройства или контроль.
Контроль длится во времени и обеспечивает достижение системой поставленных целей путём сравнения фактического состояния системы с желаемым. Только от датчика зависит, когда остановится деятельность исполнительного механизма.
Грубый, не чувствительный датчик не заметит брак в работе исполнительного механизма.
Еще от датчика требуется честность или предельная достоверность передачи информации
по линии обратной связи о том, что он наблюдает. В противном случае система
не выполнит безупречно своего назначения.
Пример из торговых войн.
Положим у нас искусственная система – птицефабрика.
На выходе предприятия готовая продукция - яички.
Вдруг продажи яиц начали резко падать.
Оказывается, по ТВ аккредитованные наши журналисты сообщили своему населению, что ряд зарубежных газет (общим тиражом ~3000 экз.) предупреждают о надвигающейся эпидемии на кур. Сальмонеллез идет.
Население мгновенно отказывается от яиц. Птицефабрики затовариваются. Кур-несушек рубят. Важная отечественная белковая позиция в нашем рационе исчезает.
И к нам приходит на выручку из США «Союз-Контракт» с его «Ножками Буша».
Кто виноват? – ну, конечно, наши не компетентные журналисты-датчики.
Прочитали ложную информацию, которую им подсунули, и слили ее в наши СМИ
без тщательной проверки. Прямо в программу «Время», которую смотрят
~ 40 млн. человек.
Наши птицефабрики сломаны своими руками, американские - процветали несколько лет.
Прежде чем перейти к примерам как увидеть и как можно лечить системы,
имея в голове представление об идеальной системе с обратной связью,
можно свести вместе предварительные рекомендации:
1. Важно позаботиться о датчиках, которые снабжают предприятие правдивой
информацией о реальном положении дел в окружающей среде.
2 Важно следить, чтобы связи не рвались между частями системы 24 часа в сутки.
Более того - полезно иметь резервные на случай повреждения основных связей.
3 Важно иметь блок усилителя по возможности с большим усилением.
4 Важно поддерживать замкнутой обратную связь от датчика.
Там где есть обратная связь – жизнь находит себе приют – говорил Н.Винер.
Это означает, что важно позаботиться о линиях обратной связи на любом предприятии
и тогда оно будет работать гораздо лучше, чем система с разомкнутой связью.
Теперь станет ясно, зачем были внедрены книги жалоб и предложений в учреждениях, обслуживающих население.
В следующей главе примером будет искусственная система поддержания в исправности ровной поверхности у дорог в России.
И всем станет ясно, почему у нас дороги не всюду хороши.
И сколько рабочих мест откроется, если взяться за дело системно.
Ведь могут искусственные инженерные системы
поддерживать ровный уровень воды в сливном бачке унитаза? Конечно – да!
А ровным покрытие дорог асфальтом?! Конечно, тоже да! Но тут слона надо лечить. И потребуется еще рисунок.
Приложение.
Как принципы обратной связи работают в Англии. http://www.proza.ru/2016/12/26/1412