Что такое обратная связь в кибернетике

Обратная связь (кибернетика)

Обра́тная связь в киберне́тике — это наличие схемных циклов в неизменяемой [источник не указан 284 дня] части машины, и условных инструкций в её изменяемой части. [источник не указан 284 дня] Обратная связь выделяет особый класс автоматов, которые участвуют в определённом виде научных экспериментов или применяются на практике.

Понятие обратной связи

Понятие обратной связи, можно сказать, сформировало науку о кибернетике. Необходимость в использовании обратной связи появилась когда стали очевидны ограничения при решении различного вида нелинейных задач. И для их решения Норберт Винер предложил особого вида подход к решению. Надо отметить, что до этого подобные задачи решались только аналитическими методами. В своей книге «Нелинейные задачи в теории случайных процессов» Винер попробовал изложить данный подход, который впоследствии был развит и вылился в целую науку — кибернетику.

Основой этого подхода была следующая постановка эксперимента. Задача анализа нелинейной электрической цепи состоит в определении коэффициентов некоторых многочленов усреднением по параметрам входного сигнала. Для постановки эксперимента нужен чёрный ящик, изображающий ещё не проанализированную нелинейную систему. Кроме него есть белые ящики — некоторые тела известной структуры, которые изображают разные члены искомого разложения. Вводится один и тот же случайный шум в чёрный ящик и в данный белый ящик.

Необходимо ещё перемножающее устройство, которое бы находило произведение выходов чёрного и белого ящиков, и усредняющее устройство, которое может быть основано на том, что разность потенциалов конденсатора пропорциональна его заряду и, следовательно, интегралу по времени от тока, текущего через конденсатор.

Можно не только определить один за другим коэффициенты каждого белого ящика, входящего слагаемым в эквивалентное представление чёрного ящика, но и определить их все одновременно. Можно даже при помощи соответствующих схем обратной связи заставить каждый белый ящик автоматически настраиваться на уровень, соответствующий коэффициенту этого белого ящика в разложении чёрного ящика. Это позволяет нам построить сложный белый ящик, который, будучи соединён надлежащим образом с чёрным ящиком и получая тот же самый случайный входной сигнал, автоматически превратится в операционный эквивалент чёрного ящика, хотя его внутреннее строение может быть весьма отличным.

Именно благодаря такой полезности в эксперименте, где белый ящик соединённый обратной связью с чёрным ящиком, при настройке позволяет найти информацию, заключённую в чёрном ящике позволил говорить о кибернетике как о науке. Это позволило говорить о понятии обратной связи на более точном и формальном уровне. Само же понятие обратной связи было давно известно в технике и биологии, но оно носило описательный характер. В кибернетике обратная связь позволяет выделить специальный вид систем и в зависимости от её вида классифицировать изучаемые системы.

Источник

Презентация к уроку

Цели урока: первичное ознакомление, отработка и осознание теоретических моделей и понятий, выявление и анализ существенных и устойчивых связей и отношений между объектами и процессами, анализировать систему отношений в живой природе и технических системах с позиций управления, определять в простых ситуациях механизмы прямой и обратной связи.

Информатика – это область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощью компьютеров и их взаимодействием со средой применения.

Часто возникает путаница в понятиях “информатика” и “кибернетика”. Попытаемся разъяснить их сходство и различие.

Основная концепция, заложенная Н. Винером в кибернетику, связана с разработкой теории управления сложными динамическими системами в разных областях человеческой деятельности. Кибернетика существует независимо от наличия или отсутствия компьютеров.

Кибернетика – это наука об общих принципах управления в различных системах: технических, биологических, социальных и др.

Информатика занимается изучением процессов преобразования и создания новой информации более широко, практически не решая задачи управления различными объектами, как кибернетика. Поэтому может сложиться впечатление об информатике как о более емкой дисциплине, чем кибернетика. Однако, с другой стороны, информатика не занимается решением проблем, не связанных с использованием компьютерной техники, что, несомненно, сужает ее, казалось бы, обобщающий характер. Между этими двумя дисциплинами провести четкую границу не представляется возможным в связи с ее размытостью и неопределенностью, хотя существует довольно распространенное мнение, что информатика является одним из направлений кибернетики.

Информатика появилась благодаря развитию компьютерной техники, базируется на ней и совершенно немыслима без нее. Кибернетика же развивается сама по себе, строя различные модели управления объектами, хотя и очень активно использует все достижения компьютерной техники. Кибернетика и информатика, внешне очень похожие дисциплины, различаются, скорее всего, в расстановке акцентов:

Жизнедеятельность любого организма или нормальное функционирование технического устройства связаны с процессами управления. Процессы управления включают в себя получение, хранение, преобразование и передачу информации.

В повседневной жизни мы встречаемся с процессами управления очень часто:

Управление – это целенаправленное взаимодействие объектов, одни из которых являются управляющими, а другие – управляемыми. Модели, описывающие информационные процессы управления в сложных системах, называются информационными моделями процессов управления. В любом процессе управления всегда происходит взаимодействие 2-х двух объектов – управляющего и управляемого, которые coединены каналами прямой (рисунок 1) и обратной связи (рисунок 2). По каналу прямой связи передаются управляющие сигналы, а по каналу обратной связи – информация о состоянии управляемого объекта.

Системы, изучаемые в кибернетике, могут быть очень сложными, включающими в себя множество взаимодействующих объектов. Однако для понимания базовых понятий теории можно обойтись простейшей из таких систем, которая содержит всего два объекта – управляющий и исполнительный (управляемый). Примером может служить, например, система, состоящая из светофора и автомобиля (разомкнутая), полицейского и автомобиля (замкнутая).

В простейшем случае управляющий объект посылает свои команды исполнительному объекту, без учета его состояния. В этом случае воздействия передаются только в одном направлении, такая система называется разомкнутой.

Разомкнутыми системами являются всевозможные информационные табло на вокзалах и аэропортах, которые управляют перемещениями пассажиров. К рассматриваемому классу систем можно сгнести и современные программируемые бытовые приборы.

Как правило, описанная схема управления не очень эффективна и нормально работает только до возникновения экстремальных условий. Так, при больших потоках транспорта возникают пробки, в аэропортах и вокзалах приходится дополнительно открывать справочные бюро, в микроволновой печи при неправильной программе может произойти перегрев и. т. п.

Более совершенные системы управления отслеживают результаты деятельности управляемой системы. В таких системах дополнительно появляется ещё один информационный поток – от объекта управления к системе управления; его принято называть обратной связью. Именно по каналу обратной связи передаются сведения о состоянии объекта и степени достижения (или, наоборот, не достижения) цели управления.

В том случае, когда управляющий объект получает информацию о реальном положении управляемого объекта по каналу обратной связи и производит необходимые перемещения по прямому каналу управления, система управления называются замкнутой.

Главным принципом управления в замкнутой системе является выдача управляющих команд в зависимости от получаемых сигналов обратной связи. В такой системе управляющий объект стремится скомпенсировать любое отклонение управляемого объекта от состояния, предусмотренного целями управления.

Обратную связь, при которой управляющий сигнал стремится уменьшить (скомпенсировать) отклонение от некоторой поддерживаемой величины, принято называть отрицательной, если увеличить – положительной.

В системах автоматического управления все процессы, связанные с получением информации о состоянии управляемого объекта, обработкой этой информации, формированием управляющих сигналов и пр., осуществляются автоматически в соответствии с представленной на рисунке 2 замкнутой схемой управления. В подобных системах не требуется непосредственное участие человека. Системы автоматического управления используются на космических спутниках, на опасном для здоровья человека производстве, в ткацкой и литейной промышленности, в хлебопекарнях, при поточном производстве, например при изготовлении микросхем, и пр.

В неавтоматических системах управления человек сам оценивает состояние объекта управления и на основе этой оценки воздействует на него. С такими системами вы сталкиваетесь постоянно в школе и дома. Дирижер управляет оркестром, исполняющим музыкальное произведение. Учитель на уроке управляет классом в процессе обучения.

В автоматизированных системах управления сбор и обработка информации, необходимой для выработки управляющих воздействий, осуществляется автоматически, при помощи аппаратуры и компьютерной техники, а решение по управлению принимает человек. Например, рабочий металлорежущего станка производит его установку и включение, остальные процессы выполняются автоматически. Автоматизированная система продажи железнодорожных или авиационных билетов, льготных проездных билетов в метрополитене работает под управлением человека, который запрашивает у компьютера необходимую информацию и на ее основе принимает решение о продаже.

Домашнее задание: Учебник для 9-го класса. Информатика и ИКТ (базовый курс). Автор Семакин И.Г. § 25, 26.

Источник

Обратная связь (кибернетика)

Понятие обратной связи [ ]

Понятие обратной связи, можно сказать, сформировало науку о кибернетике. Необходимость в использовании обратной связи появилась когда стали очевидны ограничения при решении различного вида нелинейных задач. И для их решения Норберт Винер предложил особого вида подход к решению. Надо отметить, что до этого подобные задачи решались только аналитическими методами. В своей книге Норберт Винер “Нелинейные задачи в теории случайных процессов” попробывал изложить данный подход, который в последствии был развит и вылился в целую науку «Кибернетику».

Необходимо еще перемножающее устройство, которое бы находило произведение выходов черного и белого ящиков, и в усредняющем устройстве, которое может быть основано на том, что разность потенциалов конденсатора пропорциональна его заряду и, следовательно, интегралу по времени от тока, текущего через конденсатор.

Можно не только определить один за другим коэффициенты каждого белого ящика, входящего слагаемым в эквивалентное представление черного ящика, но и определить их все одновременно. Можно даже при помощи соответствующих схем обратной связи заставить каждый белый ящик автоматически настраиваться на уровень, соответствующий коэффициенту этого белого ящика в разложении черного ящика. Это позволяет нам построить сложный белый ящик, который, будучи соединен надлежащим образом с черным ящиком и получая тот же самый случайный входной сигнал, автоматически превратится в операционный эквивалент черного ящика, хотя его внутреннее строение может быть весьма отличным.

Именно благодаря такой полезности в эксперименте, где белый ящик соединенный обратной связью с черным ящиком, при настроке позволяет найти информацию, заключенную в черном ящике позволил говорить о кибернетике как о науке. Это позволило говорить о понятии обратной связи на более точном и формальном уровне. Само же понятие обратной связи было давно известно в технике и биологии, но оно носило описательный характер. В Кибернетике обратная связь позволяют выделить специальный вид систем и в зависимости от ее вида классифицировать изучаемые системы.

См. также [ ]

Это основополагающая версия, написанная участниками этого проекта. Но содержимое этой страницы очень близкое по содержанию предоставлено для раздела Википедии на русском языке. Так же, как и в этом проекте, текст этой статьи, размещённый в Википедии, доступен на условиях GNU FDL. Статью, размещенную в Википедии можно найти по адресу: Обратная связь (кибернетика).

Источник

Что такое обратная связь в кибернетике

Обратная связь. Петля обратной связи и саморегулирование. Концепция Норберта Винера. Кибернетика и социум.

Современные кибернетические устройства, машины и аппараты значительно отличаются от заводных механизмов Декарта. Критическая разница заключается в наличии систем автоматического управления (САУ), основанных на концепции обратной связи, разработанной Норбертом Винером.

По концепции Винера, петля обратной связи представляет собой кольцевую систему причинно связанных элементов, в которой изначальное воздействие распространяется вдоль узлов петли так, что каждый элемент оказывает влияние на последующий, пока последний из них не «принесет сообщение» первому элементу петли.

Следствием такой организации является то, что первое звено («вход») подвергается влиянию последнего («выхода»). Это и позволяет осуществлять саморегулирование всей системы, поскольку изначальное влияние модифицируется каждый раз, когда оно обходит всю петлю. Обратная связь, по словам Винера, представляет собой «управление машиной на основе ее реального, а не ожидаемого поведения».

В более широком смысле, обратная связь стала означать передачу информации о результате любого процесса или любой деятельности к их первоисточнику.

Похожий механизм обратной связи работает, когда мы учимся ездить на велосипеде. Сначала, когда мы только обучаемся езде, нам бывает трудно отслеживать обратную связь из-за постоянных изменений равновесия. Соответственно, нам трудно и управлять велосипедом. Так как, переднее колесо у новичка, как правило, сильно рыскает. Но по мере роста мастерства мозг начинает быстрее отслеживать, оценивать, и точнее реагировать на движения велосипеда и наших рук, эффективная обратная связь уменьшает колебания переднего колеса, и велосипед движется по нужной траектории, сохраняя требуемое равновесие.

Нам известно, что саморегулирующиеся машины, содержащие петли обратной связи, существовали задолго до появления кибернетики.

Например, центробежный регулятор парового двигателя, изобретенный Джеймсом Уаттом в конце восемнадцатого столетия, является классическим примером, а первые термостаты были изобретены еще раньше.

Первое внятное и подробное обсуждение петель обратной связи появилось в статье Норберта Винера, Джулиана Бигелоу и Артуро Розенблюта, опубликованной в 1943 году и озаглавленной «Поведение, цель и телеология». В этой новаторской работе авторы не только представили идею круговой причинности как логического паттерна, лежащего в основе технической концепции обратной связи, но также впервые применили ее к модели поведения живых организмов.

Хотя Уолтер Кэннон на десять лет раньше в известной книге «Мудрость тела» ввел понятие гомеостаза, и дал также подробное описание многих саморегулирующихся метаболических процессов. Однако он так и не определил в явном виде замкнутые причинные петли, содержащиеся в них.

Обратная связь и петля обратной связи. Концепция Норберта Винера.

Таким образом, концепция обратной связи, введенная кибернетиками, привела к новому пониманию многих присущих жизни саморегулирующихся процессов. Сегодня мы понимаем, что петли обратной связи повсеместно встречаются в живом мире, поскольку они являются неотъемлемой частью нелинейных сетей, характерных для живых систем.

Положительная и отрицательная обратная связь.

Поскольку специальные значения «отрицательного» и «положительного» в этом контексте могут легко ввести в заблуждение, следует объяснить их более подробно.

Причинное звено и влияние определяется как положительное, если изменение в А (на входе) приводит к изменению того же направления в Б (на выходе): увеличение А влечет за собой увеличение Б, а уменьшение А приводит к уменьшению Б.

Причинное звено определяется как отрицательное, если изменение Б происходит в противоположном направлении, т. е. Б уменьшается, когда А увеличивается, и увеличивается, когда А уменьшается.

Следует помнить, что значки «+» и «-» означают не увеличение или уменьшение, а относительное направление изменения связанных элементов: «+» означает одинаковое направление, а «-» противоположное.

Причина, по которой значки «+» и «-» оказались столь удобными, заключается в том, что они дают очень простое правило определения общего характера петли обратной связи. Она будет самобалансирующейся (отрицательной), если содержит нечетное количество отрицательных связей.

Часто петли обратной связи состоят как из положительных, так и отрицательных причинных связей, и тогда их общий характер легко определяется простым подсчетом количества отрицательных звеньев в петле.

Выбранные Норбертом Винером примеры управления лодкой и велосипедом идеально подходят для иллюстрации понятия обратной связи, поскольку они относятся к хорошо освоенному человеком опыту и их понимают сразу.

Центробежный регулятор парового двигателя состоит из вращающейся оси с двумя грузами («маховиками»), прикрепленными к ней таким образом, что под действием центробежной силы они расходятся, когда скорость вращения увеличивается. Регулятор расположен на вершине цилиндра парового двигателя, а грузы соединены с клапаном, который перекрывает пар, когда эти грузы расходятся в стороны. Давление пара управляет двигателем, двигатель управляет маховым колесом. Маховое колесо, в свою очередь, управляет описанным выше регулятором, и таким образом замыкается причинно-следственный цикл.

Обратная связь и петля обратной связи. Кибернетика и социология.

Значение концепции Норберта Винера для социологии.

«Не подлежит сомнению, что социальная система является организационной структурой, подобной индивиду, то есть ее объединяет система связи, и она обладает динамикой, в которой круговые процессы типа обратной связи играют важную роль».

Именно открытие обратной связи как общего паттерна жизни, применимого к организмам и социальным системам, вызвало такой взволнованный интерес Грегори Бэйтсона и Маргарет Мид к кибернетике.

Если круговых логических паттернов самобалансирующей обратной связи в жизни общества никто не замечал до появления кибернетики, то паттерн самоусиливающей обратной связи, в просторечии называемый «порочным кругом», был известен сотни лет назад. Эта выразительная метафора описывает неблагоприятную ситуацию самоухудшения в круговой последовательности событий.

Возможно, круговая природа таких самоусиливающих петель обратной связи была осознана гораздо раньше потому, что их последствия гораздо более драматичны, чем в самобалансирующих, отрицательных петлях обратной связи, широко распространенных в живом мире.

Обратная связь и петля обратной связи. Кибернетика и социология.

Несмотря на то, что самоусиливающая обратная связь широко запечатлена в народной мудрости, она практически не играла никакой роли на первых этапах развития кибернетики.

Кибернетики круга Норберта Винера признавали существование этих феноменов, однако не пытались вникнуть глубже в их суть. Вместо этого они сосредоточили свое внимание на саморегулирующихся процессах гомеостаза в живых организмах. Действительно, усиливающая обратная связь в чистом виде редко встречается в природе, поскольку она, как правило, уравновешивается петлями отрицательной обратной связи, ограничивающими тенденции к нарастанию.

В 1960-е годы антрополог и кибернетик Магоро Маруяма предпринял изучение самоусиливающихся, или «усиливающих отклонение», процессов положительной обратной связи. В своей знаменитой статье «Вторая кибернетика» Марого представил схемы обратной связи, в которых пометил знаками «+» и «-» их причинные узлы, и использовал эти удачные обозначения для подробного анализа взаимодействия процессов отрицательной и положительной обратной связи в биологических и социальных явлениях. Таким образом, он связал кибернетическую концепцию обратной связи с понятием взаимной причинности, которое к тому времени было разработано социальными исследователями, и тем самым значительно способствовал распространению влияния кибернетических принципов на социальную мысль.

Это различение оказалось исключительно важным для современной теории живых систем!

Обратная связь. Петля обратной связи и саморегулирование. Концепция Норберта Винера. Кибернетика и социология.

Источник

Понятие «обратной связи» в кибернетике. Классификация (виды) обратных связей в организационных системах управления.

Обратная связь — это реакция получателя на сообщение. Она может быть вербальной и невербальной, письменной и устной. С помощью обратной связи мы можем оценивать эффективность нашей коммуникации.

Конструктивная обратная связь корректирует поведение воздействующего в сторону, повышения эффективности обще­ния. Деструктивная обратная связь мешает общению и даже разрушает его. Коммуникативная техника «Я-высказывания». По сути, это откровенное самораскрытие.

· Положительная обратная связь. Положительная обратная связь поощряет повышение качества выполнения работы. Было доказано, что чаще всего люди больше ценят положительную обратную связь, чем отрицательную, и считают ее более точной и правильной, поскольку эта информация приятнее и способствует повышению самооценки. Однако постоянная положительная обратная связь может помешать росту качества выполнения работы, т.к. ее адресаты могут довольствоваться текущим состоянием из-за того, что всегда получают высокие оценки.

· Отрицательная обратная связь. С другой стороны, отрицательная обратная связь часто ассоциируется с провалом. Отрицательная оценка зачастую отвергается просто из-за нежелания человека воспринимать неприятную информацию. В то время как получатели положительной оценки легко принимают признание своих заслуг, получатели отрицательной оценки, невосприимчивые к информации, легко перекладывают вину на других людей или внешние факторы. Негативная обратная связь часто вызывает неприятные чувства, которые вынуждают человека искать оправдание низким показателям своей работы. Тем не менее, в некоторых случаях получатель может осознать необходимость изменения своего поведения, чтобы избежать получения отрицательной обратной связи в будущем. Хотя человек может улучшить свою работу в результате получения отрицательной оценки, он может и не проявить желаемого поведения, если не получит соответствующих инструкций.

· Отсутствие обратной связи. В то же время, некоторые специалисты утверждают, что наличие обратной связи само по себе, не важно – положительной или отрицательной, может способствовать улучшению работы, в то время как отсутствие какой-либо оценки действительно наносит урон личной эффективности сотрудника. Исследование 243 сотрудников сферы услуг, опубликованное в квартальном отчете по администрированию «Cornell Hotel and Restaurant Administration Quarterly»Т.Р. Хинкин и К.А. Шрайшейма, показало, что отсутствие обратной связи было вредным как для тех, кто работал хорошо, так и для тех, кто работал плохо. Представьте, что некоторым приходится работать сверхурочно только для того, чтобы получить такое же признание, как другим, которые отработали только минимально необходимые часы. С другой стороны, человек, работающий хуже остальных и не получающий никаких намеков на то, что необходимо изменить свое поведение, будет крайне удивлен, если позже получит выговор. В обоих случаях результатом будет разочарование в работе и ухудшение рабочих показателей.

Источник