2.1.2. Сигнал, элемент, система

Мы убедились, что запаздывание отдельных воздействий может привести к тому, что процесс регулирования не достигнет желаемого результата. Главная трудность заключается в том, что невооруженным глазом мы не можем определить, целесообразно или нет применять регулирование в данном случае. Нужный для этого математический аппарат еще несколько десятилетий назад был чрезвычайно сложны? и громоздким. Теперь же кибернетика ввела такие понятия и методы вычисления, которые помогли решить эту задачу с меньшими затратами труда.

Но прежде всего нам надо объяснить термин воздействие, который мы уже употребляли. При воздействии энергия передается от одного элемента к другому. Как мы видели на многочисленных примерах, формы энергии могут быть самыми различными. Но во всех этих процессах всегда есть нечто общее. Например, запаздывание, которое мы только что разбирали, вызывается в разных контурах регулирования разными физическими причинами. Но результат всюду один и тот же - задержка воздействия. Какая энергия передается - здесь несущественно; гораздо важнее информация о происшедших изменениях, которую каждый элемент передает следующему. В контурах регулирования и других схемах, приведенных в этой книге, информация показана стрелками, направление которых соответствует направлению воздействия.

Остановимся еще немного на понятии информации.

Мы должны помнить, что информация всегда связана с материальным носителем и не может существовать без него. Таким носителем являются, к примеру, колебания воздуха для звука, записанного на грампластинке или магнитной ленте. Да и человеческое мышление невозможно без своих материальных носителей: нервов и вещества мозга.

В технике материальные носители информации называются носителями сигналов. Носителем сигналов может быть, например, электрическое напряжение, характеристиками которого являются амплитуда, частота и фаза. Одну из этих характеристик можно изменять в соответствии с передаваемой информацией. Информация как бы накладывается на электрический носитель сигналов. В этом случае информация принимается в виде электромагнитных колебаний. Такого рода передача информации существует, например, в радиовещании. Применяются в технике и неэлектрические носители сигналов. Например, масло, находящееся в гидравлической системе: именно его давление передает информацию, управляющую гидравлическим мотором.

Итак, запомним: информация всегда связана с материальным носителем - какой-либо физической величиной. Информация как бы накладывается на эту величину: одна из характеристик последней изменяется в соответствии с передаваемой информацией. Изменение такой физической величины (или ее информационного параметра) во времени называется сигналом [например, u = u (t) ].

Конструктивные элементы (приборы, устройства и т. д.) должны преобразовывать одни физические величины (и соответствующие им сигналы) в другие. Этот процесс отражается в кибернетическом понятии элемента (звена).

Элемент или звено - это находящийся на линии управления объект, у которого входной сигнал определенным образом влияет на выходной.

Символическое изображение элемента на рис. 39, а поясняет понятия входного и выходного сигналов. Такое символическое изображение представляет отдельный элемент своего рода черным ящиком (ср. с. 36), поскольку мы полностью абстрагируемся от механизма передачи сигналов. На рис. 39, б показан элемент, в котором происходит сложение двух или нескольких сигналов (так называемая точка сложения). (Подробно этот процесс будет рассмотрен на рис. 45).

Рис. 39: а - элемент; б - точка сложения сигналов

Первоочередная задача кибернетики - дать математическое уравнение, связывающее входной и выходной сигналы. Эти уравнения являются теоретическими моделями реальных процессов (ср. с. 43).

Функциональный блок (например, контур регулирования), состоящий из взаимосвязанных элементов, называется системой, точнее - кибернетической системой.

Система - это совокупность взаимосвязанных элементов.

При управлении такими кибернетическими системами важно сделать их относительно независимыми от нежелательного воздействия среды.