Інформаційні процеси в ТС

По подобной модели выстраивается работа огромного числа современ-

ных предприятий постиндустриального мира. «Организация высоких достижений создается таким образом, чтобы развивать лучшее в людях и получать постоянные результаты. …Вместо того, чтобы обращаться с людьми как с заменяемыми элементами непрерывно изменяющихся временных союзов, организация высоких достижений ценит людей выше всего. …Основой организаций высоких достижений служит интеллектуальный капитал».

Модуль 2. Моделювання систем

Лекція 10. Інформаційні процеси в технічних системах. Автоматизовані

Інформаційні системи та системи керування

Інформаційні процеси в ТС

Питання структурної організації та функціонування радіотехнічних і комп'ютерних систем можна розглядати з позиції інформаційних процесів, що відбуваються в цих ТС.

Сукупність засобів інформаційної техніки і людей, об'єднаних для досягнення певних цілей або для керування, утворює автоматизовану інформаційну систему, до якої під’єднуються абоненти (люди або пристрої), що поставляють та використовують інформацію.

Інформаційні системи, що діють без участі людини, називають автоматичними. За людиною в таких системах залишаються функції контролю й обслуговування. У цьому випадку під інформацією будемо розуміти нові відомості про стан об’єкта або процесу керування.

Якщо в основу розподілу інформаційних процесів покласти принцип, при якому кожному з них відповідають самостійні функціональні властивості, а також технічні пристрої їх реалізації, то перелік інформаційних процесів та їхніх означень можна подати таким чином (рис. 1).

Рис. 1. Інформаційні процеси в ТС

І. Генерація інформації (формування й подання інформації) – процес первинного перетворення різних фізичних величин з метою подання їх у формі, зручній для подальшого використання в автоматизованих інформаційних системах.

Одержання інформації про об'єкт спостереження відбувається в процесі:

1) повного зняття невизначеності про стан об'єкта дослідження, якщо немає перешкод, а інформація про стан об’єкта керування повністю відповідає дійсності, тобто

, (1)

де – початкова невизначеність відомостей про стан об’єкта (процесу) (ентропія стану об’єкта (процесу) дослідження);

2) часткового зняття невизначеності про стан об'єкта дослідження, якщо є перешкоди, що обмежують кількість інформації, необхідної для повного зняття невизначеності про стан об’єкта керування, тобто

, (2)

– залишкова невизначеність відомостей про стан об’єкта (процесу) дослідження після того, як замість повідомлення X через втрати надійшла інформація про стан цього об’єкта W.

II. Перетворення (підготовка) інформації– процес впливу на фізичні параметри носія інформації з метою зміни форми її подання, наприклад, квантуванням.

Проводиться також комплекс різних операцій: нормалізації, масштабування, дискретизації, застосування різних видів модуляції й кодування та ін. Іноді цей етап розглядається як складова частина етапу генерації.

III. Сприйняття інформації (ідентифікація)– процес забезпечення необхідної правильності перебігу інформаційних процесів. На цьому етапі формується образ об'єкта, здійснюються його пізнання й оцінювання. Корисна інформація відокремлюється від непотрібної (шумів), що може бути пов'язано зі значними труднощами.

Кінцева мета проведення II і III етапів – сформувати (подати) сигнал у формі, зручній для подальшої передачі й оброблення.

IV. Передача інформації – процес переміщення повідомлень від джерела до споживача за допомогою того або іншого фізичного носія. Інформація у вигляді сигналів різної фізичної природи передається каналами зв'язку також різної природи.

Пропускну здатність, біт/с, необхідну для передачі сигналу (або максимальну швидкість передачі сигналу (видачі інформації)), визначимо як кількість інформації, переданої за час T:

, (3)

де – кількість інформації щодо об'єкта спостереження, – частота зняття відліків.

V. Приймання (оброблення, збереження, перероблення, розподілення) інформації.Під час оброблення здійснюється вилучення (виділення) корисного сигналу з виходу каналу зв'язку, а також операції демодуляції, декодування та ін.

Збереження інформації –проміжний етап короткочасної або довгострокової стабілізації фізичних параметрів носія інформації у процеси її перероблення.

Перероблення інформації – виконання математичних операцій над вхідними величинами відповідно до заданого алгоритму розв'язання задачі.

Розподіл інформації –процес просторово-часової комутації вузлів і блоків обчислювальних системи з метою реалізації заданого алгоритму розв'язання задачі.

VI. Використання (подання (відображення)) інформації – процес цілеспрямованого впливу на виконавчі органи, а також на пристрої реєстрації, відображення та сигналізації відповідно до результатів реалізації алгоритму розв'язуваної задачі.

Цей етап зазвичай передує операціям за участю людини-оператора.

Перш ніж перейти до розгляду автоматизованих систем керування, згадаємо основні моменти, пов'язані з поняттям “керування”. Уже зазначалося, що процес функціонування радіотехнічних і комп'ютерних систем полягає в послідовній зміні станів під впливом вхідних дій. При цьому одні вхідні впливи цілеспрямовано змінюють стан системи, інші – прагнуть перешкодити цьому. Як уже зазначалося раніше, будь-яку цілеспрямовану систему призначено для вирішення яких-небудь завдань, для досягнення певних цілей. Забезпечення виконання задач, поставлених перед системою, здійснюється за допомогою керування.

У загальному випадку керування – це процес організації такого цілеспрямованого впливу на систему, унаслідок якого система переходить у необхідний стан. З цих позицій слід мати на увазі такі обставини:

1. Керування припускає наявність мети. Мета є найважливішою характеристикою керування. У всіх випадках постановка мети належить людині.

2. Керувати можна системою, яка має більш ніж один стан.

3. Оскільки зміна стану системи відбувається в часі, то можна говорити про керування тільки динамічною системою.

4. Керування полягає у виборі й реалізації таких керувальних впливів, що змінюють стан системи в бажаному напрямку. Отже, керування можливе тільки тими системами, які можна тим чи іншим чином цілеспрямовано змінювати. Властивість цілеспрямованого впливу і реакції системи на нього називають керованістю системи.

Раніше було зазначено, що під час дослідження будь-якої системи обов'язково фігурує суб'єкт, в інтересах якого проводяться дослідження. Роль суб'єкта ще більш виявляється під час керування. Саме суб'єкт:

а) формулює цілі керування, що мають бути досягнуті внаслідок функціонування системи;

б) визначає систему для досягнення цих цілей;

в) формулює і реалізує керувальні впливи, що змінюють стан системи в напрямку досягнення мети.

Таким чином, керування є можливим за наявності суб'єкта і керованої системи. Суб’єкт, що здійснює вплив на об’єкт, змінює його стан залежно від заданої мети, називають керувальним органом, а керовану систему, стан якої змінюється, – об'єктом керування. Уведення цих понять дозволяє дати таке означення. Керуванням називають сукупність дій керувального органа, який забезпечує досягнення об'єктом керування поставленої мети.

Зазначимо деякі характерні властивості процесів керування в ТС.

По-перше, процес керування є циклічним. Об'єкти керування – це зазвичай динамічні системи, що з часом змінюють свої стани. Завдання керування – спрямувати ці зміни в бажаному напрямку, але для цього необхідно оцінити кожний поточний стан об’єкта керування і сформувати відповідний керувальний вплив. Іншими словами, зі зміною його стану процеси оцінювання стану, прийняття рішення й вироблення керувальних впливів мають повторитися.

По-друге, формування керувальних впливів основане на порівнянні бажаного стану об’єкта керування з його поточним станом, тобто полягає в перетворенні інформації про стан об’єкта керування в інформацію про те, що йому необхідно зробити з урахуванням умов обставин. А це означає, що процес керування є інформаційним процесом, пов'язаним з перетворенням і передачею інформації від одного об'єкта до іншого. При цьому інформацію про стан об’єкта керування прийнято називати інформацією стану, а відомості про те, що слід зробитиоб’єкту керування, – командною інформацією.

По-третє, у кожному циклі керування можна виділити такі елементи:

- одержання керувальним органом інформації про цілі й завдання керування;

- збір керувальним органом інформації про стан об’єкта керування (інформація стану);

- аналіз отриманої інформації;

- формування керувальних впливів і передача їх об'єкту керування (командна інформація);

- виконання об’єктом керування дій відповідно до отриманої командної інформації.

Слід зазначити, що процес керування може включати не всі перелічені елементи. У зв'язку з цим усі системи керування можна поділити на два великих класи.

Для першого класу систем є характерним, що під час керування інформація про поточний стан об’єкта не використовується. У таких системах здійснюється тільки лише передача командної інформації, а зв'язок між керувальним органом і об’єктом керування називають прямим зв'язком, а систему – розімкненою.

Другийклас систем характеризується тим, що під час керування використовується інформація про стан об’єкта. Крім прямого зв'язку між керувальним органом і об’єктом керування має місце і зворотний зв'язок для передачі інформації стану. Таку систему називають замкненою. У замкненій системі реалізуються всі елементи процесу керування.

Розглянемо автоматичні й автоматизовані системи керування.

Автоматизована інформаційна система стає автоматизованою системою керування, якщо вхідна інформація вилучається з об'єкта (процесу) керування, а вихідна (керувальна) інформація використовується для керування цим об'єктом (процесом), причому абонентом, що використовує інформацію для вибору основних керувальних впливів, є людина.

Під час інформаційного опису цих систем у формалізованому вигляді їх подають ієрархічною структурою, де на нижньому рівні знаходяться ділянки виробничого (технологічного) процесу, керувати якими покликано автоматизовану систему; на вищих рівнях розміщуються вузли керування, зв'язані з об'єктами керування і між собою потоками різної інформації. У процесі функціонування такої системи керування інформація може проявлятися в трьох формах:

- повідомлювальної інформації, вона надходить від об’єкта керування до керувального органа;

- керувальної інформації, що надходить у зворотному напрямку (від керувального органа до об’єкта керування);

- перетворювальної інформації (інформації про задані алгоритми функціонування всієї системи керування і її окремих підсистем).

Спрощену схему автоматизованої системи керування зображено на рис. 2.

Рис. 2. Спрощена схема автоматизованої системи керування

На рис. 2 – вектор параметрів спостереження за станом об’єкта керування, де ( ) – сукупність інформаційних параметрів стану об’єкта; – вектор параметрів керування, де ( ) – сукупність інформаційних параметрів керування; – початкова ентропія стану об’єкта керування; – залишкова невизначеність про стан об’єкта керування.

Під впливом сигналів (що несуть керуючу інформацію), які надходять на вхід об’єкта керування, змінюється стан об'єкта відповідно до програми функціонування інформаційної системи в цілому.

Очевидно, що максимальну кількість інформації одержимо у випадку повного усунення ( ) невизначеності знань про стан об’єкта керування, тобто:

. (4)

Примітка

Зазначимо, що ентропія процесу принципово відрізняється від інформаційної ентропії . В інформаційних системах зазвичай після одержання інформації про об'єкт спостереження ентропія про стан об'єкта зменшується. Однак ентропія самого процесу в цьому випадку не зменшується. Ентропію технологічного процесу можна змінити тільки шляхом впливу керувальних параметрів на цей процес.