КОНТУР С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

Кибернетические системы обладают способностью не только приспосабливать формы своего поведения к изменениям окружающей среды, но и активно воздействовать на нее благодаря механизму прямой и обратной передачи информации. Под обратной связью понимают воздействие результатов функционирования какой-либо системы (или объекта) на характер этого функционирования. Например, при прикосновении к горячему предмету человек моментально отдергивает руку. Что произошло? При прикосновении руки к горячему в окончаниях нервных волокон, расположенных в коже (рецепторов), возник нервный импульс, который в виде электрического сигнала попадает в центральную нервную систему (мозг). ЦНС вырабатывает ответный импульс (команду), который направляется к мышцам руки. Учитывая, что длина нерва примерно 1,5 м, скорость распространения импульса - около 140 м/с, то время, в течение которого приходит команда, около 0,002 с. И глазом моргнуть не успеешь, еще и не подумаешь, а мозг уже все сделал. Но нужно еще и проконтролировать, как выполнен приказ. А для этого и потребуется обратная связь, которая несет информацию о правильности выполнения команды. В машинах и автоматических устройствах для управления есть специальные конструкции.

Если обратная связь приводит к неустойчивой работе системы, ее называют положительной. Если обратная связь стабилизирует функционирование, ее называют отрицательной. Системы, обладающие отрицательной обратной связью, способны к самоуправлению (самоорганизации). Например, все биологические системы при изменении внешних факторов перестраивают обмен веществ, работу органных систем, адаптируются к внешним условиям.

Отрицательная обратная связь заставляет систему вернуться к состоянию равновесия. Положительная обратная связь приводит к неустойчивости системы. Однако без неустойчивости нет развития. Поэтому нелинейная положительная обратная связь является важнейшим элементом в автокаталитических процессах самой различной природы (биологические, экономические, социальные и др.). Она создает условия для сверхбыстрого развития процессов, заставляет систему быстрее реагировать на негативные воздействия, перестраиваться и приходить в устойчивое состояние.

Под влиянием внешнего воздействия в управляемой системе происходят изменения каких-то параметров. Посредством прямой связи информация I об этих изменениях поступает в управляющую систему. Управляющая система направляет корректирующий сигнал I_1, под влиянием которого управляемая система перестраивается (рис. 8). Информация об этом I₂ в виде обратной связи поступает в управление, которое снова вырабатывает корректирующий сигнал, и так до тех пор, пока существует вся система. Корректирующая обратная связь управляет поведением объекта при движении его к цели или какому-то состоянию. Каждый управленческий цикл - это некий элементарный акт, «квант» управления. Совокупность таких «квантов» поддерживает систему в устойчивом состоянии.

внешнее воздействие I1 - корректирующий сигнал       управляющая I - прямая связь управляемая действие система система   I2 - обратная связь

Рис. 8. Упрощенная схема контура управления

Процессы функционирования живого организма, общества, автоматических систем складываются из множества контуров управления или самоуправления. Среди этого множества выделяются два типа: первый обеспечивает простое управление, упорядочивание, симметрию, устойчивость, второй - накапливает новые изменения и способствует самоорганизации управляемой системы, благодаря чему образуются новые формы, повышается уровень организации, появляется тенденция к изменениям.

Независимо от иерархического уровня системы, структура механизма управления одна и та же: управляемый объект, управляющий субъект, система обратных связей, управляющее воздействие, способствующее сохранению целостности системы.

Например, система управления государством (государственные власти) ведет целенаправленную деятельность по сохранению целостности государства, диспетчер железнодорожной станции - по сохранению устойчивости работы станции за счет упорядочения грузопотоков, оператор химического производства поддерживает необходимые параметры в реакторных колоннах с целью оптимизации процесса получения желаемых веществ и обеспечения безопасности производства. Разрушение обратной связи ведет к неуправляемости системы и ее разрушению. В случае ослабления обратной связи начинается несогласованность в работе системы. Так, если нарушается обратная связь организма со средой, наступает болезненное состояние, которое может закончиться разрушением всей системы (гибелью организма); если диспетчер не располагает достаточным количеством данных, начинаются сбои в работе транспорта; если предприятие не знает точно спроса на свою продукцию, то может произойти перепроизводство и затоваривание, а значит, и убытки.