Определение понятия «система». Основное свойство систем. Виды систем

5.Что произойдет со свойствами системы при замене отрицательной обратной связи на положительную?

Вывод уравнения  статики в этом случае аналогичен выводу для системы с отрицательной обратной связью за исключением того, что в данном случае = и + х_ос. После необходимых преобразований получим

 

                                                   

                                                                (1.9)

Реально К₁К₂К_0С<1. При К_]К₂К_0С=1 система делается неуправляемой, т.к. при входном сигнале любой величины выходной сигнал непрерывно возрастает, и система самовозбуждается.

Из сравнения (1.7), (1.9) видно, что положительная обратная связь увеличивает выходной сигнал системы в (1 - К₁К₂К_0С)^-1 раз, но во столько же раз возрастает и статическая ошибка от возмущения. В этом случае коэффициент усиления замкнутой системы

 

На рис. 1.9 представлены статические зависимости выходного сигнала от возмущения для рассмотренных систем при одинаковых задающих воздействиях.

Помимо того, что системы с положительной  обратной связью имеют повышенную статическую ошибку, они склонны к самовозбуждению колебаний и динамической неустойчивости. В связи с этим такие системы, как правило, не проектируются. Однако положительная обратная связь широко используется для повышения коэффициентов усиления отдельных элементов систем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.Применение  метода   компенсации ошибки  с использованием возмущающего  воздействия. Структурная схема  уравнения. Анализ свойств таких  систем. В чем заключается идея  комбинированного регулирования.  Сопоставить свойства различных  методов компенсации статических ошибок.

Для уменьшения статической ошибки применяется  также способ регулирования по возмущению. Суть его заключается в том, что для уменьшения ошибки используется сигнал, пропорциональный возмущению, являющемуся прямой причиной этой ошибки. В идеале этот компенсирующий сигнал, добавленный к задающему с соответствующим знаком, может полностью устранить статическую ошибку.

На рис. 1.10 представлена функциональная схема системы с  регулированием по возмущению. Отметим, что структура такой системы не образует замкнутого контура.

В   данной   системе   соотношения   переменных   определяются следующим образом:

 

                               (1.10)

 

 

Видно, что для полной компенсации ошибки необходимо выполнить условие К_к = К₁^-1. Если значения К_к и K₁ стабильны, то влияние данного возмущения на выходную величину может быть сведено к нулю. Однако, если на объект будут действовать другие возмущения, то ошибка от их воздействия сохранится. Дополнительная сложность реализации такого способа компенсации ошибки заключается в необходимости преобразования энергии возмущения в сигнал той формы энергии, которую имеет задающее воздействие и.

При высоких  требованиях к точности поддержания  выходного сигнала используются комбинации регулирования по возмущению и регулирования по отклонению. При этом конструкцией предусматривается регулирование по наиболее сильному и часто реализующемуся возмущению. Ошибки от других возмущений компенсируются (частично) с помощью отрицательной обратной связи. Функциональная схема такой комбинированной системы представлена на рис. 1.11.

Рассмотрим сперва режим, когда возмущение отсутствует (f = 0). Сигнал z будет нарастать до тех пор, пока будет существовать ошибка . Ошибка же исчезнет только в том случае, когда выходной сигнал у сравняется с задающим и. При этом z = const, т.е. при К_ос = 1 в установившемся режиме выходной сигнал повторяет задающий. Если в таком режиме возникнет возмущение, то сигнал у изменится и возникнет ошибка. Сигнал z будет изменяться до тех пор, пока величина у не сравняется с и. При этом снова возникнет установившийся режим при у = и, но при некотором изменении величины z, что приведет к компенсации ошибки от возмущения. Полная компенсация ошибки произойдет только в том случае, если во время процесса регулирования возмущение будет оставаться неизменным.

7.Сопоставить  возможности человека и техника  в системах управления.

На самом современном  предприятии можно увидеть людей, выполняющих важные производственные функции (планирование деятельности предприятия, непосредственное оперативное управление конкретными технологическими процессами, программирование автоматизированных систем управления, контроль за ходом технологического процесса и его наладка и так далее).

Как было уже сказано, замена человека автоматом может быть оправдана либо получением положительного экономического эффекта, либо заметным повышением уровня безопасности труда.

С развитием техники  происходит последовательная передача машине сначала физических, а затем и некоторых интеллектуальных функций человека.

На настоящем  этапе развития техники считается, что профессионально подготовленный человек имеет перед ней следующие  преимущества:

• готовность приема информации различной модальности;
• обнаружение и опознание полезных сигналов на фоне помех;
• опознание сложных образов;
• экстраполяция (предвидение) сложных процессов;
• способность принимать целесообразные решения в условиях дефицита информации;
• хорошая обучаемость и глубокая адаптация к изменяющимся ситуациям;
• использование эвристических методов при решении сложных задач анализа и синтеза;
• способность к целеобразованию;
• ответственность за принятые решения;
• способность человека, участвуя в функционировании системы, придавать ей свойство активности.

Наука начала реализовывать ряд перечисленных функций человека, хотя возможности соответствующих функций техники еще далеки от возможностей человека.

Преимущества  современной техники:

• стабильность свойств;
• быстрое и точное выполнения однообразных операций в течение длительного времени;
• реализация больших усилий;
• быстрая реакция на сигналы;
• способность одновременно управлять несколькими операциями;
• быстрое и точное выполнение  вычислительных и  формальных логических операций по известным алгоритмам;
• чувствительность к сигналам, находящимся за пределами возможностей анализаторов человека;
• нечувствительность к эмоциональным и другим факторам, вызывающим нестабильность деятельности человека;
• способность надежно функционировать в условиях, опасных для человека.

Сравнение приведенных данных свидетельствует о том, что достоинства человека и современной техники в единой системе гармонично дополняют друг друга. Следовательно, при разработке человеко-машинных (эргатических) систем или автоматизированных систем управления необходимо рационально распределять функции между человеком и машиной, добиваясь для данных эксплуатационных условий наилучшей эффективности.

8. Кратко перечислите виды информационных процессов человека и их основные свойства (3-4 рукописные страницы).

Человек получает информацию о внешних ситуациях посредством системы своих анализаторов. Каждый из них состоит из рецептора - органа, воспринимающего сигналы определенной энергии и превращающего эти сигналы в нервные импульсы, которые поступают в определенные участки коры полушарий мозга. Имеется и обратная связь, через которую нервные импульсы из участков головного мозга поступают обратно на рецептор.

Каждый из анализаторов характеризуется минимальным сигналом, ощущаемым человеком (нижний абсолютный порог); уровнем сигнала, вызывающего при его приращении болевое ощущение (верхний абсолютный порог), а также величиной диапазона воспринимаемых адекватно сигналов.

Процесс отражения  отдельных свойств предмета, определенных анализатором (громкость звука, цвет предмета и т.п.), является простейшим информационным процессом, и как говорят, отражает определенную модальность. Но данная информационная единица-ощущение слишком мелка для быстрого и обобщенного чувственного суждения о предмете в целом. Для преодоления этого неудобства в мозгу человека происходит синтез всех ощущений от данного объекта (второй информационный уровень) в целостный, единый первичный образ. Этот процесс называется восприятием.

Наличие памяти подымает информационные процессы на еще более высокий уровень.

-Различают:

- двигательную память (запоминание движений человека);

-эмоциональную память (запоминание событий, связанных с переживаниями);

-образную память;

-словесно-логическую память (запоминание мыслей, текстов, речей).

Для руководителя, лица принимающего решения (J111P), основными являются образная и словесно-логическая память. По длительности хранения информации различают:

-непосредственную память;

-оперативную память;

-длительную память.

Непосредственная  память хранит доли секунд всю поступившую информацию в полном объеме. Ненужная для очередного действия информация затем стирается, а остальная направляется в оперативную память, где сохраняется до полного использования. Если содержание оперативной памяти может быть когда-нибудь полезной, то оно переходит в долговременную память, где может храниться годами. В противном случае она стирается.

-Запоминанию способствуют рациональная (логическая) группировка материала, укрупнение информационных единиц, нахождение в предъявляемом материале избыточной информации, перекодирование предъявляемых символов в более легкие для запоминания образы.

-Забыванию способствует редкое использование находящейся в памяти информации, наложение новой информации на старую, ассоциация содержания памяти с отрицательными переживаниями.

При наличии  развитой памяти из ее долговременной части можно извлечь воспринятые ранее образы. В этом случае они называются вторичными. Сопоставляя знакомые вторичные образы с текущими первичными, человек получает возможность распознавать смысл образов, ситуаций.

-Вторичные образы, обладая всеми свойствами первичных, отличаются большей абстрактностью, обобщенностью, фрагментарностью и неустойчивостью. Вторичные образы могут управляться и преобразовываться речевой, т.е. мыслительной системой. Таким путем могут создаваться в сознании образы объектов с новыми прогрессивными свойствами. Воображение является основой любого творческого процесса, планирования будущей деятельности. При проектировании информационного обеспечения операторов в зависимости от конкретной ситуации, могут быть задействованы различные анализаторы человека.

В одних случаях, когда нет надобности в дистанционном  управлении объектом или состояния объекта и предмета труда вполне определяются путем прямого их восприятия, можно обходиться без специального информационного обеспечения оператора. В этом случае он воспринимает информацию в естественных образах (рис. 4.1).

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4.1. Эргатическая система  непосредственного восприятия

В таких системах человек-оператор (Ч-О) может непосредственно  контролировать положения органов  управления (ОУ), состояния машины (М) и предмета труда (ПТ).

-Зрительный анализатор. Он позволяет дистанционно воспринимать полезную информацию, включая точную, количественную. Однако именно это свойство способствует возникновению между наблюдателем и объектом различных помех визуального свойства. Этот анализатор позволяет различать яркость, контраст, цвет, а также пространственно-временные параметры объектов. Острота зрения позволяет наблюдать за мелкими предметами. Важно знать, что некоторые цвета вызывают у человека определенные эмоции [13].

-Зрительный анализатор имеет определенные зоны поля зрения. Острота зрения уменьшается при увеличении угла наблюдения, отсчитываемого от неподвижной оси глаза. В настоящее время этот анализатор доставляет оператору в среднем до 90% полезной информации.

-Слуховой анализатор. Известно, что опытные операторы по звукам, сопровождающим работу машины, судят о ее режимах. Часто слуховой анализатор несет специально организованную полезную информацию или используется для обмена речевой информацией.

-Слуховой анализатор является также органом дистанционного характера, что способствует включению помех акустического характера в канал на пути от источника звука к его потребителю. Звуковые сигналы всегда используются как аварийные и часто - для привлечения внимания оператора к показаниям какого-либо прибора и для четкого суждения о производимых переключения. Несмотря на дистанционный характер звукового канала, в нем, в отличие от зрительного анализатора, восприятие информации осуществляется не одномоментно. Она последовательно развертывается во времени на что должен планироваться определенный временной интервал. Слуховой анализатор фиксирует громкость звука, величину давления звуковой волны на барабанную перепонку, высоту сигнала по его частоте и тембр, определяемый формой звуковой волны.