사이버네틱스란 무엇인가

사이버네틱스(Cybernetics) — 제어 프로세스의 일반 법칙과 기계, 살아있는 유기체 및 그 연관성에 대한 정보 전달에 관한 과학. 사이버네틱스는 이론적 토대입니다. 프로세스 자동화.

사이버네틱스의 기본 원리는 1948년 미국 과학자 노버트 위너(Norbert Wiener)가 그의 책 사이버네틱스 또는 기계와 살아있는 유기체의 제어와 통신에서 공식화했습니다.

사이버네틱스의 출현은 한편으로는 복잡한 자동 제어 장치를 만드는 문제를 제기한 실습의 필요성과 다른 한편으로는 다양한 물리적 분야에서 제어 프로세스를 연구하는 과학 분야의 발전에 의해 조건화되었습니다. 이러한 과정에 대한 일반적인 이론을 만들기 위한 준비 과정에서.

이러한 과학에는 자동 제어 및 추적 시스템 이론, 전자 프로그래밍 컴퓨터 이론, 메시지 전송 통계 이론, 게임 이론 및 최적 솔루션 등, 제어 프로세스를 연구하는 복잡한 생물학이 포함됩니다. 살아있는 자연에서 (반사 요법, 유전학 등).

특정 제어 프로세스를 다루는 이러한 과학과 달리 사이버네틱스는 물리적 특성에 관계없이 모든 제어 프로세스의 일반성을 연구하고 이러한 프로세스의 통합 이론을 생성하는 작업을 설정합니다.

모든 관리 프로세스는 다음과 같은 특징이 있습니다.

• 선도 및 통제 (집행) 기관으로 구성된 조직화 된 시스템의 존재;

• 이 조직화된 시스템과 외부 환경의 상호 작용(이는 무작위적이거나 체계적인 교란의 원인입니다.

• 정보 수신 및 전송에 기반한 제어 구현;

• 목표 및 관리 알고리즘의 존재.

살아있는 자연에서 목표 지향 제어 시스템의 자연적-인과적 출현 문제를 연구하는 것은 사이버네틱스의 중요한 과제이며, 이를 통해 살아있는 자연에서 인과성과 목적성 사이의 관계를 더 깊이 이해할 수 있습니다.

사이버네틱스의 임무에는 정보를 인식하고 처리하는 능력 측면에서 제어 시스템 작동의 구조 및 다양한 물리적 원리에 대한 체계적인 비교 연구도 포함됩니다.

그 방법에 따라 사이버네틱스는 다양한 수학적 장치와 다양한 관리 프로세스 연구의 비교 접근 방식을 널리 사용하는 과학입니다.

사이버네틱스의 주요 부문은 다음과 같이 구분할 수 있습니다.

• 정보이론;

• 제어 방법론(프로그래밍);

• 제어 시스템 이론.

정보 이론은 정보를 인식, 변환 및 전송하는 방법을 연구합니다.정보는 특정 매개변수가 전송된 정보와 명확하게 일치하는 물리적 프로세스인 신호를 사용하여 전송됩니다. 이러한 대응 관계를 설정하는 것을 코딩이라고 합니다.

정보 이론의 중심 개념은 메시지를 수신하기 전과 후에 메시지에 포함된 어떤 사건에 대한 예측의 불확실성 정도의 변화로 정의되는 정보의 양을 측정하는 것입니다. 이 측정을 통해 물리학에서 에너지의 양 또는 물질의 양을 측정하는 방식과 유사하게 메시지의 정보 양을 측정할 수 있습니다. 수신자에게 전송되는 정보의 의미와 가치는 고려되지 않습니다.

프로그래밍 이론은 관리를 위해 정보를 처리하고 사용하는 방법에 대한 연구 및 개발을 다룹니다. 일반적으로 모든 제어 시스템의 작동 프로그래밍에는 다음이 포함됩니다.

• 솔루션을 찾기 위한 알고리즘을 정의합니다.

• 주어진 시스템에서 허용하는 코드로 프로그램을 컴파일합니다.

솔루션 찾기는 주어진 입력 정보를 해당 출력 정보(제어 명령)로 처리하는 것으로 축소되어 설정된 목표를 달성할 수 있습니다. 알고리즘의 형태로 제시된 몇 가지 수학적 방법을 기반으로 수행됩니다. 가장 발전된 것은 선형 프로그래밍 및 동적 프로그래밍과 같은 최적 솔루션을 결정하는 수학적 방법과 게임 이론에서 통계적 솔루션을 개발하는 방법입니다.

사이버네틱스에서 사용되는 알고리즘 이론은 조건부 수학적 체계의 형태로 정보 처리 프로세스를 설명하는 공식적인 방법을 연구합니다. 알고리즘... 여기에서 주요 위치는 다양한 프로세스 클래스에 대한 알고리즘을 구축하는 문제와 동일한 (동등한) 문제로 가득 차 있습니다. 알고리즘 변환.

프로그래밍 이론의 주요 임무는 전자 프로그래밍 기계의 정보 처리 프로세스를 자동화하는 방법을 개발하는 것입니다. 여기서 주요 역할은 프로그래밍 자동화에 대한 질문, 즉 이러한 기계의 도움으로 기계의 다양한 문제를 해결하기 위해 프로그램을 컴파일하는 것에 대한 질문입니다.

사이버네틱스는 자연 및 인공적으로 구성된 다양한 시스템에서 정보 처리 프로세스를 비교 분석하는 관점에서 다음과 같은 주요 프로세스 클래스를 구분합니다.

• 살아있는 유기체의 사고 및 반사 활동;

• 생물학적 종의 진화 과정에서 유전 정보의 변화;

• 자동 시스템의 정보 처리;

• 경제 및 행정 시스템의 정보 처리;

• 과학 발전 과정에서 정보 처리.

이러한 프로세스의 일반 법칙을 밝히는 것은 사이버네틱스의 주요 작업 중 하나입니다.

제어 시스템 이론은 그러한 시스템의 구조 및 구성 원리와 제어 시스템 및 외부 환경과의 관계를 연구합니다. 일반적으로 제어 시스템은 의도적인 정보 처리를 수행하는 모든 물리적 개체(동물의 신경계, 비행기의 움직임을 제어하는 ​​자동 시스템 등)라고 할 수 있습니다.

자동 제어 이론(TAU) - 과학 분야, 그 주제는 자동 제어 시스템에서 발생하는 정보 프로세스입니다. TAU는 물리적 구현이 다른 자동 시스템에 내재된 일반적인 작동 패턴을 밝히고 이러한 패턴을 기반으로 고품질 제어 시스템을 구축하기 위한 원칙을 개발합니다.

사이버네틱스는 실제 시스템의 해당 클래스의 정보 속성을 보존하는 수학적 체계(모델)의 형태로 제시된 추상 제어 시스템을 연구합니다. 사이버네틱스 내에서 특별한 수학적 분야가 생겼습니다. 많은 수의 요소를 포함하고 신경망 작업을 시뮬레이션하는 특수한 종류의 이산 정보 처리 시스템을 연구하는 오토마타 이론입니다.

이론적으로나 실제적으로 매우 중요한 것은 뇌의 구조와 사고 메커니즘의 기초를 밝히는 것인데, 이는 무시할 수 있는 에너지 소비와 극도로 높은 신뢰할 수 있음.

사이버네틱스는 건물 제어 시스템의 두 가지 일반 원칙인 피드백과 다단계(계층적) 제어를 식별합니다. 피드백의 원칙을 통해 제어 시스템은 제어 시스템이 모든 제어 대상의 실제 상태와 외부 환경의 실제 효과를 지속적으로 보고할 수 있습니다. 다단계 제어 체계는 제어 시스템의 경제성과 안정성을 보장합니다.

사이버네틱스 및 프로세스 자동화

자가 조정 및 자가 학습 시스템의 원칙을 사용하는 완전 자동화를 통해 복잡한 산업에서 특히 중요한 가장 수익성 있는 제어 모드를 달성할 수 있습니다. 이러한 자동화에 필요한 전제 조건은 작동을 위한 프로그램의 형태로 프로세스를 제어하는 ​​컴퓨터에 입력되는 상세한 수학적 설명(수학적 모델) 프로세스인 주어진 생산에 대한 가용성입니다.

이 기계는 다양한 측정 장치 및 센서로부터 공정 과정에 대한 정보를 수신하며, 기계는 사용 가능한 공정의 수학적 모델을 기반으로 특정 제어 명령으로 추가 과정을 계산합니다.

이러한 모델링 및 예측이 실제 프로세스보다 훨씬 빠르게 진행되면 여러 옵션을 계산하고 비교하여 가장 유리한 관리 모드를 선택할 수 있습니다. 옵션 평가 및 선택은 기계 자체, 완전 자동 및 작업자의 도움을 받아 수행할 수 있습니다. 여기서 중요한 역할은 인간 조작자와 제어 기계의 최적 결합 문제입니다.

실질적으로 매우 중요한 것은 이러한 프로세스를 대체 선택("예" 또는 "아니오")을 나타내는 기본 동작으로 순차적으로 분할하여 관리 및 정보 처리의 다양한 프로세스를 분석하고 설명(알고리즘화)하기 위해 사이버네틱스에서 개발한 통합 접근 방식입니다.

이 방법을 체계적으로 적용하면 점점 더 복잡해지는 정신 활동 프로세스를 공식화할 수 있으며, 이는 후속 자동화에 필요한 첫 번째 단계입니다.기계와 사람의 정보 공생 문제는 과학적 작업의 효율성, 즉 과학적 문제를 해결하는 창의성 과정에서 사람과 정보 논리 기계의 직접적인 상호 작용을 높일 수 있는 큰 전망을 가지고 있습니다.

기술 사이버네틱스 — 기술 시스템을 관리하는 과학. 기술 사이버네틱스의 방법과 아이디어는 초기에 통신 및 제어와 관련된 별도의 기술 분야(자동화, 무선 전자, 원격 제어, 컴퓨터 기술 등)에서 병렬 및 독립적으로 개발되었습니다. 사이버네틱스는 통신 및 제어 기술의 모든 영역에 대한 통합된 이론적 기반을 형성합니다.

일반적으로 사이버네틱스와 마찬가지로 기술 사이버네틱스는 이러한 프로세스가 발생하는 시스템의 물리적 특성에 관계없이 제어 프로세스를 연구합니다. 기술 사이버네틱스의 중심 과제는 구조, 특성 및 매개 변수를 결정하기 위해 효과적인 제어 알고리즘을 합성하는 것입니다. 효과적인 알고리즘은 입력 정보를 어떤 의미에서 성공적인 출력 제어 신호로 처리하기 위한 규칙으로 이해됩니다.

기술적 사이버네틱스는 다음과 밀접한 관련이 있습니다. 자동화 및 원격 기계, 그러나 기술 사이버네틱스는 특정 장비의 설계를 고려하지 않기 때문에 일치하지 않습니다. 기술 사이버네틱스는 사이버네틱스의 다른 영역과도 관련이 있습니다. 예를 들어, 생물학에서 얻은 정보는 인간 정신 활동의 복잡한 기능을 시뮬레이션하는 새로운 유형의 자동 장치를 구성하는 원칙을 포함하여 새로운 제어 원칙의 개발을 촉진합니다.

수학적 장치를 널리 사용하는 실습의 필요성에서 발생하는 기술 사이버네틱스는 이제 사이버네틱스의 가장 발전된 분야 중 하나입니다. 따라서 기술 사이버네틱스의 발전은 사이버네틱스의 다른 분야, 방향 및 분야의 발전에 크게 기여합니다.

기술 사이버네틱스에서 중요한 위치는 최적 알고리즘 이론 또는 본질적으로 동일한 최적 기준의 극한값을 제공하는 자동 제어를 위한 최적 전략 이론입니다.

경우에 따라 최적 기준이 다를 수 있습니다. 예를 들어 어떤 경우에는 일시적인 프로세스의 최대 속도가 필요할 수 있고 다른 경우에는 특정 수량 값의 최소 확산 등이 필요할 수 있습니다. 그러나 다양한 문제를 공식화하고 해결하는 일반적인 방법이 있습니다. 이런 종류의.

문제를 해결한 결과, 자동 시스템에서의 최적 제어 알고리즘이나 통신 시스템의 수신기에서 배경 노이즈에 대한 신호 인식을 위한 최적의 알고리즘 등이 결정된다.

기술 사이버네틱스의 또 다른 중요한 방향은 시스템 또는 그 부품의 속성을 의도적으로 변경하여 해당 작업의 성공을 보장하는 자동 적응을 통한 시스템 작동 이론 및 원리의 개발입니다. 이 분야에서는 자동 검색에 의해 최적의 작동 모드로 가져오고 예기치 않은 외부 영향 하에서 이 모드에 가깝게 유지되는 자동 최적화 시스템이 매우 중요합니다.

세 번째 영역은 부품의 복잡한 상호 관계와 어려운 조건에서의 작업을 포함하여 많은 요소로 구성된 복잡한 제어 시스템의 개발 이론입니다.

정보 이론과 알고리즘 이론은 특히 유한 상태 기계의 기술 사이버네틱스 이론에 매우 중요합니다.

유한 오토마타 이론은 블랙박스 문제 해결을 포함하여 주어진 작동 조건에서 오토마타의 합성을 다룹니다. 예를 들어 다음에 대한 질문과 같은 다른 문제뿐만 아니라 입력 및 출력을 연구한 결과를 기반으로 오토마톤의 가능한 내부 구조를 결정합니다. 특정 유형의 자동 장치의 타당성.

모든 관리 시스템은 자신의 작업을 설계, 설정, 제어, 지시하고 자신의 목적을 위해 시스템 결과를 사용하는 사람과 어떤 식으로든 관련되어 있습니다. 따라서 복잡한 자동 장치와의 인간 상호 작용 및 이들 간의 정보 교환 문제가 있습니다.

이러한 문제를 해결하는 것은 스트레스가 많고 일상적인 작업에서 인간의 신경계를 완화하고 전체 "인간-기계" 시스템의 최대 효율성을 보장하는 데 필요합니다. 기술 사이버네틱스의 가장 중요한 임무는 가능하고 합리적인 경우 인간을 자동 기계로 대체하는 것을 목표로 점점 더 복잡해지는 형태의 인간 정신 활동을 시뮬레이션하는 것입니다. 따라서 기술 사이버네틱스에서는 훈련이나 학습을 통해 의도적으로 알고리즘을 변경하는 다양한 유형의 학습 시스템을 구축하기 위해 이론과 원리가 개발됩니다.

전력 시스템의 사이버네틱스 — 제어 문제를 해결하기 위한 사이버네틱스의 과학적 적용 전원 시스템, 정권의 규제 및 설계 및 운영 중 기술적 및 경제적 특성 식별.

서로 상호 작용하는 전력 시스템의 개별 요소는 시스템을 독립적인 구성 요소로 나눌 수 없고 특성을 결정할 때 영향 요인을 하나씩 변경하는 것을 허용하지 않는 매우 깊은 내부 연결을 가지고 있습니다. 연구 방법론에 따르면 전력 시스템은 유사성 이론, 물리적, 수학적, 수치적 및 논리적 모델링과 같은 일반화 방법을 사용하기 때문에 사이버네틱 시스템으로 간주되어야 합니다.

자세한 내용은 여기를 참조하세요.전기 시스템의 사이버네틱스