Введение в кибернетику - Эшби У.Р.
Скачать (прямая ссылка):
12/4. Регулирование ошибками. Общеизвестным примером регулятора, который не может непосредственно реагировать на первоначальное возмущение й, является термостатическая ванна, которая, конечно, не может сказать: «Я вижу, что кто-то приближается ко мне с холодной фляжкой, которую он собирается. погрузить в меня, и потому я должна действовать немедленно». Напротив, этот регулятор получает информацию о воздействии только тогда, когда температура воды (Е) фактически начинает падать. То же самое ограничение относится к другим возможным воздействиям, таким как приближение солнечных лучей, которые будут согревать воду, или открывание двери, откуда дует холодный воздух.
Это ограничение имеет место для многих важных типов регулятора. Сюда относится, например, механизм поддержания постоянного кислородного питания тканей: любая продолжительная нехватка кислорода вызывает в конце концов увеличение числа красных кровяных
316 ГЛАВА 12. РЕГУЛЯТОР, УПРАВЛЯЕМЫЙ ОШИБКАМИ 12/4
шариков. Поэтому у людей с определенными сердечными заболеваниями и у людей, живущих на большой высоте, где воздух разрежен, наблюдается постоянная тенденция к такому увеличению. Это регулирование получает информацию от самого вредного воздействия (отсутствия кислорода), а не от причины (О) сердечного заболевания или -от решения жить на большой высоте.
С точки зрения теории связи легко соотнести эти новые явления с уже известными. Различие здесь состоит просто в том, что теперь информация от й к /? (которая должна передаваться, если регулятор /? вообще должен играть какую-то полезную роль) проходит через Г.
Вместо
\^ | мы теперь имеем
0-
*1
Таким образом, /? получает информацию о О через посредство Т:
и информацией, пригодной для использования в целях регулирования, будет та, которая сохранится при кодировании, обусловленном прохождением через Т (§ 8/5).
Иногда информация, поступающая в /?, должна проходить еще более длинный путь, так что У? испытывает влияние только осуществившегося уже воздействия на Е* Диаграмма непосредственных воздействий в этом случае будет иметь вид
ШНЇНЕ}
12/5
РЕГУЛЯТОР, УПРАВЛЯЕМЫЙ ОШИБКАМИ
317
а это — не что иное, как основная форма простой «следящей системы, управляемой ошибками», или «регулятора с замкнутой петлей», с ее общеизвестной обратной связью от Е к /?, Читатель должен понимать, что эта форма отличается от описанной в основной формулировке (§ 11/4) только тем, что здесь информация о О приходит в /? более длинным путем:
Также и здесь информацией, пригодной для использования в /?, будет только та, которая сохраняется при передаче через Т и Е.
Эта форма имеет величайшее значение и широчайшее применение. Дальнейшая часть книги будет посвящена ее рассмотрению. (Остальные случаи существенно просты и не нуждаются в особом рассмотрении.) 12/5. Основным свойством регулятора, управляемого ошибками, является то, что он не может быть совершенным в смысле § 11/3. •
Предположим, что мы хотим построить систему, управляемую ошибками, используя метод §§ 11/3 и 4. Мы берем таблицу с двойным входом, где В и /? определяют исход в Е. Разнообразие каждого столбца равно разнообразию ?>. Новым здесь будет некоторое видоизменение правил игры. Раньше она проходила так: сначала делал свой выбор партнер Д затем партнер /? и затем .определялось Е. Теперь же она идет так, что после того как й сделал свой выбор, /? должен принять значение, являющееся функцией исхода Е (ибо /? управляется ошибками). Легко показать, что при этих условиях разнообразие Е будет столь же велико, как разнообразие А т. е. /? не сможет осуществить никакого регулирования, независимо от того, как он построен (т. е. независимо от того, какое преобразование переводит значения Е в значение /?).
Если не требовать формального доказательства, то упрощенным рассуждением можно показать, что так и должно быть. Как мы видели, /? получает информацию через Т и Е. Предположим, что # каким-то образом все-таки осуществляет регулирование. Это означало бы, что
318 ГЛАВА 12. РЕГУЛЯТОР, УПРАВЛЯЕМЫЙ ОШИБКАМИ 12 7
разнообразие в Е уменьшено по сравнению с разнообразием в В — возможно даже сведено к нулю. Самое это уменьшение сокращает пропускную способность канала
Чтобы Е сохранялось совершенно постоянным, этот канал должен быть полностью заблокирован. Таким образом, чем более успешно # сохраняет Е постоянным, тем более /? блокирует канал, по которому получает необходимую информацию. Ясно, что любой успех # может быть в лучшем случае лишь частичным. 12/6. К счастью, во многих случаях полное регулирование не обязательно. До сих пор мы принимали, что состояния существенных переменных Е резко разделяются на «нормальные» (т]) и «летальные» и что ввиду этого появление «нежелательного» состояния полностью несовместимо с регулированием. Однако во многих случаях системы обнаруживают непрерывность, так что состояния существенных переменных распределяются вдоль некоторой шкалы нежелательности. Так, сухопутное животное может пройти целый ряд степеней обезвоживания, прежде чем умереть от жажды. Своевременное возвращение по этой шкале с полпути может с основанием быть названо «регулировочным», если оно спасает жизнь животного, хотя это может и не спасти его от неприятных ощущений.
