Обратная связь в системе

Понятие "связь" входит в любое определение системы и обеспечивает возникновение и сохранение целостности ее свойств. Это понятие одновременно характеризует и строение (статику), и функционирование (динамику) системы.

Однако довольно трудно дать определение этому почти очевидному понятию — существуют десятки определений. В одних случаях связь — это "процесс ...", в других — "подсистема (элемент) ..." [1д]. Можно говорить, что "связь" — это отдельный элемент и в этом есть некоторый смысл, поскольку иногда канал связи имеет материальное воплощение со своими статическими и динамическими свойствами.

Самое простое определение звучит так:

связи — это то, что объединяет элементы в целое.

Рассмотрим более глубокое определение.

Отношение взаимной зависимости, обусловленности, общности между элементами системы, которое может быть механическим (обмен усилиями), трофическим (обмен энергией) и сигналами (обмен информацией), называется связью(взаимосвязью) элементов.

Предполагается, что связи существуют между всеми системными элементами, между системами и подсистемами. Если между элементами существует зависимость, то, следовательно, между ними имеется связь.

Связями первого порядка называются связи, функционально необходимые друг другу. Дополнительные связи называются связями второго порядка. Если они присутствуют, то в значительной степени улучшают действие системы (проявление эффекта синергии), но не являются функционально необходимыми. Излишние или противоречивые связи называются связями третьего порядка. Иногда связь определяют как ограничение свободы элементов. Действительно, элементы, вступая в связь друг с другом, утрачивают часть своих свойств, которыми они потенциально обладали в свободном состоянии.

Существуют несколько классификаций связей. Связи можно охарактеризовать направлением, силой, характером (видом) По первому признаку связи делятся на направленные и ненаправленные. По второму - на сильные и слабые. По характеру (виду) различают связи подчинения, связи порождения (генетические), равноправные (безразличные), связи управления.

Для кибернетических моделей систем, в которых связи условно считаются однонаправленными, более адекватным является такое определение.

Связь - это способ взаимодействия входов и выходов элементов.

В свете такого определения связи делятся на прямые и обратные (рис. 7).

Прямой называется связь между выходом одного элемента и входом другого, обратной— связь между выходом и входом одного и того же объекта.

Причем обратная связь может быть осуществлена непосредственно (рис. 7,б) или при помощи других элементов системы (рис. 7, в)

|

Различают положительную (усиливающую) и отрицательную (уравновешивающую) обратные связи. Если ограничиться только внешними причинами изменения выхода, то можно остановиться на таких определениях.

Обратная связь, уменьшающая влияние входного воздействия на выходную величину, называется отрицательной, а увеличивающая это влияние — положительной.

В общем случае

положительная (усиливающая) обратная связь усиливает тенденцию изменения выхода системы, а отрицательная(уравновешивающая) — ее уменьшает.

Таким образом, отрицательная обратная связь способствует восстановлению равновесия в системе, нарушенного внешним воздействием или некими внутренними причинами, а положительная — усиливает отклонение от равновесного состояния по сравнению с его величиной в системе без такой обратной связи.

Примеры. Положительная обратная связь. На входе - вклад в банке, на выходе-сумма денег на счету. Если положить в банк 1000 руб. под 10 % годовых, то через год на счету будет 1100 руб., через 2 года - 1210 руб. и т. д. Если взять в кредит в банке 1000 руб. под 10 % годовых, то через год на счету будет 1100 руб. долга, через 2 года - 1210 руб. и т. д.

Обратная связь является основой саморегуляции, развития системы, приспособления ее к меняющимся условиям существования. Весь наш жизненный опыт состоит из циклов обратной связи.

Примеры положительной обратной связи: раковое заболевание, рост живых клеток, накопление знаний, распространение слухов, уверенность в себе, эпидемия, ядерная реакция, паника, рост коралловых рифов.

Примеры отрицательной обратной связи: воздушный кондиционер, температура тела, процентное содержание сахара в крови, кровяное давление, выздоровление, езда на велосипеде, хищники и жертвы, спрос и предложение на рынке, регулирование ассортимента.

Имеется любопытная разновидность обратной связи — так называемая упреждающая связь (feedforward). В этом случае будущее оказывает влияние на настоящее. Например, если вы ожидаете провал, то, скорее всего, его и получите. И наоборот, если вы настраиваетесь на успех, ваша энергия и оптимизм помогают вам и повышают ваши шансы.

Наши ожидания и тревоги, опасения и надежды способствуют формированию именно того будущего, которое мы себе представляем.

Упреждающая связь создает так называемые самоосуществляющиеся пророчества. Примером является ситуация с ожиданием дефицита. Люди верят в пророчества и поступают в соответствии с ними. Наше будущее строят наши убеждения.

Особенность упреждающей связи состоит в том, что усилия, которые направлены на то, чтобы избежать нежелательных событий, как раз к ним и приводят. В качестве примеров можно привести механизм бессонницы или парадокс-пожелание: "Будьте непринужденны!"

Усиливающая обратная связь возникает, когда первоначальное изменение усиливается последующими. Другими словами, "следствие" изменения усиливает его "причину", которая в свою очередь увеличивает изменение. В результате система начинает с нарастающей скоростью удаляться от первоначального состояния.

Это может привести к усиливающей упреждающей связи, которая возникает тогда, когда сам факт прогноза отталкивает систему от прогнозируемого состояния, и прогноз оказывается самоупраздняемым пророчеством.

Уравновешивающая обратная связь возникает, когда изменения в системе нейтрализуют первоначальное изменение и ослабляют его последствия Другими словами, "следствие" изменения противоположно его "причине". Система приходит к устойчивому состоянию — к достижению своей "цели".

Уравновешивающая упреждающая связь возникает, когда ожидание изменения подталкивает систему к прогнозируемому состоянию, и прогноз оказывается самоосуществляющимся пророчеством.

Классификация систем.

Проработать самостоятельно в [1].

1. В.Н. Волкова, А.А. Денисов. Основы теории систем и системного анализа: Учебник. Изд. 3-е переработанное и дополненное. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2007.-512 с. (Гриф Минобр).Литература

2. Мухин В.И., Малинин В.С. Исследование систем управления: Учебник для вузов.– М: Издательство «Экзамен», 2003. – 384 с.

Лекция 2

СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД В ИССЛЕДОВАНИИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ[3]