que es la cibernetica

Cibernética: la ciencia de las leyes generales de los procesos de control y la transferencia de información en máquinas, organismos vivos y sus asociaciones. La cibernética es la base teórica. automatización de procesos.

Los principios básicos de la cibernética fueron formulados en 1948 por el científico estadounidense Norbert Wiener en su libro Cybernetics or Control and Communication in Machines and Living Organisms.

El surgimiento de la cibernética está condicionado, por un lado, por las necesidades de la práctica, que planteó el problema de crear complejos dispositivos automáticos de control, y, por otro lado, por el desarrollo de disciplinas científicas que estudian los procesos de control en diversos campos físicos. en preparación para la creación de una teoría general de estos procesos.

Tales ciencias incluyen: la teoría de los sistemas de seguimiento y control automático, la teoría de las computadoras electrónicas programadas, la teoría estadística de la transmisión de mensajes, la teoría de los juegos y las soluciones óptimas, etc., así como un complejo de ciencias biológicas que estudian los procesos de control. en la naturaleza viva (reflexología, genética, etc.).

A diferencia de estas ciencias que se ocupan de procesos de control específicos, la cibernética estudia la generalidad de todos los procesos de control, independientemente de su naturaleza física, y establece como tarea la creación de una teoría unificada de estos procesos.

Todos los procesos de gestión se caracterizan por:

• la existencia de un sistema organizado que consta de órganos de dirección y control (ejecutivos);

• interacción de este sistema organizado con el ambiente externo, que es fuente de perturbaciones aleatorias o sistemáticas;

• implementación de control basado en la recepción y transmisión de información;

• la presencia de un objetivo y un algoritmo de gestión.

Estudiar el problema de la aparición natural-causal de los sistemas de control dirigidos a objetivos en la naturaleza viva es una tarea importante de la cibernética, que permitirá una comprensión más profunda de la relación entre la causalidad y el propósito en la naturaleza viva.

La tarea de la cibernética también incluye un estudio comparativo sistemático de la estructura y varios principios físicos de operación de los sistemas de control en términos de su capacidad para percibir y procesar información.

Por sus métodos, la cibernética es una ciencia que utiliza ampliamente una variedad de aparatos matemáticos, así como un enfoque comparativo en el estudio de varios procesos de gestión.

Se pueden distinguir las principales divisiones de la cibernética:

• Teoría de la información;

• teoría de los métodos de control (programación);

• teoría de los sistemas de control.

La teoría de la información estudia las formas de percibir, transformar y transmitir la información.La información se transmite mediante señales: procesos físicos en los que ciertos parámetros son inequívocamente consistentes con la información transmitida. El establecimiento de tal correspondencia se denomina codificación.

El concepto central de la teoría de la información es una medida de la cantidad de información, definida como el cambio en el grado de incertidumbre en la anticipación de algún evento, que está contenida en el mensaje antes y después de que se reciba el mensaje. Esta medida le permite medir la cantidad de información en los mensajes, de forma similar a cómo se mide la cantidad de energía o la cantidad de materia en la física. No se tiene en cuenta el significado y el valor de la información transmitida para el destinatario.

La teoría de la programación se ocupa del estudio y desarrollo de métodos para procesar y utilizar la información para la gestión. En general, la programación del funcionamiento de cualquier sistema de control incluye:

• definir un algoritmo para encontrar soluciones;

• compilación de un programa en el código aceptado por el sistema dado.

La búsqueda de soluciones se reduce a procesar la información de entrada dada en la información de salida correspondiente (comandos de control), lo que garantiza el logro de los objetivos establecidos. Se realiza en base a algún método matemático presentado en forma de algoritmo. Los más avanzados son los métodos matemáticos para determinar soluciones óptimas, como la programación lineal y la programación dinámica, así como métodos para desarrollar soluciones estadísticas en teoría de juegos.

La teoría de algoritmos, utilizada en cibernética, estudia formas formales de describir procesos de procesamiento de información en forma de esquemas matemáticos condicionales: algoritmos... El lugar principal aquí lo ocupan los problemas de construcción de algoritmos para diferentes clases de procesos y problemas de identidad (equivalente) transformaciones de algoritmos.

La tarea principal de la teoría de la programación es desarrollar métodos para automatizar los procesos de procesamiento de información de las máquinas electrónicas programadas. El papel principal aquí lo desempeñan las preguntas sobre la automatización de la programación, es decir, las preguntas sobre la compilación de programas para resolver varios problemas de máquinas con la ayuda de estas máquinas.

Desde el punto de vista del análisis comparativo de los procesos de procesamiento de información en varios sistemas organizados natural y artificialmente, la cibernética distingue las siguientes clases principales de procesos:

• pensamiento y actividad refleja de los organismos vivos;

• cambios en la información hereditaria en el proceso de evolución de las especies biológicas;

• procesamiento de información en sistemas automáticos;

• procesamiento de información en sistemas económicos y administrativos;

• procesamiento de la información en el proceso de desarrollo de la ciencia.

Elucidar las leyes generales de estos procesos es una de las principales tareas de la cibernética.

La teoría de los sistemas de control estudia la estructura y los principios de construcción de dichos sistemas y su relación con los sistemas controlados y el entorno externo. En el caso general, un sistema de control puede denominarse cualquier objeto físico que realiza un procesamiento de información con un propósito (el sistema nervioso de un animal, un sistema automático para controlar el movimiento de un avión, etc.).

Teoría del Control Automático (TAU) — disciplina científica, cuyo tema son los procesos de información que tienen lugar en los sistemas de control automático. TAU revela los patrones generales de operación inherentes a los sistemas automáticos con diferentes implementaciones físicas, y en base a estos patrones desarrolla los principios para construir sistemas de control de alta calidad.

La cibernética estudia los sistemas de control abstractos presentados en forma de esquemas matemáticos (modelos) que conservan las propiedades informativas de las clases correspondientes de sistemas reales. Dentro de la cibernética, surgió una disciplina matemática especial: la teoría de los autómatas, que estudia una clase especial de sistemas discretos de procesamiento de información que incluyen una gran cantidad de elementos y simulan el trabajo de las redes neuronales.

De gran importancia teórica y práctica es la elucidación de esta base de los mecanismos del pensamiento y la estructura del cerebro, que brindan la posibilidad de percibir y procesar grandes cantidades de información en órganos de pequeño volumen con un gasto de energía insignificante y con altísimo fiabilidad.

La cibernética identifica dos principios generales de los sistemas de control de edificios: retroalimentación y control multinivel (jerárquico).El principio de retroalimentación permite que el sistema de control informe constantemente el estado real de todos los cuerpos controlados y los efectos reales del entorno externo. El esquema de control multinivel garantiza la economía y la estabilidad del sistema de control.

Cibernética y automatización de procesos

La automatización completa, utilizando los principios de los sistemas de autoajuste y autoaprendizaje, hace posible lograr los modos de control más rentables, lo cual es especialmente importante para las industrias complejas. Un requisito previo necesario para tal automatización es la disponibilidad para una producción dada, proceso de una descripción matemática detallada (modelo matemático), que se ingresa en la computadora que controla el proceso en forma de un programa para su operación.

Esta máquina recibe información sobre el curso del proceso de varios dispositivos de medición y sensores, y la máquina, basándose en el modelo matemático disponible del proceso, calcula su curso posterior con ciertos comandos de control.

Si dicho modelado y pronóstico avanza mucho más rápido que el proceso real, entonces es posible elegir el modo de gestión más ventajoso calculando y comparando una serie de opciones. La evaluación y selección de opciones puede ser realizada tanto por la propia máquina, de forma totalmente automática, como con la ayuda de un operador humano. Un papel importante en esto lo juega el problema del acoplamiento óptimo del operador humano y la máquina de control.

De gran importancia práctica es el enfoque unificado desarrollado por la cibernética para el análisis y descripción (algoritmización) de varios procesos de gestión y procesamiento de información al dividir secuencialmente estos procesos en acciones elementales que representan elecciones alternativas ("sí" o "no").

La aplicación sistemática de este método permite formalizar procesos de actividad mental cada vez más complejos, que es la primera etapa necesaria para su posterior automatización.El problema de la simbiosis de información de una máquina y una persona tiene grandes perspectivas para aumentar la eficiencia del trabajo científico, es decir, la interacción directa de una persona y una máquina lógica de información en el proceso de creatividad para resolver problemas científicos.

Cibernética técnica: la ciencia de la gestión de sistemas técnicos. Los métodos e ideas de la cibernética técnica se desarrollaron inicialmente de forma paralela e independiente en disciplinas técnicas separadas relacionadas con la comunicación y el control: en automatización, radioelectrónica, telecontrol, tecnología informática, etc. cibernética, que forma una base teórica unificada para todas las áreas de la tecnología de comunicación y control.

La cibernética técnica, como la cibernética en general, estudia los procesos de control, independientemente de la naturaleza física de los sistemas en los que estos procesos ocurren. La tarea central de la cibernética técnica es la síntesis de algoritmos de control efectivos para determinar su estructura, características y parámetros. Los algoritmos efectivos se entienden como reglas para procesar información de entrada en señales de control de salida que tienen éxito en cierto sentido.

La cibernética técnica está íntimamente relacionada con automatización y telemecánica, pero no coincide con ellos, ya que la cibernética técnica no considera el diseño de equipos específicos. La cibernética técnica también está relacionada con otras áreas de la cibernética, por ejemplo, la información obtenida de las ciencias biológicas facilita el desarrollo de nuevos principios de control, incluidos los principios de construcción de nuevos tipos de autómatas que simulan funciones complejas de la actividad mental humana.

La cibernética técnica, surgida de las necesidades de la práctica, utilizando ampliamente el aparato matemático, es ahora una de las ramas más desarrolladas de la cibernética. Por lo tanto, el progreso de la cibernética técnica contribuye significativamente al desarrollo de otras ramas, direcciones y ramas de la cibernética.

Un lugar significativo en la cibernética técnica es la teoría de los algoritmos óptimos o, lo que es esencialmente lo mismo, la teoría de una estrategia óptima para el control automático que proporciona un extremo de algún criterio de optimización.

En diferentes casos, los criterios de optimización pueden ser diferentes. Por ejemplo, en un caso se puede exigir la máxima tasa de procesos transitorios, en el otro la mínima dispersión de valores de una determinada cantidad, etc. Sin embargo, existen métodos generales para formular y resolver una amplia variedad de problemas. de este tipo.

Como resultado de resolver el problema, se determina el algoritmo de control óptimo en el sistema automático o el algoritmo óptimo para reconocer señales en el contexto del ruido en el receptor del sistema de comunicación, etc.

Otra dirección importante en la cibernética técnica es el desarrollo de la teoría y los principios de funcionamiento de los sistemas con adaptación automática, que consiste en un cambio intencional en las propiedades de un sistema o sus partes, asegurando el éxito creciente de sus acciones. En este campo, los sistemas de optimización automáticos llevados por búsqueda automática al modo óptimo de operación y mantenidos cerca de este modo bajo influencias externas imprevistas son de gran importancia.

La tercera área es la teoría del desarrollo de sistemas de control complejos, que consisten en una gran cantidad de elementos, incluidas interrelaciones complejas de partes y trabajo en condiciones difíciles.

La teoría de la información y la teoría de los algoritmos son de gran importancia, en particular, para la teoría de la cibernética técnica de las máquinas de estados finitos.

La teoría de los autómatas finitos se ocupa de la síntesis de autómatas en condiciones operativas dadas, incluida la resolución del problema de la caja negra: determinar una posible estructura interna de un autómata en función de los resultados del estudio de sus entradas y salidas, así como otros problemas, por ejemplo, preguntas sobre la viabilidad de los autómatas de un determinado tipo.

Todo sistema de gestión está relacionado de alguna manera con la persona que diseña, instala, controla, dirige su trabajo y utiliza los resultados de los sistemas para sus propios fines. Por lo tanto, existen problemas de interacción humana con un complejo de dispositivos automáticos y el intercambio de información entre ellos.

Es necesario resolver estos problemas para liberar al sistema nervioso humano del trabajo estresante y rutinario y para garantizar la máxima eficiencia de todo el sistema "hombre-máquina". La tarea más importante de la cibernética técnica es simular formas cada vez más complejas de actividad mental humana con el objetivo de reemplazar a los humanos con máquinas automáticas siempre que sea posible y razonable. Por lo tanto, en la cibernética técnica se desarrollan teorías y principios para construir diferentes tipos de sistemas de aprendizaje que, mediante el entrenamiento o el aprendizaje, modifican intencionalmente su algoritmo.

Cibernética de los sistemas de potencia: aplicación científica de la cibernética para resolver problemas de control sistemas de poder, regulación de sus regímenes e identificación de características técnicas y económicas durante el diseño y operación.

Los elementos individuales del sistema de potencia que interactúan entre sí tienen conexiones internas muy profundas que no permiten dividir el sistema en componentes independientes y, al determinar sus características, cambiar los factores que influyen uno por uno. De acuerdo con la metodología de investigación, el sistema de potencia debe ser considerado como un sistema cibernético, ya que su investigación utiliza métodos generalizadores: teoría de la similitud, modelación física, matemática, numérica y lógica.

Para más detalles ver aquí:Cibernética de los sistemas eléctricos