Конспект урока «Информационные модели систем управления»
план-конспект урока по информатике и икт (9 класс) по теме

I. Орг. момент.

Здравствуйте ребята, садитесь.

Откройте тетради, запишите число и тему урока: «Информационные модели систем управления».

II. Новый материал

В процессе функционирования сложных систем (биологических, технических и т. д.) важную роль играют информационные процессы управления. Для поддержания своей жизнедеятельности любой живой организм постоянно получает информацию из внешнего мира с помощью органов чувств, обрабатывает ее и управляет своим поведением (например, перемещаясь в пространстве, избегает опасности).

В любом процессе управления всегда происходит взаимодействие двух объектов — управляющего и управляемого, которые соединены каналами прямой и обратной связи. По каналу прямой связи передаются управляющие сигналы, а по каналу обратной связи — информация о состоянии управляемого объекта.

Приведите примеры взаимодействия двух объектов – управляющего и управляемого?

Управление осуществляется в любых системах, но есть такие системы, где управление – это профессия. Руководитель, управляющий, директор, начальник, менеджер, заведующий, администратор.

В 1948 году в США и Европе вышла книга американского математика Норберта Винера «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине». Эта книга провозгласила рождение новой науки – кибернетики.

С точки зрения кибернетики взаимодействие между управляющим и управляемым объектами рассматривается как информационный процесс. С этой позиции самые разнообразные процессы управления подчиняются одним и тем же принципам.

Во всех этих примерах можно выделить:

1. Объект управления (автомобиль, компьютер, автопилот);
   
2. Управляющую систему (водитель, пользователь компьютера);
   
3. Цель управления (добраться до нужного места, долететь, получить ответ задачи);
   
4. Управляющее воздействие (поворот руля, последовательность команд, информация от датчиков);
   
5. Реакцию объекта управления на управляющее воздействие
   

Системы управления с обратной связью.

В системах управления с обратной связью управляющий объект по прямому каналу управления производит необходимые действия над объектом управления, а по каналу обратной связи получает информацию о его реальных параметрах. Это позволяет осуществлять управление с гораздо большей точностью.

Информационную модель системы управления с обратной связью можно наглядно представить с помощью схемы.

Приведите примеры систем управления с обратной связью.

Системы управления без обратной связи.

В системах управления без обратной связи не учитывается состояние управляемого объекта и обеспечивается управление только по прямому каналу (от управляющего объекта к управляемому объекту). Информационную модель системы управления без обратной связи можно наглядно представить с помощью схемы.

Приведите примеры систем  управления без обратной связи.

Автоматизированные системы управления (АСУ).

Компьютеры помогают решать задачи управления в самых разных масштабах: от управления станком или транспортным средством до управления производственным процессом на предприятии или даже целой отраслью экономики государства.

Конечно, поручать компьютеру полностью, без участия человека, руководить предприятием или отраслью экономики — сложно, да и не безопасно. Для управления в таком масштабе создаются компьютерные системы, которые называются автоматизированными системами управления (АСУ). Такие системы работают вместе с человеком. С обратной связью.

Приведите примеры АСУ.

В АСУ используются самые современные средства информационных технологий: базы данных и экспертные системы, методы математического моделирования, машинная графика и пр.

Системы автоматического управления (САУ).

Другим вариантом применения ЭВМ в управлении являются системы автоматического управления (САУ). Объектами управления в этом случае чаще всего выступают технические устройства (станок, ракета, химический тор, ускоритель элементарных частиц).

В САУ все операции, связанные с процессами управления (сбор и обработка информации, формирование управляющих команд, воздействие на управляемый объект), происходят автоматически, без непосредственного участия человека.

Устройства автоматического управления стали создаваться задолго до появления первых ЭВМ. Как правило, они основаны на использовании каких-либо физических явлений.

Привести примеры.

Существуют и более сложные примеры бескомпьютерного автоматического управления.

Цифро-аналоговый преобразователь

Рассмотрим ситуацию, в которой объектом управления является техническое устройство (лабораторная установка, бытовая техника, транспортное средство или промышленное оборудование).

Компьютер работает с двоичной информацией, помещенной в его память. Управляющая команда, выработанная программой, в компьютере имеет форму двоичного кода. Чтобы она превратилась в физическое воздействие на управляемый объект, необходимо преобразование этого кода в электрический сигнал, который приведет в движение «рычаги» управления объектом. Такое преобразование из двоичного кода в электрический сигнал называют цифро-аналоговым преобразованием. Выполняющий такое преобразование прибор называется ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь).

Приборы, которые дают информацию о состоянии объекта управления, называются датчиками. Они могут показывать, например, температуру, давление, деформации, напряженности полей и пр. Эти данные необходимо передать компьютеру по линиям обратной связи. Если показания датчиков имеют аналоговую форму (электрический ток или потенциал), то они должны быть преобразованы в двоичную цифровую форму. Такое преобразование называется аналого-цифровым, а прибор, его выполняющий — АЦП (аналого-цифровой преобразователь).

Все сказанное отражается в схеме. Такая система работает автоматически, без участия человека.

В простейших случаях для автоматического управления используются микропроцессоры, встроенные в управляемое устройство.

Привести примеры.

Современные самолеты «нашпигованы» многочисленной электроникой: от микропроцессоров, управляющих отдельными приборами, до бортовых компьютеров, прокладывающих маршрут полета, то есть выполняющих функции штурмана.

III. Итог урока.

Автоматизированные системы управления (АСУ) помогают человеку в сборе информации и принятии управляющих решений.

В системах автоматического управления (САУ) все операции, связанные с процессами управления, происходят автоматически, без непосредственного участия человека, по заранее составленной программе.

В САУ на линии прямой связи для преобразования двоичной информации в аналоговый сигнал используется прибор ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь); на линии обратной связи для преобразования аналогового электрического сигнала в двоичный код используется прибор АЦП (аналого-цифровой преобразователь).

Управление в САУ происходит в режиме реального времени.

Домашнее задание:

§ 3.8.1. Стр 158 контрольные вопросы. Подготовка к контрольной работе по теме моделирование.

Рассаживаются по местам.

В процессе управления полетом самолета в режиме автопилота бортовой компьютер получает информацию от датчиков (скорости, высоты и т. д.), обрабатывает ее и передает команды на исполнительные механизмы, изменяющие режим полета (закрылки, клапаны, регулирующие работу двигателей, и т. д.).

Автомобиль привезет пассажиров в нужное место, если водитель будет правильно им управлять.

Компьютер поможет вам решить практически любую учебную задачу, если уметь управлять им.

Записывают историческую справку.

Записывают определение в тетрадь.

Кибернетика – наука об общих принципах и закономерностях управления в живых и неживых системах, в искусственных системах и обществе.

Записывают определение в тетрадь.

Управление есть целенаправленное взаимодействие объектов, одни из которых являются управляющими, другие – управляемыми.

Записывают в тетрадь.

Обратная связь – это процесс передачи информации о состоянии объекта управления к управляющему.

Например, человек и телевизор, хозяин и собака, автомобиль и светофор.

Работа светофора при аварии.

Записывают в тетрадь:

АСУ – автоматизированные системы управления.

Автоматизированные системы управления (АСУ) помогают человеку в сборе информации и принятии управляющих решений.

АСУ-нефть.

Предприятие, собирающее информацию о добыче нефти, о состоянии скважин, контролирующее скважины с нефтью. Всю эту информации собирает оператор и в случае неполадок сообщает руководству.

АСУ помогает руководителю получить

необходимую информацию для принятия

управляющего решения, а также может

предложить наиболее оптимальные варианты таких решений. Однако окончательное решение принимает человек.

Записывают в тетрадь.

САУ – системы автоматического управления

В системах автоматического управления (САУ) все операции, связанные с процессами управления, происходят автоматически, без непосредственного участия человека, по заранее составленной программе.

Например:

1. автоматический регулятор уровня воды в баке основан на выталкивающем действии воды на поплавок регулятора;
   
2. автоматические предохранители в электрических сетях основаны на тепловом действии электрического тока;
   
3. система автоматического регулирования освещенности в помещении использует явление фотоэффекта.
   

Линия прямой связи

Линия обратной связи

Например, очень часто микропроцессоры применяются в транспортных средствах: автомобилях, самолетах, поездах.

Каждый микропроцессор выполняет свою отдельную функцию, управляет работой определенного узла. Например, в автомобилях используется микропроцессор, управляющий работой карбюратора — устройства, регулирующего подачу топлива в двигатель. Такое автоматическое управление снижает расход горючего, повышает КПД двигателя.

Записывают домашнее задание.