План урока на тему " Управление и кибернетика"

«Управление и кибернетика»

Цель урока: Познакомить учащихся с основами кибернетики, с кибернетической моделью процессов управления.

Задачи:

Образовательные:

• Дать представление о применении компьютера для автоматизации процессов управления;

• Ввести понятие алгоритма управления;

• Познакомить со способами описания алгоритмов.

Развивающие:

• развивать способности правильно формулировать свои мысли в процессе обобщения изученного (подведение итогов, актуализации знаний);

• развивать умение вести учебный диалог, отстаивать свою точку зрения при решении задач;

Воспитательные:

• воспитание ценностей личного отношения к изучаемым знаниям при решении целого ряда задач;

• воспитание в учениках уверенности в своих силах при решении задач.

Оборудование:

• проектор,

• экран,

• персональный компьютер

Ход урока:

1.Приветствие, проверка посещаемости.

2. Презентация « Техника Безопасности»

3. Презентация №1

Термин «кибернетика» изначально ввёл в научный оборот Ампер, который в своём фундаментальном труде «Опыт о философии наук» (1834—1843) определил кибернетику как науку об управлении государством, которая должна обеспечить гражданам разнообразные блага. В современном понимании — как наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в машинах, живых организмах и обществе. Термин впервые был предложен Норбертом Винером в 1948 году, когда в США и Европе вышла его книга «Кибернетика или Управление и связь в животном и машине». Эта книга провозгласила рождение новой науки –Кибернетика.

Не случайно появление этого научного термина совпало с созданием первых электронно вычислительных машин (ЭВМ). Винер предвидел, что использование ЭВМ для управления станет одним из важнейших их приложений, а для этого потребуется глубокий теоретический анализ самого процесса управления.

Что же такое управление?

Управление есть целенаправленное воздействие одних объектов, которые являются управляющими, на другие объекты – управляемые.

Давайте запишем это определение. Пример: человек и телевизор. Человек – управляющий, телевизор управляемый.

Т.е. образуется следующая система управления:

Управляющее

воздействие

Выполним следующее упражнение:

Определите, кто играет роль управляющего и кто играет роль объекта управления в следующих системах(заполните таблицу):

Школа - класс, стая волков - стадо коров, дрессировщик- собака, автомобиль- водитель, пешеход – светафор.

А с какой целью управляющий объект воздействует на управляемого?

Назовите некоторые команды управления.

С кибернетической точки зрения все варианты управляющих воздействий следует рассматривать как управляющую информацию, передаваемую в форме команд.

Рассмотрим алгоритм управления:

Управление это целенаправленный процесс, т.е. команды отдаются не случайным образом, а с вполне определенной целью. Для достижения простой цели достаточно одной команды, для более сложной – последовательность команд.

Последовательность команд по управлению объектом, выполнение которой приводит к достижению заранее поставленной цели, называется алгоритмом управления.

Объект управления называют исполнителем управляющего алгоритма.

Примером алгоритма является кулинарный рецепт, но только в том случае если каждое действие прописано четко, исполнитель это повар.

С точки зрения кибернетики взаимодействие между управляющим и управляемым объектами рассматривается как информационный процесс. С этой позиции оказалось, что самые разнообразные процессы управления в природе, технике, обществе происходят сходным образом, подчиняются одним и тем же принципам.

Упражнение: А сейчас предлагаю Вам побывать в роли строителей:

Перед вами составные части дома: фундамент, кирпичи, крыша.

Если бы вы строили этот дом, что бы вы в первую очередь положили?

А если бы мы эту же задачу задали компьютеру? Что нам нужно сделать для этого компьютера? (составить алгоритм).

П-р 2: Предлагается управляющая система: ПОВАР – КУХНЯ. Составить алгоритм управления лепки пельменей.

1) Дана управляющая система КЛАСС - УЧЕНИК. Составить алгоритм получения оценки «5».

2) Дана управляющая система СВЕТОФОР - ПЕШЕХОД. Составить алгоритм перехода через дорогу.

3) Дана управляющая система: КОМПЬЮТЕР - ПОЛЬЗОВАТЕЛЬ. Составить алгоритм управления включения, а затем выключения компьютера.

4. Подведём итоги урока: Скажите, а о чем все это время мы говорили? (управлении, алгоритме управления).

Существует специальная наука, которая изучает процессы управления. Она называется кибернетикой. Проще говоря, кибернетика – это наука об управлении.

«Управление c обратной связью»

Линейный алгоритм

Если внимательно обдумать все предыдущие примеры, то станет ясно, что следует схеме представленной на слайде (слайд 3) только система «светофор – пешеход». Светофор не глядя на обстановку строго управляет движением. Вот алгоритм работы светофора:

КРАСНЫЙ - ЗЕЛЕНЫЙ–ЖЕЛТЫЙ - КРАСНЫЙ – ЗЕЛЕНЫЙ - ЖЕЛТЫЙ и т.д. Такой алгоритм называется линейным или последовательным.

Обратная связь

Совсем по-другому происходит управление телевизором или собакой. Прежде чем дать очередную команду человек смотрит на состояние объекта управления. Если включен нужный канал, человек будет смотреть программу, если нет, то переключит на нужный канал. Если собака не выполнила нужную команду, хозяин повторит ее еще раз.

Из этих примеров можно сделать вывод что управление идет эффективней, если управляющий не только отдает команды, т.е. осуществляет прямую связь, но и принимает информацию от объекта управления о его состоянии. Этот процесс называется обратной связью.

Итак, Обратная связь - это процесс передачи информации о состоянии объекта управления управляющему объекту.

Модель управления с обратной связью

Цикл и ветвление в алгоритмах

Пример: вот как можно записать алгоритм поиска нужной передачи по ТВ:

1. Включи телевизор на 1-м канале

2. Пока не будет найдена искомая передача, повторять:

3. Переключить телевизор на следующий канал

В этом алгоритме содержится указание на повторение одного и того же действия по некоторому условию. Такой алгоритм называется циклическим. Такой алгоритм называется циклическим. Давайте запишем его с помощью блок схемы (блок схема №1)

Пример: Если сломался светофор, на помощь придет регулировщик. Назовем пересекающиеся дороги Дорога -1 и Дорога -2. Логика управления движением следующая:

Если на дороге -1 скопилось больше машин , то открываем движение по дороге -1, иначе открыть дорогу -2

Здесь по определенному условию происходит выбор одного из двух условий, такой алгоритм называется ветвящимся. Составим блок схему( блок схема №2).

Отсюда делаем вывод, при наличии обратной связи алгоритм становится более гибким и допускает циклы и ветвления. В противном случае, алгоритм линейный.
5. Д/з Прф 1, Вопросы и задания.