Co je řízení?

Jak už jsme si řekli u vysvětlení pojmu kybernetika, řízením se myslí působení na objekt tak, aby bylo dosaženo předepsaného cíle. A to používáte denně.

Rozlišujeme pak ještě:

1. Ovládání (bez zpětné vazby)
2. Regulaci (se zpětnou vazbou)

Složité? Ale sami to používáte, denně. Jen tomu tak asi neříkáte. Čtěte dál.

Zpětná vazba

Vysvětleme si teď klíčový pojem kybernetiky - co je ta zpětná vazba?

Asi si ji dovedete představit, když někdy někoho žádáte o jeho "zpětnou vazbu". Ale v technickém slova smyslu?

"Zpětná vazba je termín pro situaci (mechanismus, elektronický obvod), kdy výstup nějakého systému ovlivňuje zpětně jeho vstup." [https://cs.wikipedia.org/wiki/Zp%C4%9Btn%C3%A1_vazba]

Bum. Co je vstup a co výstup? To jsou další důležité pojmy v teorii řízení, ale nehledejte v tom složitosti. Jednoduše řečeno - vstup je to, čím řídíte, výstup to, co měříte.

Příklad 1: Ve fotbalovém příkladě, kdy se snažíte dostat míč do branky, je vstup kopnutí vaší nohou a výstup poloha míče na hřišti.

Příklad 2:  Slepecká hůl dělá pro slepce zpětnou vazbu - pokud jako systém bereme slepce, který chce projít kolem sloupu, tak na základě zvuku, který ťukání hole vytváří (výstup), řídí svůj pohyb (vstup) tak, aby se tyči vyhnul.

Zpětná vazba je tedy "něco", co mám říká (je pro nás výstup), jaký výsledek měla naše předchozí činnost (vstup).

V teorii řízení je zpětná vazba zkrátka a jednoduše to, co jste schopni změřit (nějaký signál - třeba teplota, poloha, zrychlení, úhel natočení, pozice, tlak, atd.) a na základě toho upravit vaše řízení.

Příklad sprchy

Na sprše se dá velmi jednoduše demonstrovat, co je to zpětná vazba a řízení. Vlezete do sprchy a pustíte si sprchu. Pokud ji chcete jen ovládat (bez zpětné vazby), natočíte nějak kohoutky a patrně buď začnete jektat zuby nebo řvát bolestí, protože jste se netrefili na tu "vaši" teplotu.

Asi se shodneme, že by bylo lepší, abyste nejdříve do vodního proudu opatrně sáhli rukou a podle toho, jestli je voda moc horká, nebo moc studená, upravili nastavení kohoutků. Ale to je právě ono! Právě jste dostali zpětnou vazbu a jestli podle toho upravíte otevření kohoutků - tradá! - právě regulujete! :-) Zpětnou vazbou pro vás tedy byla teplota vody, kterou jste nevědomky změřili svými receptory v kůži a mozek to vyhodnotil.

Příklad z auta

Po výše uvedeném příkladu byste možná už mohli sami přijít na to, kde je například zpětná vazba pro vás jako řidiče v autě.


Takový systém si můžeme popsat následně:

1. semafor - zpětná vazba, informace z vnějšího světa
2. vaše oči na tachometru a pozorující okolí - to je pro vás výstup
3. vaše noha na pedálu - vstup (do systému pohybujícího se auta)

Červenou vám semafor dává zpětnou vazbu, že byste měli šlápnout na brzdu.

Další podstatné pojmy

S kybernetikou se ještě pojí několik zajímavých pojmů, bez nichž se v ní pracuje těžko. Pojďme se podívat na ty základní.

Automatizace

Opět zkusme webovou definici:

"Automatizace označuje použití samočinných řídicích systémů k řízení technologických zařízení a procesů. Z pohledu industrializace jde o krok následující po mechanizaci. Zatímco mechanizace poskytuje lidem k práci zařízení, které jim usnadňuje práci, automatizace snižuje potřebu přítomnosti člověka při vykonávání určité činnosti." [https://cs.wikipedia.org/wiki/Automatizace]

Jinými slovy, automatizace je využití strojů a techniky. A měla by sloužit k tomu, aby nějakou činnost nemusel vykonávat člověk a mohl dělat něco smysluplnějšího.

Model

Dalším často používaným pojmem je model. Model je moc šikovná věc. Model je (většinou) matematicko-fyzikální popis nějaké reality (systému), ovšem zjednodušený (realitu nikdy dokonale nepopíšete). Dovolí vám studovat chování systému, který chcete řídit, bez toho, že byste ho ničili v reálu (co si budeme povídat, nikdo není dokonalý a špatné řízení vede často k špatným výsledkům či nehodám).

Protože má model odrážet a zjednodušovat nějakou realitu (například model vrtulníku, motoru, ...), můžete si na něm vyzkoušet vaše řízení a pak spoléhat na to, že jste to na něm dostatečně "odladili" a můžete to použít v praxi.

Jak takový model vypadá? V principu se jedná třeba o soustavu několika rovnic nebo v lepším případě o 4 tzv. systémové matice (nikoli ty ke šroubům, ale matematické matice - takový soubor čísel uspořádaný do obdélníku či čtverce).

Systém

"Systém (či soustava) je celek složený z částí, které na sebe vzájemně působí. Mezi částmi systému mohou probíhat toky informací, hmoty a energie." [https://cs.wikipedia.org/wiki/Syst%C3%A9m]

Brr. Zase děsivá definice, že? Systémem je prostě a jednoduše označuje to, co chceme řídit.

Příkladem systému může být sprcha a vaše ruka, ale taky matematický model chování letadla ve vzduchu, popis nějaké výroby v továrně, matematický model chování auta...

Systém lze popsat často právě modelem a tím si značně zjednodušit práci při návrhu řízení. Jsou ale systémy, které modelem popsat nelze, ale lze je popsat třeba sekvenčně - typickým příkladem je výrobní linka pro plnění lahve mlékem. To lze popsat jako soustava povelů - posuň dopravník s lahví, při dosažení určité polohy lahve naplň lahev, posuň dopravník, zazátkuj, nalep etiketu.

Informace

O informacích taky existuje samostatná vědecká disciplína (teorie informace). To, jak infomace v tom, co řídíte zpracováváte, velmi ovlivňuje to, jakým způsobem budete regulovat (tomu se taky říká tzv. kvalita regulace).

Příklad: když v autě zavřete oči a neuvidíte semafor, patrně to bude bolet. Přišli jste o zpětnou vazbu. Když oči jen přivřete, možná něco uvidíte, ale pravděpodobnost, že něco přejedete je opět větší. Tak je to i v řízení. Když máte špatné informace, špatné měření reality (například vám čidlo teploty nebo zrychlení či čehokoli jiného měří nepřesně), dostáváte se do problémů, protože se vlastně snažíte řídit jakoby "poslepu". Proto je v kybernetice informace tak důležitá. Nicméně kybernetika se dovede vypořádat i s docela špatnými informacemi.

Pokračovat můžete na stránku Kde všude je?