Układ (cybernetyka)

Układ - w najogólniejszym znaczeniu cybernetycznym – wyodrębniony (realnie lub jedynie myślowo) fragment rzeczywistości, rozważany pod względem przekształcania oddziaływań na niego (docierających bodźców, stanów wejścia), na jego oddziaływania (przejawiające się reakcje, stany wyjścia)^[1].

Wszystko, co znajduje się poza rozważanym układem, i co może (mogłoby) wywierać na niego wpływ, lub na co układ może (mógłby) wywierać wpływ, to otoczenie układu^[2][3].

Dany układ można traktować także^[3] jako część składową większego układu (nadukładu)^[4] lub rozważać jego części składowe (podukłady)^[5].

W układzie wyróżnia się wejścia (przez które do układu docierają bodźce)^[6] i wyjścia (przez które układ przejawia reakcje)^[7] - wewnętrzne i zewnętrzne. Wejścia i wyjścia wewnętrzne służą oddziaływaniu układu na samego siebie, zewnętrzne - oddziaływaniu między układem a otoczeniem^[3].

Układ niemający żadnych wejść i wyjść zewnętrznych to układ bezwzględnie odosobniony^[8][3], układ mający takie wejścia i wyjścia to układ względnie odosobniony^[9][3].

Z innego punktu widzenia można wyróżnić wejścia i wyjścia informacyjne, przez które układ przyjmuje i przekazuje informację, oraz zasileniowe, przez które układ przyjmuje i przekazuje zasilenie (energię)^[3].

Układ fizyczny

Jeżeli wyodrębnionym fragmentem rzeczywistości jest obiekt fizyczny lub zbiór takich obiektów, układ jest układem fizycznym^[10][11]. Może on być oddzielony od otoczenia wyraźnymi granicami, które są powierzchniami nieciągłości określonych wielkości fizycznych, charakteryzujących układ^[10][11].

Układ fizyczny nie oddziałujący z otoczeniem, to układ fizyczny odosobniony^[11].

Układ fizyczny rozpatrywany ze względu na jego stan termodynamiczny oraz wymianę z otoczeniem energii i składników (cząstek), to układ termodynamiczny.

Wyróżnia się^[11]:

układ termodynamicznie otwarty - gdy możliwy jest przepływ energii i składników między układem a otoczeniem,

układ termodynamicznie zamknięty - gdy możliwy jest przepływ energii, ale nie składników,

układ termodynamicznie izolowany - gdy niemożliwy jest ani przepływ energii, ani składników.

Układ fizyczny rozpatrywany ze względu na zachodzące w nim reakcje chemiczne to układ chemiczny.

Układ jako system

Układ rozpatrywany ze względu na budowę wewnętrzną (jako całość składająca się z powiązanych, sprzężonych ze sobą, oddziałujących wzajemnie na siebie elementów^[12][3]), określa się jako system^[13]. Jest to zbiór elementów (zwany składem systemu) wraz ze zbiorem relacji między nimi (zwanym strukturą systemu)^[14].

Termin "układ" ("system") może też oznaczać sposób rozmieszczenia (uporządkowania) elementów według określonych zasad^[12].

Układ fizyczny jako system

Układ fizyczny, rozpatrywany jako system, określa się jako zespół obiektów fizycznych, oddziałujących na siebie wzajemnie tzn. mogących przekazywać sobie nawzajem energię^[15].

Cechy układów

Rodzaje układów w automatycznych układach regulacji

• otwarty
• domknięty
• zamknięty

Zmienność i stabilność układu

• układ dynamiczny zawiera elementy i przepływy zmienne w czasie;
• układ dynamiczno-statyczny zawiera elementy lub przepływy zmienne w czasie;
• układ statyczny nie zawiera elementów i przepływów zmiennych w czasie.
  • układ stabilny – wytrącony ze stanu lub położenia równowagi dynamicznej wraca do niego samorzutnie, np. układ homeostatyczny lub wahadło (zob. ujemne sprzężenie zwrotne),
  • układ warunkowo stabilny – wytrącony ze stanu lub położenia równowagi dynamicznej nie wraca do poprzedniego stanu lub położenia równowagi ale osiąga inny stan lub położenie równowagi, np. automatyczna skrzynia biegów (zob. samosprzężenie),
  • układ niestabilny – wytrącony ze stanu początkowego już do niego nie wraca, ale oddala się od niego coraz bardziej – np. śnieg na stoku i lawina (zob. dodatnie sprzężenie zwrotne).

Przypisy