Управление, сигнал и обратная связь. Датчик и исполнитель

Различать управляющий объект, объект управления, датчик и исполнительное устройство. Строить простую схему с обратной связью, выбирать команду по явно заданному порогу, проверять граничное значение и объяснять, почему команда сама по себе не доказывает достижение цели.

Учебная модель отопления: заданный порог 20°C, текущее измерение T от комнатного датчика. После каждого нового измерения контроллер выдаёт нагревателю ВКЛ, если T < 20; иначе ВЫКЛ. При T = 20 команда ВЫКЛ. Памяти прежнего состояния, гистерезиса и прогноза нагрева в этой модели нет. Контроллер — управляющий объект с правилом; объект управления — тепловое состояние воздуха комнаты; датчик измеряет текущую температуру и передаёт её контроллеру; нагреватель — исполнительное устройство. Измерение и команда идут в разные стороны контура и имеют разные смыслы. После воздействия требуется новое измерение; следующую температуру нельзя вычислить только по ВКЛ/ВЫКЛ. Все последовательности измерений заданы условиями, между соседними строками нет объявленного временного интервала или закона изменения температуры. Цель — направлять нагрев к заданной температуре, а не доказать точное удержание 20°C этим упрощённым правилом. В других задачах порог/условие названы отдельно. Автоматический таймер без измерения состояния объекта не образует обратной связи по этому состоянию. Реальные системы учитывают задержки и другие условия; этот час не требует их инженерного расчёта.

Для работы достаточно бумаги, ручки и памятки. Сохраняй первую попытку; исправления отмечай другим знаком.

Безопасное начало

Сухие руки, без напитков у техники. Провода и разъёмы не трогай, о неисправности сообщи учителю. Работай по правилам кабинета. Две полные минуты в середине урока — без экрана и заданий. Внешний ИИ, личные аккаунты и личные данные не требуются.

Что уже нужно знать

Из 8 класса и 015–020: условие, строгое и нестрогое сравнение, ветвление, повторение действий и трасса по заданным данным. Нужны чтение короткой таблицы и рисование стрелок; программирование, домашние устройства и личные аккаунты в этом часе не требуются. Работа с программой движущегося робота — следующий урок 022.

S0. Система A включает нагреватель каждый день на 10 минут по таймеру и не измеряет комнатную температуру. В системе B датчик измеряет комнатную T; после каждого нового измерения контроллер передаёт нагревателю команду ВКЛ при T<20 и ВЫКЛ иначе. В какой системе есть обратная связь по температуре комнаты? Что именно возвращается к правилу управления?

Устная проба без отметки.

Измерение → решение → воздействие → новое измерение

В учебном отоплении объект управления — тепловое состояние воздуха комнаты. Датчик сообщает текущую температуру T. Контроллер хранит правило и порог 20°C: если T<20, команда ВКЛ, иначе ВЫКЛ. При равенстве команда ВЫКЛ. Нагреватель — исполнительное устройство, воздействующее на воздух. Воздух снова измеряется датчиком, новое T возвращается контроллеру: это обратная связь. Команда к нагревателю — управляющий сигнал; новое T к контроллеру — измерительный сигнал. Эти стрелки имеют разные направления и смыслы. Сначала измерить, затем сравнить, дать команду, после воздействия получить новое измерение и повторить. Действие по таймеру без измерения состояния комнаты не является обратной связью по температуре. Включённый нагреватель не означает, что уже 20°C: реальные изменения не мгновенны, а закон нагрева в задаче не задан. Все числовые ряды — объявленные новые измерения, не расчёт физического процесса. Другие пороги и направление сравнения задаются в своих условиях. Программировать реальное оборудование не требуется.

T задано в°C. Порог — условие учебной модели, не универсальная настройка техники. Команды ВКЛ/ВЫКЛ — результат сравнения, не следующая температура.

Концептуальная иллюстрация. Точные данные определены условиями, таблицами и схемами; предметы на рисунке не являются входными данными.

Личная проба

C1. Для учебного отопления правило: если T<20, нагреватель ВКЛ, иначе ВЫКЛ. Отдельные новые измерения 18°C,20°C,22°C. Запиши команду для каждого и значение условия T<20 при T=20.

90 секунд лично,90 секунд на границу 20°C. Памятка разрешена.

Сначала измерить, затем действовать

Другой ряд новых измерений 16,20,21°C при T<20. Команды ВКЛ,ВЫКЛ,ВЫКЛ. При 20 равенство делает строгую проверку ложной. Каждая команда относится к своей строке; по одной команде не вычислить следующую температуру.

A1. Новые измерения датчика по порядку 17°C,19°C,20°C,18°C. На каждом шаге заново действует правило T<20 → ВКЛ, иначе ВЫКЛ. Запиши четыре команды и объясни, почему после 20°C на следующем измерении 18°C нельзя оставить прежнюю команду без сравнения.

Заготовка для своей записи:

Сначала своя запись и основание, затем сверка.

Полная пауза

Две минуты без проекции, чтения, вычислений и обсуждения. Отведи взгляд и смени позу.

Вернуть состояние, не повторить команду

Другой случай: после ВКЛ датчик сообщает 19°C. Контроллер снова сравнивает 19<20 и выдаёт ВКЛ. Сигнал 19 — новое измерение, а ВКЛ — команда к исполнителю. Если вместо датчика оставить только расписание, новое состояние комнаты правилу не возвращается.

A2. Правило задания: T<20 → ВКЛ, иначе ВЫКЛ. В проект ошибочно записали T<=20 → ВКЛ, иначе ВЫКЛ. Проверь оба правила на 19°C,20°C,21°C. Найди вход, где команды различаются, назови обе команды и исправь сравнение.

Заготовка для своей записи:

Две минуты своя проверка трёх входов, две на различающий вход и правку; в коротком маршруте 90+90 секунд.

Концептуальная иллюстрация. Точные данные определены условиями, таблицами и схемами; предметы на рисунке не являются входными данными.

Перенести контур на охлаждение

Для другой модели отопления с порогом 18: комнатный воздух → датчик T → контроллер(T<18) → нагреватель → воздух. При 17 ВКЛ, при 18 ВЫКЛ. В собственной B1 объект остаётся воздухом, но исполнитель охлаждает: условие теперь T>26, поэтому знак и граничную проверку нужно построить заново.

B1. Лично на бумаге спроектируй другую учебную систему: охлаждение воздуха комнаты. Её правило уже задано: при T>26°C кондиционер ВКЛ, иначе ВЫКЛ. Цель — снижать повышенную температуру к 26°C; точная будущая температура не обещается.

Нарисуй и подпиши: воздух комнаты как объект управления; датчик текущей температуры; контроллер с правилом >26; кондиционер как исполнитель. Стрелкой от датчика к контроллеру покажи измерение T, другой от контроллера к кондиционеру — команду. Добавь стрелки воздействия кондиционера на воздух и получения датчиком нового измерения.

Лично заполни таблицу четырёх новых измерений 29°C,26°C,24°C,28°C и четырёх команд. Придумай один граничный тест, отличающий верное >26 от ошибочного >=26, и запиши обе команды. Объясни, зачем после ВКЛ снова измерять T, вместо вывода «теперь точно 26°C».

Заготовка для своей записи:

Десять минут: восемь лично на схему, четыре команды и граничный тест; две на сверку и исправление. Все 30 учеников работают одновременно, общая демонстрация не заменяет собственную схему.

Проверка вымышленного ответа ИИ

AI1. Вымышленный ИИ пишет: «Любое автоматическое устройство имеет обратную связь. Как только нагревателю дана команда ВКЛ, температура уже равна 20°C». Опровергни обе фразы на данных урока; для первой можно использовать автоматический 10-минутный таймер без комнатного датчика.

Это заранее составленный учебный пример. Самостоятельно проверь конкретный шаг; обращение к сервису не требуется.

Помощь и резерв

• Называет команду обратной связью. Команда идёт исполнителю, состояние возвращает датчик.
• Путает цель и измерение. Порог задан, T получено от объекта.
• Меняет < на <=. Проверь вход ровно на границе.
• Считает любую автоматику замкнутой. Найди измерение управляемого состояния.
• Обещает нужную T сразу после ВКЛ. После воздействия нужна новая фактическая T.

D1. Резерв. По условию независимый исправный термометр показывает 23°C, но неисправный датчик системы передаёт контроллеру 18°C. Правило контроллера T<20 → ВКЛ. Какую команду он выдаст по полученному сигналу? Доказывает ли это ошибку знака сравнения? Что нужно проверить?

D1 — необязательный резерв на 3–4 минуты после основных попыток. При нехватке времени перенести. H1 и весь тест автоматически вместе не назначаются.

Индивидуальный итог

Четыре полные минуты лично. Условия заранее на бумаге. Памятка и разобранные модели разрешены; ключи и веб-разбор закрыты. Учитель не даёт учебных подсказок. Сбор после четырёх минут.

E1. В учебном отоплении термодатчик сообщает T, контроллер выбирает команду, нагреватель воздействует на воздух. Назови источник измерительного сигнала и исполнительное устройство.

E2. Для правила T<20 → ВКЛ, иначе ВЫКЛ получено T=20°C. Запиши значение сравнения 20<20 и команду нагревателю.

E3. Устройство работает 10 минут по таймеру без измерения температуры комнаты. Есть ли обратная связь именно по комнатной температуре? Какой сигнал и куда надо возвращать, чтобы управлять по её текущему состоянию?

Разбор после своей попытки

Показать ответ после выполнения

После исправления выбери один новый пример из самопроверки.

Материалы и самопроверка

Презентация, самостоятельный план учителя, рабочий лист, выходной билет и бумажная самопроверка открываются отдельными карточками. DOCX можно смотреть на сайте и скачать. PDF для печати:

• Рабочий лист
• Выходной билет — два на А4
• Самопроверка на бумаге

Самопроверка на сайте: шесть вопросов с пояснениями, отдельно 6–8 минут. Бумажная версия с письменными основаниями и разбором — 8–12 минут. Все шесть новых письменных случаев — ещё 8–10 минут; выбирай прежде всего случай к своей ошибке. Эти модули не прибавляют к основным 45 минутам и не задаются целиком вместе с H1 автоматически. Пояснения и новые случаи для бумажного разбора есть в плане учителя.

Домашний перенос

H1. Дома 5–7 минут на бумаге: модель полива получает влажность почвы M в условных единицах 0–10. Правило M<4 → насос ВКЛ, иначе ВЫКЛ. Это учебный порог, не рекомендация для настоящего растения. Для новых M=3,4,6,2 запиши команды; назови датчик и исполнитель, покажи стрелку обратной связи. Почему после полива нужно снова измерить M?

Полное условие и памятка есть на листе. Решение запиши в тетради. Достаточно 5–7 минут с сохранённой опорой.

Источники

ФРП информатики 7–9 классов, базовый уровень, содержание 9 класса на печатных с. 10–12, результаты с. 19–20 и тематическое планирование с. 42–43. Соответствующий час авторского КТП 2026/2027. Содержание не расширяется до углублённого курса и не подменяется подготовкой к экзамену. Учебник школы не указан; номера параграфов не назначены.

• Федеральная рабочая программа информатики 7–9 классов, базовый уровень
• Информационно-методическое письмо по информатике на 2026/2027 год
• ASHRAE Handbook, гл.7 — датчик, контроллер, исполнитель и обратная связь