Documentation of cybernetic shapes [Re: [Bug 95553] Changed - Cybernetic circuit shapes (fwd)]

[Alan Horkan <horkana tcd ie>]

Wow!
That was very cool.

Sending to the list so that this will get archived on the web.
I will have to see about making various improvements to the documentation,
I made a bunch of screenshots yesterday and have a few notes of what I
intend to add.  I got a few ideas from the GIMP manual.

Thanks, many thanks.

Sincerely

Alan Horkan
http://advogato.org/person/AlanHorkan/

---------- Forwarded message ----------
Date: Mon, 21 Oct 2002 17:04:45 +0200
From: Thorsten Roggendorf <thorsten roggendorf uni-bielefeld de>
To: Alan Horkan <horkana tcd ie>
Subject: Re: [Bug 95553] Changed - Cybernetic circuit shapes

Hi,


Documentation of cybernetic shapes:
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

The cybernetic shapes serve the creation of cybernetic diagrams.
Cybernetics is the theory of control circuits. A simple example is the
way your air condition controls room temperature. The measured room
temperature is compared to the desired room temperature. From the
difference of the two an error signal is calculated that is used to tune
the operation of the heater or cooler. Different controllers are
possible each of which have advantages and disadvantages (e.g. achieved
precision, undesired oscillations of controlled variable, speed of
adjustment ...). Cybernetic theory can also be applied to extremely
complex controllers like for example our brains.

Cybernetic systems are usually visualized cybernetic diagrams.
Certain elements frequently occur in cybernetic diagrams, as for example
sums, differences, products and constant amplification factors, but also
temporal filters (e.g. high - and low pass filters), or other more
complex functions. Such functions are also called characteristics.
Sigmoid "threshold" function, logistic "saturation" functions and pure
time delays are examples of such more complex, nonlinear
characteristics.

There are essentially two different conventions for cybernetic diagrams.
Sums and products are usually circles. Either the mathematical (greek)
symbols for the according operations (sums, products) are inserted. In
that case signs (e.g. negatice signs for differences) are added to
incoming values. Or special cybernetic symbols are used (something like
a large X in circles for sums, differences are marked by black sectors,
products are marked as smaller black circles in the surrounding
circles). The cybernetic shapes found in dia follow the later
convention.

Temporal filters are usually shown as capitalized abbreviations in boxes
(HPF for high- and LPF for lowpass filters) for convenience. You can do
that by using the flowchart shapes that come with dia. The cybernetic
shapes add the "step-responses" of the according filters to the
available shapes. The "step-responses" are important for describing,
what the filters will do, and are recognized by everybody, who knows his
cybernetics. This is usually not used in cybernetic diagrams, because it
is rather complicated to draw. The cybernetic shapes add the
"step-responses", because they look much nicer and give the diagrams
created with these shapes a more unified look.

The cybernetic shapes yield the following elements:
- Sensory inputs for four directions with text entries for descriptions
- Integrators and differences for four directions
- sums and products
- high- and lowpass filters (their "step-responses" respectively)
- various frequently used characteristics
- constant factors and addends in the looks of the characteristics
- a template for custom characteristics in the look of the built ins
- a pure time delay

Remarks for shape developers:
The xml in the shape shape files is hand edited and optimized.
Customization of the cybernetic shapes should be relatively easy.
The cybernetic shapes have some minor issues:
The text entries of the sensor shape behave a bit strange. Especially
the top sensor text entry shows an undesired response to new lines. I
think the problem lies in the dia code.
The black sectors of the difference shapes are approximated by svg code
using bezier curves. If the line width of the shapes is set to very low
values, the approximization shows. Should arcs or even circle segments
be one day supported by svg and dia, they should be used in these
shapes.
When really thick lines are used for the integrator shapes, undesired
edges start showing. They are even just visible with the default line
width. I minimize that effect, but found no elegant and convincing
solution.


German translation of the above:
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
Trouble is, I need special characters for that ... I'll use TeX like
style for them ("a = Umlaut a, "u = Umlaut u, "o = Umlaut o, "s = Umlaut
s or "Scharfes s" or "sz").

Die Kybernetischen Formen dienen der Erzeugung kybernetischer Diagramme.
Kybernetik ist die Theorie der Regelkreise. Ein einfaches Beispiel ist
Regelung der Temperatur durch eine Klimaanlage. Die gemessene Temperatur
wird mit der erw"unschten verglichen. Die Differenz dieser beiden Werte
ergibt ein Fehlersignal, das zur Steurung des Heizers/K"uhlers verwendet
werden kann. Es k"onnen unterschiedliche Regler verwendet werden, die
alle Vor- und Nachteile haben (z.B. Regelgenauigkeit, -geschwindigkeit,
ungewollte Oszillationen der kontrollierten Variable ...). Die Theory
der Regelkreise kann auch auf sehr komplexe Regler wie z.B. unser Gehirn
angewendet werden.

Kybernetische Systeme werden gew"ohnlich mit Hilfe kybernetischer
Diagramme visualisiert.
Gewisse Elemente tauchen regelm"a"sig in kybernetischen Diagrammen auf:
Summen, Differenzen, Produkte und konstante Verst"arkungen, aber auch
temporale Filter (z.B. Hoch- und Tiefpassfilter) oder andere komplexere
Funktionen. Sigmoide "Schwellen-" Funktionen, logistische "S"attigungs-"
Funktionen und reine Zeitverz"ogerungen sind Beispiele solcher
komplexerer, nicht linearer Funktionen.

Es gibt im Wesentlichen zwei unterschiedliche Konventionen f"ur
kybernetische Diagramme. Summen und Produkte werden gew"ohnlich als
Kreise dargestellt. Entweder werden die mathematischen (griechischen)
Symbole f"ur die Entsprechenden Operationen eingef"ugt. In diesem Fall
werden Vorzeichen separat and den Eingängen wieder gegeben. Oder
spezielle Symbole werden verwendet (in etwa ein gro"ses X im Kreis f"ur
Summen, mit schwarzen Sektoren f"ur Differenzen und kleinen schwarzen
Kreisen in den umgebenden Kreisen f"ur Produkte). Die kybernetischen
Formen in Dia folgen der letzteren Konvention.

Temporale Filter werden der Einfachheit halber gew"ohnlich als
gro"sgechriebene Abk"urzungen in Rechtecken dargestellt (HPF f"ur Hoch-
und TPF oder LPF f"ur Tiefpassfilter). Das kann in Dia mit Hilfe
ebenfalls enthaltenen Flussdiagramm-Formen erreicht werden. Die
kybernetischen Formen f"ugen die "Stufen-Antwort" der entsprechenden
Filter zu den verf"ugbaren Formen hinzu. Die "Stufen-Antwort" dienen der
Charakterisierung der Filter und werden von jedem erkannt, der ein wenig
von Kybernetik versteht. Sie werden gewöhnlich nicht in kybernetischen
Diagrammen verwendet, da sie relativ kompliziert zu zeichnen sind. Die
kybernetischen Formen enthalten die "Stufen-Antworten", weil sie besser
aussehen und sich besser in den Look von Diagrammen einpassen, die mit
diesen Formen erstellt wurden.

Die kybernetischen Formen stellen die folgenden Elemente zur Verf"ugung:
- sensorische Eing"ange f"ur vier Richtungen mit Text-Eingabe-Feldern
f"ur Beschreibungen
- Integratoren und Differenzen f"ur vier Richtungen
- Summen und Produkte
- Hoch- und Tiefpassfilter (bzw. ihre "Stufen-Antworten")
- verschiedene oft verwendete Charakteristiken
- konstante Faktoren und Summanden im Look der Charakteristiken
- eine Vorlage f"ur eigene Charakteristiken im Look der eingebauten
- eine Zeitverz"ogerung

Anmerkungen f"ur Formen-Entwickler:
Das XML der Formen-Dateien ist hand-geschrieben und optimiert. Die
Modifikation der Formen sollte relativ einfach sein.
Es gibt ein paar kleinere Probleme mit diesen Formen:
Die Text-Eingabe-Felder der sensorischen Eing"ange verhalten sich etwas
seltsam. Besonders der obere Eingang reagiert unerw"unscht auf
Zeilenwechsel. Ich vermute, das Problem liegt im Dia-Code.
Die schwarzen Sektoren der Differenzen wurden durch SVG-Linienz"uge mit
Bezier-Kurven angen"ahert. Wenn die linienbreite sehr stark verringert
wird, sieht man das. Sollten irgendwann Kreisb"ogen oder gar -segmente
in SVG und Dia verf"ugbar sein, sollten diese hier verwendet werden.
Wenn sehr dicke Linien f"ur die Integratoren verwendet werden tauchen
unerw"unschte Spitzen auf. Schon bei der Standard-Liniendicke sind sie
gerade sichtbar. Ich habe versucht, den Effekt zu minimieren, wei"s aber
keine elegante und gute L"osung.


Conclusion of this mail:
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

I hope, you can use this stuff, and put it where it belongs.
Please contact me, if you need anything else for the cybernetic shapes
to be useful.

  Thorsten



On Mon, 2002-10-21 at 14:55, Alan Horkan wrote:
> yes please,
> or if you are too busy just give me a few links and i will try and educate
> myself.


> (ill add these comments to bugzilla later, dialup sucks ...)
>
>
> On Sun, 20 Oct 2002 bugzilla-daemon widget gnome org wrote:
>
> > Date: Sun, 20 Oct 2002 19:14:55 -0400 (EDT)
> > From: bugzilla-daemon widget gnome org
> > To: horkana tcd ie, dia-maint bugzilla gnome org
> > Subject: [Bug 95553] Changed - Cybernetic circuit shapes