Класифікація систем за способом керування

Цілеспрямоване втручання у перебіг процесів у системі називається керуванням. Керування є одним з найважливіших понять для цілеспрямованих систем, що природним чином пов’язане з постановкою цілей: можливість втручання, вибору, наявність альтернативних варіантів забезпечує варіативний характер процесу керування, тобто можливість обрання варіанту дій, що приводять до мети.

У математичній теорії систем основний об’єкт дослідження (система) розглядається як строге математичне поняття, що включає у себе допоміжну скінчену множину моментів часу Т, у кожний з котрих t Î T під впливом деяких вхідних впливів породжуються вихідні величини x(t), миттєві значення котрих належать деякій фіксованій множині. Вважається, що поточне значення вихідних величин залежать від стану системи, що викликаний вхідними впливами та який розглядається як деяка, недоступна для прямого визначення, „внутрішня” характеристика системи.

Визначення цього стану по його непрямим проявам складає дії, котрі прийнято називати діагностикою (від грецького diagnoςτικος – здібний розпізнавати). Цей термін запозичений у медицини й ототожнюється з наукою про методи постановки діагнозу – короткого лікарського висновку про характер та сутність захворювання або з процесом розпізнавання хвороб.

Система як основне поняття математичної теорії систем служить для опису потоку причинно-наслідкових зв’язків із минулого у майбутнє. Вважається, що поточне значення вихідної величини системи Σ залежить від стану системи Σ, а поточний стан системи Σвизначається як така частина теперішнього та минулого системи Σ, яка необхідна для визначення теперішніх та майбутніх значень вихідної величини. Тобто стан системи Σ розглядається як деяка (внутрішня) характеристика системи Σ, значення якої у текучий момент часу визначає поточне значення вихідних величин й чинить вплив на її майбутнє. Вимагається, щоби множина внутрішніх станів системи Σ була достатньо багатою для того, щоби вмістити всю інформацію про передісторію системи Σ, необхідної для передбачення впливу минулого на майбутнє.

Принцип, згідного якого вхідні впливи обчислюються через стани системи, був чітко сформульований американським вченим Р. Белманом: „Керування є функцією стану”. У цьому принципі полягає найбільш важлива ідея теорії керування, що складає основу всієї автоматики.

Керування забезпечує необхідний рівень стійкості системи для досягнення мети, у процесах взаємодії її з зовнішнім оточенням та взаємодії компонент системи.

Керування є універсальний термін у смислі багатозначності його реалізацій:

· у математичних моделях - числа, функції, алгоритми, графи;

· у технічних системах – сили, геометричні розміри, різноманітні сигнали, команди комп’ютера, фізичні величини – температура, жорсткість матеріалу, переміщення речовин;

· в економіці – розміри фінансування, матеріальні ресурси та строки їх постачання, розташування кадрів;

· у соціальній сфері – накази, поради, вплив на суспільну думку, організація нових колективів.

Науковий підхід до керування вимагає чіткого визначення:

• того, що є у розпорядженні (стан системи);
• які межі вибору?
• як впливатиме керування на процес?

Визначення (діагностування) стану системи являє собою трудомістку проблему і є самостійною дисципліною - конструктивним розділом теорії системних досліджень.

На практиці у багатьох випадках ці вимоги оцінюються нечітко, особливо в організаційних системах, внаслідок чого обране керування не завжди веде до мети. Ця ж ситуація можлива і у випадку формального трактування керування, коли описання процесу у системі відсутнє. У цьому разі набирають досвіду роботи з моделлю „чорної скриньки”.

Іноді виникають ситуації, коли не існує керування, що забезпечить досягнення мети. У цих випадках можливе розширення меж, в котрих обирається керування, введення нових керуючих дій, а якщо й це не допомагає – кардинальна зміна структури системи. У цій ситуації мета не знаходиться в області досяжності при наявному керуванні, і потрібно або розширити цю область, або ж скорегувати мету.

За способами керування системи поділяються на керовані ззовні, самокеровані та із комбінованим керуванням.

У керованої ззовні системи керуючий блок є зовнішнім відносно неї. У систем з комбінованим керуванням керування здійснюється частково ззовні, а частково із середині. Незалежно від того, де знаходиться керуючий блок, розрізняють чотири типи керування:

1. Найпростіший випадок виникає тоді, коли траєкторія руху відома, та, відповідно, відоме й правильне керування. Все відбувається згідно наміченої програми.

2. У більшості випадків під впливом зовнішніх та внутрішніх чинників можливе порушення руху за визначеною траєкторією. Якщо існує можливість спостереження траєкторії, визначення відмінності її від запланованої та доопрацювання додаткового до програмного керування, що у найближчому майбутньому прагне повернути систему на планову траєкторію, то такий спосіб керування буде регульованим.

3. Якщо ж планову траєкторію на весь період часу визначити неможливо, або ж можливі відхилення від планової траєкторії, виникає завдання прогнозу майбутньої траєкторії, а керування полягає у підгонці значень параметрів системи доки її стан не буде забезпечувати досягнення мети. Це процес параметричної адаптації системи.

4. Якщо ж шляхом керування значеннями параметрів не забезпечується досягнення мети, це означає, що для існуючої системи мета не досяжна. Однак, можливо, вона досягається іншою системою, яку отримують, змінюючи структуру існуючої. Отже, здійснюється процес структурної адаптації. Процеси самоорганізації та організаційного керування змінюють не лише структуру системи, але й можуть змінювати оточення системи.

За ступенем свободи при здійснені системами своїх функцій вони є:

§ зі скінченою множиною функціональних перетворень та жорстко визначеним способом реалізації функцій (механічні та робото-технічні системи – розробник програмує функціональні перетворення у системі, призначенням функцій є утримання системи у робочому стані);

§ із визначеною множиною функціональних перетворень, що можуть модифікуватися змінами зовнішнього оточення (біологічна система не може самостійно визначити своє призначення або ціль, але зміни в зовнішньому оточенні можуть її модифікувати – якщо антитіла, що виділяються організмом людини для боротьби з вірусами, не ефективні, організм може модифікувати антитіла та надалі закріпити це генетично);

§ із можливістю реалізувати одну й ту ж функцію різними способами, число яких обмежене цілями, котрим служать ці функції (людина як цілеспрямована система у більшості випадків має вибір між декількома стратегічними та тактичними функціями).

Рис.6. Класифікація систем за способом керування.

Перший рівень класифікації визначається тим, чи входить блок керування у систему, або є зовнішнім по відношенню до неї. Виділено клас систем, керування котрими розділено та частково виконується ззовні, а частково – всередині самої системи.