4.7. Типы способов управления и регулирования

Задача управления системой – предупреждать ее разрушение и отклонение от эффективного достижения целей. В этом смысле управление представляет собой функцию системы, направленную на удержание (в допустимых пределах) отклонений системы от заданных целей. Но управление в этом случае должно обеспечиваться измеримостью получаемых результатов и сравнением их с заданными; возможностью корректировки управляющих воздействий; быстрым (упреждающим) изменением системы в соответствии с изменением внешней среды.

Качественные и количественные изменения, происходящие в системе, связаны с изменениями параметров системы во времени и в пространстве. Динамику изменений соотношения между состояниями входа и выхода системы называют поведением системы.

Если под управлением системы понимают процесс получения заданного результата при направленном воздействии на вход системы, то обратная связь позволяет системе самостоятельно реагировать на воздействие внешней среды и приспосабливаться к ней. В этом случае говорят, что система обладает свойством вырабатывать внутреннее воздействие и является самоуправляемой.

Самоорганизация представляет собой процесс упорядочения системы за счет взаимодействия ее составляющих. Одной из основных характеристик самоорганизации является то, что процессы, происходящие в системе, не обладают постоянной во времени структурой, изменения происходят спонтанно и лишь частично зависят от внешних воздействий.

Самоорганизующиеся системы обладают следующими свойствами:

• способностью изменять среду в своих целях;

• приспособляемостью к изменениям внешней среды;

• непредсказуемостью поведения;

• способностью к самообучению.

Классификацию по способам управления построят в зависимости от того, откуда исходит управляющее воздействие: управляется ли система самостоятельно или извне или управление является комбинированным.

Указанные подсистемы могут быть представлены подсистемами более детализированными. Например, в зависимости от степени известности траектории, приводящей к заданной цели, и возможности управляющей системы удерживать управляемую систему на заданной траектории, системы, управляемые извне, можно представить следующими подсистемами.

Управление без обратной связи. В этом случае траектория движения подсистемы известна точно, и обратная связь между управляемой и управляющей системами отсутствует. Например, пуля, выпущенная из ружья, летит по заданной траектории.

Регулирование. Применяется в том случае, когда имеется возможность возвратить систему на заданную траекторию. Например, студент, не сдавший экзамен, должен выучить материал по курсу.

Управление по параметрам. Осуществляется в том случае, когда невозможно задать траекторию движения управляемого объекта на весь период времени, поэтому требуется «поднастройка» системы. Например, управляющие воздействия водителя, который едет на машине по проселочной дороге.

Управление по структуре. Применяется в том случае, если ни один из параметров не обеспечивает определение траектории. В этом случае цель недостижима, и приходится менять структуру системы. Примером может служить неплатежеспособное предприятие, подлежащее реструктуризации.

Типология способов управления системно представлена на рис. 4.8.

Рис. 4.8. Классификация типов способов управления

Схематически самоуправляемая система может быть представлена моделью, изображенной на рис. 4.9.

Переменные различают по типам. Количественные переменные могут быть дискретными, непрерывными и смешанными. Качественные – имеют формализованное описание или описание содержания.

Сами операторы систем (S и C) могут соответствовать модели «черного ящика» или модели «белого ящика». Они могут быть не параметризованными, когда S и C известны частично, или параметризованными, когда их содержание известно до параметра. Операторы также могут быть и смешанными.

Для построения самоорганизуемой системы в общем виде необходимо описать природу (происхождение), типологию и внутреннюю структуру систем С и S; рассмотреть типы переменных X, Y, Z; конкретизировать тип отображения элементов между системами S и C (т. е. определить тип оператора); рассмотреть способы управления двух систем (критерии и способы получения управляющих воздействий U) и в конце выйти на задание условий получения необходимых воздействий.

Из теории систем известно, что самоуправляемые системы для достижения цели, стоящей перед ними, изменяют во времени свои параметры (в первую очередь свою структуру) не столько в результате воздействий извне, сколько путем генерирования и реализации решений внутренними подсистемами и элементами самой системы. По существу, имеет место перебор все новых и новых моделей систем до тех пор, пока не будет найдена модель системы, обеспечивающая попадание системы в заданную целевую область.

Рис. 4.9. Общая схема функционирования систем: X – входные параметры; Y – выходные параметры; Z – описание внутренних переменных системы С; C – управляемая система; S – управляющая система; V – управляющие воздействия внешней среды; U – управляющие воздействия системы S; A₁, А₂, А₃ – сигналы; S₁, S₂ – подсистемы управляющей системы; N – нормирование

Контрольные вопросы

1. Что понимают под моделью чаще всего?

2. По каким признакам можно классифицировать модели?

3. Какие пределы истинности можно допустить по отношению к моделям?

4. Что называется языковой моделью?

5. Дайте первое определение системы.

6. Что представляют собой цель и проблема как модели?

7. Что такое модель «черного ящика»?

8. Приведите пример модели «черного ящика».

9. Что является причиной множественности входов и выходов в модели «черного ящика»?

10. Что представляет собой модель состава?

11. Что называется элементом системы?

12. Приведите пример модели состава.

13. Что представляет собой модель структуры? Приведите пример.

14. После построения какой модели можно приступить к построению модели структуры?

15. Дайте второе определение системы.

16. Что называется графом? Приведите примеры графов, используемых в теории систем и теории управления.

17. Какие подсистемы включают естественные системы?

18. Какие подсистемы включают искусственные системы?

19. Какие подсистемы включают смешанные системы?

20. Чем детерминированные системы отличаются от вероятностных?

21. Приведите пример сложных детерминированных систем.

22. Охарактеризуйте содержание классификации систем по способам управления.

23. Приведите примеры подсистем, управляемых извне.

24. В чем состоит суть регулирования систем?

25. В чем заключается управление по параметрам?

26. В чем заключается управление по структуре?

27. Каковы особенности самоуправляемых систем?

Задача управления системой – предупреждать ее разрушение и отклонение от эффективного достижения целей. В этом смысле управление представляет собой функцию системы, направленную на удержание (в допустимых пределах) отклонений системы от заданных целей. Но управление в этом случае должно обеспечиваться измеримостью получаемых результатов и сравнением их с заданными; возможностью корректировки управляющих воздействий; быстрым (упреждающим) изменением системы в соответствии с изменением внешней среды.

Качественные и количественные изменения, происходящие в системе, связаны с изменениями параметров системы во времени и в пространстве. Динамику изменений соотношения между состояниями входа и выхода системы называют поведением системы.

Если под управлением системы понимают процесс получения заданного результата при направленном воздействии на вход системы, то обратная связь позволяет системе самостоятельно реагировать на воздействие внешней среды и приспосабливаться к ней. В этом случае говорят, что система обладает свойством вырабатывать внутреннее воздействие и является самоуправляемой.

Самоорганизация представляет собой процесс упорядочения системы за счет взаимодействия ее составляющих. Одной из основных характеристик самоорганизации является то, что процессы, происходящие в системе, не обладают постоянной во времени структурой, изменения происходят спонтанно и лишь частично зависят от внешних воздействий.

Самоорганизующиеся системы обладают следующими свойствами:

• способностью изменять среду в своих целях;

• приспособляемостью к изменениям внешней среды;

• непредсказуемостью поведения;

• способностью к самообучению.

Классификацию по способам управления построят в зависимости от того, откуда исходит управляющее воздействие: управляется ли система самостоятельно или извне или управление является комбинированным.

Указанные подсистемы могут быть представлены подсистемами более детализированными. Например, в зависимости от степени известности траектории, приводящей к заданной цели, и возможности управляющей системы удерживать управляемую систему на заданной траектории, системы, управляемые извне, можно представить следующими подсистемами.

Управление без обратной связи. В этом случае траектория движения подсистемы известна точно, и обратная связь между управляемой и управляющей системами отсутствует. Например, пуля, выпущенная из ружья, летит по заданной траектории.

Регулирование. Применяется в том случае, когда имеется возможность возвратить систему на заданную траекторию. Например, студент, не сдавший экзамен, должен выучить материал по курсу.

Управление по параметрам. Осуществляется в том случае, когда невозможно задать траекторию движения управляемого объекта на весь период времени, поэтому требуется «поднастройка» системы. Например, управляющие воздействия водителя, который едет на машине по проселочной дороге.

Управление по структуре. Применяется в том случае, если ни один из параметров не обеспечивает определение траектории. В этом случае цель недостижима, и приходится менять структуру системы. Примером может служить неплатежеспособное предприятие, подлежащее реструктуризации.

Типология способов управления системно представлена на рис. 4.8.

Рис. 4.8. Классификация типов способов управления

Схематически самоуправляемая система может быть представлена моделью, изображенной на рис. 4.9.

Переменные различают по типам. Количественные переменные могут быть дискретными, непрерывными и смешанными. Качественные – имеют формализованное описание или описание содержания.

Сами операторы систем (S и C) могут соответствовать модели «черного ящика» или модели «белого ящика». Они могут быть не параметризованными, когда S и C известны частично, или параметризованными, когда их содержание известно до параметра. Операторы также могут быть и смешанными.

Для построения самоорганизуемой системы в общем виде необходимо описать природу (происхождение), типологию и внутреннюю структуру систем С и S; рассмотреть типы переменных X, Y, Z; конкретизировать тип отображения элементов между системами S и C (т. е. определить тип оператора); рассмотреть способы управления двух систем (критерии и способы получения управляющих воздействий U) и в конце выйти на задание условий получения необходимых воздействий.

Из теории систем известно, что самоуправляемые системы для достижения цели, стоящей перед ними, изменяют во времени свои параметры (в первую очередь свою структуру) не столько в результате воздействий извне, сколько путем генерирования и реализации решений внутренними подсистемами и элементами самой системы. По существу, имеет место перебор все новых и новых моделей систем до тех пор, пока не будет найдена модель системы, обеспечивающая попадание системы в заданную целевую область.

Рис. 4.9. Общая схема функционирования систем: X – входные параметры; Y – выходные параметры; Z – описание внутренних переменных системы С; C – управляемая система; S – управляющая система; V – управляющие воздействия внешней среды; U – управляющие воздействия системы S; A₁, А₂, А₃ – сигналы; S₁, S₂ – подсистемы управляющей системы; N – нормирование

Контрольные вопросы

1. Что понимают под моделью чаще всего?

2. По каким признакам можно классифицировать модели?

3. Какие пределы истинности можно допустить по отношению к моделям?

4. Что называется языковой моделью?

5. Дайте первое определение системы.

6. Что представляют собой цель и проблема как модели?

7. Что такое модель «черного ящика»?

8. Приведите пример модели «черного ящика».

9. Что является причиной множественности входов и выходов в модели «черного ящика»?

10. Что представляет собой модель состава?

11. Что называется элементом системы?

12. Приведите пример модели состава.

13. Что представляет собой модель структуры? Приведите пример.

14. После построения какой модели можно приступить к построению модели структуры?

15. Дайте второе определение системы.

16. Что называется графом? Приведите примеры графов, используемых в теории систем и теории управления.

17. Какие подсистемы включают естественные системы?

18. Какие подсистемы включают искусственные системы?

19. Какие подсистемы включают смешанные системы?

20. Чем детерминированные системы отличаются от вероятностных?

21. Приведите пример сложных детерминированных систем.

22. Охарактеризуйте содержание классификации систем по способам управления.

23. Приведите примеры подсистем, управляемых извне.

24. В чем состоит суть регулирования систем?

25. В чем заключается управление по параметрам?

26. В чем заключается управление по структуре?

27. Каковы особенности самоуправляемых систем?