50392 (Введение в информационные технологии управления)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение в информационные технологии управления

Основные понятия об управлении

Технология управления каким–либо объектом обеспечивает постоянство определенной физической или иной величины, характеризующей состояние объекта, или изменение этой величины в соответствии с некоторым законом на основании конкретной информации о состоянии объекта и окружающей среды.

Информационную модель любой системы управления можно представить как совокупность двух основных компонентов: объекта управления и управляющей части.

Объект управления – четко выделенная ограниченная сущность с точно зафиксированным составом и спецификацией входящих в эту сущность элементов, и с точно установленными отношениями между элементами этой сущности.

Объектом управления может быть любой объект – завод, магазин, территория, город, район, государство, макроэкономика в целом, любое управляемое техническое устройство или какой–либо технологический процесс.

Важнейшее свойство объекта управления – целостность.

Предполагается, что объект управления может функционировать автономно до тех пор, пока не меняются некоторые условия.

Вторым принципиально важным компонентом системы управления является управляющая часть.

Управлением называется сознательное целенаправленное информационное воздействие посредством управляющей части с целью перевода объекта управления из одного состояния в другое.

Взаимодействующие управляющая часть и объект управления образуют систему управления. Система управления поддерживает целостность как объект управления более высокого уровня.

Управление должно быть результативным. Взаимодействие между объектом управления и управляющей частью может производиться по нескольким каналам.

Управляющая часть должна располагать данными о внешней среде и внутреннем состоянии объекта управления и в соответствии с параметрами внешней среды и параметрами состояния объекта управления – управляющая часть вырабатывает управляющие воздействия на объект управления.

Можно выделить три основные группы параметров управления:

• Критерии эффективности управления – это сложное, часто математическое понятие, определяемое управляющей частью и задающее общую (функциональную) стратегию управления;

• Норматив управления – позволяющий сравнивать текущее состояние объекта управления с некоторым заранее определенным идеализированным состоянием (образцом) и определяющий корректность (законность) управляющих воздействий;

• Внешние задающие воздействия – позволяющие целенаправленно переводить объект управления из одного стабильного (устойчивого) состояния в другое.

Перевод объекта управления в нестабильное состояние приводит к дестабилизации объекта управления. Состояние дестабилизации характеризуется потерей управляемости объектом управления, что может привести к саморазрушению и утрате объекта управления.

Взаимодействие управляющей части и управляемого объекта двойственно – оно осуществляется посредством прямой и обратной связи.

По прямой связи осуществляется непосредственная передача управляющих воздействий от управляющей части к объекту управления.

По обратной связи осуществляется передача информации о фактических (текущих) параметрах состояния объекта управления от объекта управления к управляющей части.

Подобная передача информации является основной функцией обратной связи.

Обратная связь является фундаментальным понятием кибернетики, теории управления и теории информации. Обратные связи могут быть линейными и нелинейными. Различают также отрицательную и положительную обратную связь.

Отрицательная обратная связь широко используется в замкнутых автоматических системах с целью повышения устойчивости (стабилизации), улучшения переходных процессов, понижения чувствительности (под чувствительностью понимается отношение бесконечно малого изменения выходного воздействия к вызвавшему его бесконечно малому входному воздействию).

Положительная обратная связь усиливает выходное воздействие звена (или системы), приводит к повышению чувствительности и, как правило, к понижению устойчивости (часто к незатухающим и расходящимся колебаниям), ухудшению переходных процессов и динамических свойств.

Все виды взаимодействий в любой системе управления должны быть согласованы по точности и периодичности.

Точность взаимодействия – характеристика взаимодействия, отражающая степень близости его параметров к требуемому значению. Чем меньше параметры взаимодействия отклоняются от требуемых, то есть чем меньше его погрешность, тем выше точность взаимодействия, независимо от того, является ли погрешность систематической, случайной или содержит ту и другую составляющие.

Периодичность взаимодействия – характеристика взаимодействия, определяющая временные параметры взаимодействия.

Выделяют два вида систем управления: разомкнутые (без обратной связи) и замкнутые (с обратной связью).

Различают также многосвязные, многоконтурные системы управления. По характеру приспособления к изменяющимся условиям выделяют адаптивные системы управления.

Информационная система может быть автономной и может встраиваться в систему управления как подсистема, образуя автоматизированную систему управления отдельными частями и процессами.

Выделяют сосредоточенные и распределенные информационные системы управления.

Управляющая часть и объект управления взаимодействуют в информационном пространстве управления.

Важнейшее значение имеют технологии защиты информационного пространства управления от преднамеренных и непреднамеренных угроз, а также технологии правовых процессов в информационном пространстве управления.

Все процессы управления и взаимодействия с внешней средой происходят в среде управления.

Различают информационные ресурсы, поступающие из внешней среды – входная информация, и информационные ресурсы, выдаваемые во внешнюю среду – выходная информация.

Входная информация содержит потоки заданий, потоки критериев и потоки нормативов.

Основные понятия теории управления

Понятие о системах управления. Роль информации в управлении. Виды систем управления

Для осуществления различных технологических, производственных, организационных и экономических процессов необходимо, что бы величины, которые характеризуют эти процессы, удовлетворяли определенным условиям.

Так, например, в энергосистемах должны поддерживаться на постоянном уровне величины напряжения и частоты, в космонавтике необходимо обеспечить движение космического корабля в пространстве по заданной траектории. В экономике необходимо обеспечивать устойчивый равновесный рост.

Создание условий, обеспечивающих требуемое протекание процесса, называется управлением. Управление направлено на достижение определенной цели.

В 40-х годах двадцатого столетия теория управления сформировалась в качестве самостоятельной научной дисциплины, изучающей методы анализа и синтеза систем автоматического управления в технике независимо от их физической природы.

В эти же годы возникла новая научная дисциплина – кибернетика. Слово «кибернетика» происходит от двух греческих слов: «кибер» (в переводе «над») и «наутис» (моряк), т.е. «кибернаутис» – старший над моряками. Греческий философ Платон использовал термин «кибернетика» для названия искусства управления обществом. В 1948 году американский ученый Норберт Винер снова ввел этот термин, определив кибернетику как науку об управлении и связи в живой и неживой природе.

Одно из основных положений кибернетики состоит в том, что управление – это процесс переработки информации. Методы кибернетики находят применение не только при исследованиях процессов управления в неживой природе, но и при исследовании процессов управления в живых организмах и в обществе. Поэтому автоматику рассматривают как раздел кибернетики, посвященный изучению систем автоматического управления в технике (техническая кибернетика).

Агрегат, машина, аппарат, комплекс машин или аппаратов, коллектив предприятия и т.д., в которых протекает процесс, подлежащий управлению, называется объектом управления.

В процессе управления можно выделить следующие элементы:

• Первый – получение информации о цели (задаче) управления;

• Второй элемент – получение информации о состоянии объекта управления, т.е. о результатах управления;

• Третий элемент – анализ полученной информации и принятие решений о требуемых управляемых действиях. Это задача лица принимающего решение;

• Четвертый элемент – исполнение принятого решения.

В общем случае процесс управления состоит из получения информации о цели управления, получения информации о результатах управления (поведении управляемого объекта), анализа полученной информации и выработки решения и, наконец, исполнения принятого решения. Для осуществления процесса управления необходимо иметь источники информации о цели и результатах управления, устройство для анализа информации и принятия решения, устройство, реализующее принятое решение (исполнительное устройство).

В целом ряде случаев человек не в состоянии управлять процессом. Так, человек при помощи своих органов чувств не всегда может получать информацию, необходимую для управления. Человек без приборов не может измерять напряжение электрического тока, температуру расплавленного металла, интенсивность радиоактивного излучения, высоту летящего самолета, параметры экономики и другие величины.

Поэтому для получения информации о результатах управления необходимо использовать специальные технические устройства (датчики, измерительные приборы и др.).

Большие скорости протекания управляемых процессов требуют соответственной скорости обработки информации и принятия управляющих решений. Исполнение принятого решения часто требует большой скорости его выполнения и быстродействующих средств обработки информации.

Если элементы процесса управления осуществляются специально созданным техническим устройством, без непосредственного участия человека, то такое управление называется автоматическим.

Автоматически действующее устройство, предназначенное для реализации процесса управления, называется автоматическим управляющим устройством.

В литературе для краткости часто для обозначения автоматических управляющих устройств используются термины «управляющее устройство» и «регулятор» .

Когда управление осуществляется совместными действиями технических устройств и человека, то такое управление называют автоматизированным. В этих случаях технические устройства «решают» алгоритмически определенные задачи управления, а также обеспечивают информацией человека, который решает более сложные неформализуемые (нестандартные) задачи управления.

Разновидностью управления является регулирование. Дадим более полные определения понятиям «автоматическое регулирование» и «автоматическое управление».

Автоматическим регулированием называется поддержание постоянной или изменение по заданному закону некоторой величины, характеризующей процесс.

Автоматическим управлением называется автоматическое осуществление совокупности воздействий, выбранных из множества возможных на основании определенной информации и направленных на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта в соответствии с целью управления.

Совокупность объекта управления и управляющего устройства (регулятора) называется системой автоматического управления (регулирования).

Любой процесс управления – это процесс переработки информации. Формой представления информации является сообщение (текст, цифровые данные, графики). Сообщение отображается сигналом, которым является некоторая изменяющаяся физическая величина любой природы, например электрическая, механическая, оптическая и др.

Объект автоматического управления

Объектом управления может быть машина, аппарат, установка, комплекс машин или аппаратов, цех или предприятие. В системах управления часто объектами управления являются системы автоматического регулирования.

Состояние объекта или системы характеризуется совокупностью переменных величин – параметров состояния (переменных состояния).

Переменные, характеризующие состояние объекта управления, по которым ведется управление, называются управляемыми переменными. Их также называют выходными переменными или выходом.

Величины, характеризующие внешнее влияние на объект, называются входными воздействиями или входными сигналами (входом). Воздействия на объект, вырабатываемые управляющим устройством, называют управляющими воздействиями.

Внешнее воздействие, определяющее требуемый закон изменения управляемой величины, называется задающим воздействием. Это воздействие поступает от специального задающего устройства (элемента).