Лекция 3б

Здесь в первую очередь имеет значение, входит ли управляющий блок в систему или является по отношению к ней внешним. Могут быть также системы, у которых управление частично осуществляется извне, частично – внутри (СУБТ, вуз и т.п.).

Для выработки управления U требуется предсказание его последствий, т.е. требуется модель всей ситуации.

Методы нахождения U, способы его осуществления, сам результат управления, зависят от модели и степени соответствия модели цели.

Классификация систем по управлению приведена на рис. 4. Рассмотрим подробнее модели систем по уровням.

1.1, 2.1 - траектория системы в фазовом пространстве <x(t), y(t)>. Известно точно, следовательно, известно и правильное управление U₀(t). Примеры: стрельба из ружья, работа ЭВМ по программе, рост зародыша живого организма.

1.2, 2.2 Если процессы на неуправляемых входах V₀(t) отличаются от ранее предполагаемых, либо имеются неучтенные входы, система «сходит с нужной траектории» и требуется регулирование по y(t) – y(t₀) для возврата на нужную траекторию y₀(*).

Рис.2

Примеры: операторы – станочники, регулятор Уатта, автопилот, рефлекторные действия животных и человека и т.п. (это возможно, если уклонения малы).

1.3, 2.3. Если невозможно задать опорную программную траекторию на весь период времени, или же отклонение от нее настолько велико, что невозможно вернуться на нее (т.к. регулирование осуществляется при «малых» уклонениях y(t) – y(t₀); в этом случае необходимо постоянно прогнозировать текущую траекторию y(t) на будущее, определять, пересечет ли она так называемую целевую область J*, а управление при этом состоит в подстройке параметров системы до тех пор, пока такое пересечение не будет обеспечено.

Примеры: адаптации живых организмов к изменяющимся условиям жизни, работа пилотов и шоферов, адаптивные и автоматизированные СУ и т.п.

1.,4, 2.4. Если среди всех возможных комбинаций значений управляемых параметров системы не находится такой, при которой ее траектория пересечет целевую область, значит цель недостижима. Но она может быть достижима для другой системы. Таким образом здесь способ управления означает изменение структуры системы (перебор разных систем с одинаковыми выходами У, создаваемых в соответствии с наличными средствами). Такое управление называется структурной адаптацией, или самоорганизацией (для самоуправляемых С).

Пример: мутации организмов в процессе естественного отбора, изменение в государственном устройстве, гибкие автоматизированные производства и т.д.

2.1. Гомеостазис системы

Гомеостаз(ис) – свойство системы поддерживать свои параметры и функции в определенном диапазоне, основанное на устойчивости внутренней среды по отношению к возмущающим внешним воздействиям.

Гомеостазис системы. Функциональные самоуправляемые системы третьего уровня благодаря качественному упорядочению связей образуют замкнутый контур саморегуляции – гомеостазис. Областью гомеостазиса можно называть ту область внешних и внутренних параметров, внутри которой возможно функционирование системы. Свойством гомеостазиса обладают, в частности, живые системы, живые организмы. При различных внешних условиях такая система (организм) должна вести себя так, чтобы ее состояние не вышло из той области параметров, которая обеспечивает возможность продолжения существования организма. Любой живой организм обладает рецепторами (датчиками), позволяющими ему оценить свое положение (состояние) по отношению к границе гомеостазиса (вектор Z) и способностью к определенным действиям (вектор U). Таким образом, получая информацию (сигнал) об окружающем мире, он формирует свои действия в зависимости от характера этой информации. То есть действия организма выбираются вполне определенным образом – с помощью обратной связи:

U = f(Z)

и организм (система) стремится уйти от своей гомеостатической границы. Таким образом, система способна изменять свое положение по отношению к границе гомеостазиса. Следует иметь в виду, что связи U = f (Z) называются обратными связями только тогда, когда они не могут быть выведены из общих законов физики. Это те связи, которые имеют целенаправленный или целесообразный характер.

Из вышесказанного ясно, что нужное управление U₀(t) отыскивается с помощью отбора среди возможных управлений и сравнения по каким-либо критериям последствий каждого из них. Это возможно лишь, если в управляющей системе имеется модель управляемой системы.

Кроме этого, необходимы затраты ресурсов: модель нужно не только воплотить в каком-то реальном виде, но и обеспечить, чтобы она позволяла получать решение нужного качества к нужному моменту времени.

Ресурсы управления в зависимости от того, в какой степени управления обеспечено ресурсами, имеют место принципиально разные ситуации.

Рассматриваются, в частности, соотношения между энергией, необходимой для управления и энергией, потребляемой или производимой в управляемой системе. Обычно первые малы по сравнению со вторым. Но иногда бывает, что и управляющая, и управляющая системы 1) питаются от одного источника энергии; 2) энергопотребление обеих систем имеет одинаковый порядок (управление космическими аппаратами, исследовательскими работами). Классификация системы по ресурсам приведена на рис. 3.

Большие и сложные системы. Теперь можно вновь вернуться к определению больших и сложных систем и уточнить их.

Большие системы – системы, моделирование которых затруднительно вследствие их размерности. Существуют два способа перевода их в малые:

1) разработка более мощных ЭВМ;

2) декомпозиция многомерной задачи на совокупность связанных задач меньшей размерности.

3) Сложные системы – системы, в моделях которых не хватает информации для эффективного управления.

Действительно, признак простоты системы – это достаточность информации для управления. Если же полученное с помощью модели управления приводит к неожиданным, непредвиденным или нежелательным результатам, т.е. отличающимися от предсказанных моделью, это может быть объяснено недостатком информации и интерпретироваться как сложность системы.

Таким образом, свойство простоты или сложности управляемой системы является свернутым отношением между нею и управляющей системой, точнее, между системой и ее моделью. Это отношение объективно (примеры: кодовый замок, родной язык, умение обращаться с компьютером, водить автомобиль и т.п.).

Здесь также два способа перевода сложной системы в более простую:

1) получение недостающей информации (основная задача науки);

2) смена цели.

Классификация по отношению к информационным ресурсам может быть развита и дополнена. Например, есть предложения выделить в отдельный класс «очень сложные системы (мозг, экономика и т.п.).

Не следует путать понятия сложная система и большая система: первое связано с материальными ресурсами, размерностью, второе – с информацией. Таким образом, между большими, малыми, простыми и сложными системами возможны все четыре комбинации (см. рисунок).

Рис.3

Итак, на основании рассмотренного в этой и в предыдущих лекциях можно сделать следующий вывод.

Если признать, что искусственная система остается системой, даже если ее цель неизвестна, а природа объективно системна, т.е. естественные объекты структурированы, упорядочены и имеют объективные цели.

Следует, что «не систем» в мире вообще не существует. Мы можем рассматривать некоторый объект, не считаясь с его системностью, но рано или поздно это выльется в появление проблем.

Характерные же различия между всевозможными системами учитываются с помощью классификаций систем.

При управлении системой выделяют следующие аспекты:

6.4. Графика и WWW - лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.

а) описание природы системы S;

б) задание типов переменных X, Y, Z;

в) конкретизация типа оператора S;

г) описание способа управления (получения U);

д) задание условий получения U (обеспеченности управления ресурсами).

Каждый из этих аспектов служит основой построения классификаций систем.

Поделитесь ссылкой: