Пупков К.А., Коньков В.Г. - Интеллектуальные исследования (Современнаяя теория управления) (1072100), страница 32

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 32)

1.1.5. Конфликтные ситуации.

Пусть, например, осуществляется управление производственным процессом, тогда в качестве одного из критериев степени достижения цели можно выбрать J^э_п - производительность труда (или J_c - себестоимость продукции, или J^э_эк - экологическую чистоту производства). Пусть J^э_п можно изменять по двум информационным каналам - по ( по нему влияние на J^э_п описывается законом ) и по (по нему, соответственно, ). Управляющим для каждого из каналов является один и тот же сигнал “u”, причем пусть

J^э_п(u)= (u) (u), (2)

и каналы эти таковы, что для увеличения J^э_п по сигнал “u” нужно увеличивать, а для увеличения J^э_п по -”u” нужно уменьшать (см.рис.2), т.е., возникла конфликтная ситуация (- столкновение позиций по отношению к выбору требуемого значения сигнала управления). Ее наличие вообще характерно при работе СУ, и разрешается она с помощью компромисса (взаимных уступок) - значение управления должно быть достаточно большим, чтобы оказаться эффективным по каналу , но не настолько большим, чтобы существенно снизить эффект вследствие влияния канала . Самый выгодный для потребителя компромисс соответствует оптимальному (u_opt) значению – такому, при котором J^э_п(u)= . Правда в СУ конфликтная ситуация складывается по отношению к “u” в J^э(u) не так, что возможные значения независимой переменной-точки, а так, что они - функции u(t) (линии), тогда J^э[u(t)] не функция, а функционал, и требуется найти экстремаль - такую функцию u_опт(t), которая обеспечивает экстремум функционалу. Эта задача решается уже не так наглядно, как рассмотренная на рис.2 {Вариационное исчисление, Принцип максимума, Динамическое программирование и пр.}.

Идея оптимизации (как компромиссный способ разрешения конфликтной ситуации) пришла из кибернетики {Кибернетика} - науки об общих законах управления как в живых, так и в неживых образованиях. Оттуда же заимствована идея гомеостазиса (гомеостаза), характерная для живой природы. Механизмы природы именно в силу присутствия этой идеи обладают обычно очень высокой надежностью. Гомеостазис - это приспособительное свойство организма (системы) - свойство сохранять некоторые показатели характера его (ее) функционирования при изменяющихся (вплоть до критических (разрушающих некоторые связи)) внешних и внутренних условиях. Для его реализации необходимо иметь набор каналов, рассчитанных на то, что при соответствующей перенастройке они могут использоваться для выполнения различных (изначально им не свойственных) функций, ослабляя, конечно, степень обеспечения основной функции, однако не на столько, чтобы все-таки номинально ее не выполнять. В связи с чем появляется возможность организовывать новые каналы для решения требуемой задачи, стоящей перед системой, если прежние по какой-либо причине выведены из строя {Синергетика (совместность, дополнительность, сотрудничество) - наука о самоорганизации в системе в результате взаимодействия большого числа ее подсистем (как различных потенций)}. Это еще один способ разрешения конфликта (между средой и организмом (системой)), связанного в данном случае с уязвимостью каналов функционирования, разрешаемого на основе конструктивной избыточности и функциональной универсальности элементов (в случае оптимизации - связанного с особенностями функционирования объекта, разрешаемого на основе взаимных уступок).

1.2. Парадигма^ автоматического управления.

1.2.1. Управляющие системы.

Итак, управление - целенаправленный процесс, поэтому оно подразумевает существование субстанции, способной быть генератором цели и способной организовать такой процесс, например Творца, человека. Поскольку здесь рассматривается технический аспект проблемы управления, т.е., та ее часть, решение которой доступно человеку (и решаемая человеком), характер управления (его конструкция) менялся (в связи с изменением потребностей человека и возможностей, которыми располагал (по мере своего развития) автор цели для ее достижения).

На первых порах человек располагал лишь своими непосредственными физическими и интеллектуальными возможностями и управлять мог только с их помощью. Затем появились простейшие механизмы (рычаг, колесо), появилась возможность использовать внешнюю (по отношению к человеку) энергию (ветра, пара, воды и т.п.) - возникли условия для облегчения деятельности человека в процессе управления. Тяжелая жизненная ситуация делала актуальной примитивнейшую цель - избавиться от грубого физического (механического) труда в процессе управления. В связи с чем этот этап на пути указанного облегчения называется этапом механизации. Для его реализации достаточно обеспечить подведение к объекту нужного количества внешней энергии в нужной форме. Поэтому на долю технических устройств на этом этапе возлагалась задача получения, преобразования, передачи и использования энергии [3]. С точки же зрения управления работа технических устройств в механизированных СУ сводится к отработке заданного закона изменения управляющего воздействия объекта u_об(t), которое называется регулирующее воздействие (материальная часть объекта, доступная влиянию потребителя, выходом которой является u_об, называется регулирующий орган). Выработка же (задание) закона изменения u_об(t), что фактически и представляет непосредственно управление, остается за самим человеком. Итак, механизированная система (МС) объектом не управляет, поэтому парадигму управления еще не затрагивает, но это подготовительный этап автоматизации, и, поскольку без него автоматизировать весь процесс, обеспечивающий управление, невозможно, МС считаем первой формой парадигмы автоматического управления.

МС, конечно, решила, мягко выражаясь, далеко не все проблемы управления. Не даром в те времена в широком ходу была такая шутка: определение механизазии: “нажал кнопку – берешь лопату”. Поэтому на пути развития производства следующей стала задача исключения человека уже и из некоторых этапов непосредственно процесса управления, все более и более сложных, оставляя на его долю все менее рутинную (все более творческую) часть труда - так называемый этап автоматизации с тенденцией полной автоматизации процесса целенаправленной деятельности (т.е. выполняемого совсем без участия человека). Это и составляет смысл всей истории развития автоматики - науки о создании устройств для достижения цели человека, таких, в работе которых человек непосредственного участия не принимает.

Поскольку управление происходит на основе информации (сведений), при его автоматизации встает задача создания технических устройств для получения, преобразования, передачи и использования информации [3]. А для исследования специфики процессов именно управления важнейшей является не схема, дающая возможность разобраться в характере работы узлов СУ и их взаимодействии (принципиальная схема), и не схема, дающая возможность изготовить СУ из ее элементов (монтажная схема), а схема, показывающая пути прохождения и характер использования информации - структурная схема. Структурная схема, т.о., необходимо должна показывать пути прохождения и преобразования сигналов - процессов, в изменениях характеристик которых, называемых параметры сигнала (например, величина, полярность напряжения электрического тока, и т.п.), заключена информация. Количественные характеристики тех свойств СУ, которые определяют характер влияния одного сигнала (как процесса, - вне его связанности с информационным содержанием), проходящего через нее, на другой, называются параметры СУ (например, постоянная времени (характеризует механическую, электрическую и прочую инерционность), коэффициент передачи (характеризует изменение величины и физической сущности сигнала в установившемся режиме) и т.п.).

Принципы построения первых автоматических систем^ - по ошибке (обратная связь), по возмущению, комбинированный дают возможность реализовать системы, задачей которых является автоматическая отработка любого (из допустимых) управляющего воздействия системы u(t). Такие системы были названы системы автоматического регулирования (САР) {Теория автоматического регулирования (ТАР), Теория систем^}. САР, являясь более совершенным в сравнении с МС устройством, созданным на пути облегчения деятельности человека в рамках процесса управления, обладает таким свойством, что u_об(t) уже вырабатывается внутри нее (а не отрабатывается, будучи заданным извне, как в механизированной СУ) с таким расчетом, чтобы САР автоматически отрабатывала подаваемый на ее вход управляющий сигнал u_сар(t), т.е., выработка внутреннего сигнала u_об(t) нацелена на то, чтобы отрабатывался внешний сигнал u_сар(t) (см. рис.3). Поскольку САР автоматически отрабатывает любой u_сар(t), можно назначать u_сар(t)=u_опт(t) - таким, который максимизирует, например, J^э_п(u_сар(t)) по возможным u_сар(t):

J^э_п(u_опт(t))=max J^э_п(u_сар(t)).

^u_сар^(t)

Но для этого нужна новая, еще более совершенная СУ, которая должна вырабатывать управляющее воздействие u_сар(t)=u_опт(t) для САР внутри себя (как САР вырабатывала u_об(t) для объекта). Она названа системой автоматического управления (САУ), в данном случае САУ производительностью труда САУ (П) {Теория автоматического управления (ТАУ)}. Таким образом, одной из задач теории управления является задача оптимизации. {Теория оптимального управления; Исследование операций^}. Для ее решения используется оптимизатор, реализуемый, обычно, с помощью вычислительной техники (чаще ЦВМ) {Информатика}, то есть, в САУ (П) для формирования управляющего воздействия используется ЦВМ, поэтому САУ –

обычно, система с ЦВМ в контуре управления. Ясно, что САУ может включать в себя системы АР. Оптимизация иногда используется и в САР, например для выбора значений некоторых доступных изменению параметров (параметрическая оптимизация).

Расчет u_опт(t) в САУ опирается на знание конкретных значений характеристик как систем, так и воздействий, многие из которых часто первоначально бывают не известны. В связи с чем возникает идея дальнейшего совершенствования САУ путем определения (идентификации (лат. отождествлять) {Идентификация систем и воздействий}) не известных характеристик и систем, и воздействий, затем подстройки в процессе работы САУ (в моделях и алгоритмах) приближенно заданных характеристик под найденные истинные значения {Теория адаптивных, самонастраивающихся, экстремальных систем управления}.

Аналогично тому, как была построена САУ (П), можно построить САУ (С) (на основе J_c), САУ (Эк) (на основе J^э_эк ) и др. Для системы, которая могла бы скоординировать (с помощью координатора) работу этих САУ, ставится цель еще более сложная. Например, достигнуть такой эффективности, которая не противоречила бы эффективности с позиций и (П), и (С), и (Э), т.е. из разрозненных САУ образовать единую систему управления (ЕСУ). При этом возможна ситуация, когда отдельные системы имеют противоречивые и даже антагонистические (непримиримые, враждебные) цели {Теория игр}. Функцией координатора является принятие решения, реализуемое в три этапа:

1) генерация альтернативных вариантов;

2) оценка их эффективности;

3) выбор одного из вариантов.

Хотя все рассмотренные автоматические системы являются системами автоматического управления (САР, как система, вырабатывающая u_об(t), может также рассматриваться как своеобразная САУ), между ними как между подсистемами ЕСУ прослеживается четкая их соподчиненность - их иерархичность. Например, если САР управляет непосредственно объектами, то САУ управляет системами АР, ЕСУ - управляет системами АУ, и т.д. Таким образом, имеет место иерархия СУ по глубине управления.

Характеристики

Список файлов книги