Пупков К.А., Коньков В.Г. Интеллектуальные системы (1-е изд., 2001) (1245264), страница 37

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

Текст из файла (страница 37)

1.1.2. Взгляд на процесс управления с позиций его инициатораСоздание СУ некоторым заинтересовавшим субъекта (занимающегосясозданием СУ) явлением начинается1.С уяснения результата, которого субъект хотел бы достигнуть(вследствие изменения (доступными ему средствами) характера протеканияэтого явления) для осуществления его желания. В данной ситуации воздействиена явление с помощью доступных субъекту средств - есть управлениеявлением; желаемый результат - цель управления; явление, характерпротекания которого изменяет субъект - объект управления; субъект,117рассматриваемый только в связи с его деятельностью, направленной надостижение цели управления, - потребитель (Пл).Вопросы,непосредственноотносящиесяковсейдлиннойадминистративно-производственной цепочке, связанной с созданием СУ, вданной работе исключаются из области непосредственного внимания, поэтомувсе это объединено здесь в термине потребитель (поскольку движущейпричиной этой цепочки является желание именно потребителя), обозначающемсубъекта – носителя желания, наделенного всеми требуемыми возможностями иполномочиями, необходимыми для реализации его желания.

Т.е., это и заказчик,и проектировщик, и изготовитель, и финансист, и потребитель в обычномпонимании, и т.п. в одном лице.В свете введенных понятий можно сказать, что поведением руководят,чтобы добиться выполнения цели, и, таким образом, управление - естьцеленаправленное изменение - совокупность действий, направленная кдостижению цели. Следовательно, здесь под управлением понимается егочастный вид, соответствующий направленному руководству.2.Затем выделяются конкретные характеристики объекта управления,вызвавшие интерес (обычно, в связи с целями управления) потребителя. Этихарактеристикивыходныекоординатыобъектаo1,...,or+q;o = (o 1 ...o r +q ) T -вектор размера(r+q)-вектор выхода (output - выход).((r + q)1)Изменение выходных координат объекта любой природы во времени o(t), поаналогии со случаем механических выходных координат, называют движениемобъекта.3.Далее выявляются доступные и не доступные влиянию потребителятакие характеристики объекта, изменение которых приводит к изменениювыходных координат.

Эти характеристики – воздействия на объект (поскольку,согласно определению выходной координаты, объект интересен потребителютолько с точки зрения вектора выхода). Доступные - называются управляющиевоздействия u1,...,um; u - вектор управления, не доступные - возмущающиевоздействия (помехи) v1,...,vl; v - вектор возмущения (помех).

Управляющие ивозмущающие воздействия называют входными (в силу их первопричинности)воздействиямиi= [ v T u T ] T - вектор входа (input - вход). Величину((m +l )1)(ll ) (l m)управляющим и возмущающим воздействиям задает обычно процесс, внешнийпо отношению к объекту, поэтому они называются еще внешнимивоздействиями.Потребитель и объект, являясь неотъемлемыми частями природы,выделяются из нее только в связи с задачей управления - соответственно, какгенератор целей управления и как предмет приложения усилий для достижения118целей.

Поэтому фактически первый и второй от природы не отделяются инаходятся под непрерывным влиянием остальной ее части (в силувзаимосвязанности всех процессов, протекающих в природе), называемойсредой. Влияние среды и потребителя на объект и проявляется в формеизменяющихся внешних воздействий i(t).Величины выходных координат в любой момент времени зависят нетолько от внешних входных воздействий, а и от тех значений выходныхкоординат и их некоторых производных, которые они имели в моментприложения входов (в момент начала управления) t= (от [o(k)(t)](t=  )=o(k)(  ), k=0:(n-1)),называемых начальными условиями (Н.У.). Таким образом, выход в любоймомент времени t - есть некоторая функция и от входа, и от НУ:o(t )  {i ( ),   [ , t ]; o ( k ) ( ), k  0 : (n  1); t} .Из этого соотношения видно, что начальные условия, оказывая влияниена выход, подпадают под определение понятия воздействия, однако воздействиеэто в отличие от первых двух задается в конечном счете самим объектом(правда его наличие – есть следствие прошлого влияния среды, однако,потребителю достаточно информации о конечном результате (к моменту началаэксплуатации объекта) этого влияния на объект) и является поэтомувнутренним (собственным) воздействием.

В связи с чем движение подвлиянием только Н.У. называется собственным движением. (Движение подвлиянием только внешних воздействий (вынуждающих объект заниматьположения, им соответствующие) называется вынужденным движением).Собственные воздействия тоже могут содержать доступную и не доступнуювлиянию потребителя составляющие, хотя обычно считают, что только недоступную.1.1.3. Автоматическая СУ.Потребитель осуществляет управление путем формирования в каждыймомент времени (на основе априорной и текущей информации об объекте исреде) управляющего воздействия u(t), такого u(t)=uц(t), которое позволяетдобиться выполнения цели управления.

Техническая задача реализацииуправляющего воздействия возлагается потребителем частично или полностьюна специальное устройство, которое называется регулятор.Объект во взаимодействии с регулятором образуют системууправления, которая является системой автоматического управления (САУ),если она решает задачу управления без непосредственного участия человека.Для расчета регулятора (этап создания СУ) потребителю необходиморасполагать не столько текущей информацией об объекте, системе в целом ивоздействиях (как это совершенно необходимо во время непосредственногоуправления (этап эксплуатации СУ)), сколько предполагаемой информацией оних в будущем процессе работы системы.

Для этого составляетсяматематическое описание объекта (системы) и среды, называемоематематической моделью, соответственно, объекта (системы), воздействий (ииногда потребителя), или просто математической моделью {Физика,Теоретическая механика, Электроника и другие специальные дисциплины,которые обслуживают область деятельности, где осуществляется управление.Теория дифференциальных уравнений; Интегральные преобразования;Линейная алгебра; Функциональный анализ; Вариационное исчисление идругие общие и специальные разделы математики}.

(В фигурных скобках здесь(и в дальнейшем) отмечаются области знания, необходимые для овладенияпроблемой, указанной перед этими скобками).Математическая модель должна быть адекватной, т.е., верно отражатьсуть функционирования описываемого ею компонента СУ или среды. Ноявление неисчерпаемо в силу многогранности его проявления, поэтому простойи компактной модели, полностью адекватной явлению, не существует (разве чтосамо явление). К счастью, нас интересует не явление как таковое, а явлениелишь в связи с управлением им.

Это и используется для поиска компромиссамежду простотой модели (что желательно с инженерных позиций) и ееполнотой. Адекватной можно считать ту модель, на основе которой удалосьдобиться цели управления с требуемой точностью.Таким образом, в процессе создания и эксплуатации СУ (САУ)информационно взаимодействуют четыре основные компонента этого процесса:цель управления, объект управления с создаваемым регулятором (т.е.

СУ), средаи математическая модель.Выходные координаты в силу определения связаны с потреблениемобъекта, поэтому, желательно отражать их реальными, доступными контролюпотребителя процессами, что обычно и удается обеспечить с помощьюустройств, называемых измерителями (совокупность всех измерителей измеритель), правда, иногда процессы на выходе измерителя (называемыеизмерениями) в силу специфики работы последнего представляют не сам векторвыхода, а некоторую функцию от него и от возмущений (в силу влияния средына работу измерителя) (vи(t)):h(o(t),vи(t),t).(1)Пусть измерения представляют непосредственно координаты выхода,причем часть из них o1(t)  y1(t),...,or(t)  yr(t); y(rx1)(t)=(y1(t)...yr(t))T используетсяв регуляторе (например, из-за того, что имеет физическую природу, удобнуюдля этой цели), а часть or+1(t)  z1(t),...,or+q(t)  zq(t); z(qx1)(t)=(z1(t)...zq(t))Tиспользуется как-то по-другому (например, для оценки качества управления).Некоторые компоненты выхода могут принимать участие и в векторе y(t) и вz(t).1191.1.4.

Состояние.Понятие выхода объекта возникло в связи с использованием(потреблением) объекта, а в связи с его описанием введено понятие состояниеобъекта,-какминимальныйнаборвеличинx1 (t 0 ),...,x n (t 0 )  x(t 0 ) = (x1 (t 0 )...x n (t 0 )) T , однозначно представляющий( n  1)(описывающий) объект в данный момент времени t=t0 и позволяющий приизвестном на t [t0., tk] входе i(t) получить как такой же набор x(t) для любогоt [t0., tk], так и выход o(t).Отсюда видно, что выход - техническое понятие, а состояние математическое, поэтому состояние в форме доступного потребителю ужеимеющегося в объекте сигнала часто не существует.

Принципиальнаявозможность получить такой сигнал с помощью специального блока,называемого наблюдающее устройство (наблюдатель, эстиматор), имеетместо, если объект обладает свойством, получившим название наблюдаемость.Наблюдающее устройство представляет собой вычислитель (при построениикоторого используется известная информация об объекте), обрабатывающийдоступные потребителю сигналы (выхода (сигнал измерения) и управления).Правда, в силу того, что либо начальные условия наблюдателя не известныточно, либо из-за того, что измеренные сигналы есть неразделимая смесьизмеряемого сигнала с неизвестной помехой (см.(1)), сигнал на выходеэстиматора x̂(t) представляет состояние не совсем точно (соответственно, либов начале свой работы, либо всегда), отчего этот сигнал называют оценкойсостояния.Цель управления (вследствие ее произвольности) принципиально можетбыть достигнута, если управляющих координат достаточно, чтобы привестиобъект к любому требуемому его состоянию - если объект обладает свойством,называемым управляемость.

Состояние, как математическое понятие,введенное специально для полного описания объекта, является поэтомупонятием более строгим и адекватным этой задаче, чем потребительскоеинженерное понятие выход. В связи с чем о принципиальной достижимостицели управления свидетельствует возможность получения с помощьюуправления любого именно состояния.Характеристика, отражающая степень фактического использованияэтой потенциальной возможности для достижения заданной цели (степеньдостижения цели) каждым конкретным управлением, называется показателем(критерием) эффективности управления Jэ. Обосновывают выбор критериев(их, как правило, несколько), - удачность оценки с их помощью степенидостижения цели, совместно со специалистами по управляемому процессу.Иногда для оценки степени достижения цели используют противоположный Jэпоказатель, характеризующий степень удаления от цели - функцию штрафа(потерь) J.1.1.5.

Конфликтные ситуации.Пусть, например, осуществляется управление производственнымпроцессом, тогда в качестве одного из критериев степени достижения целиможно выбрать Jэп - производительность труда (или Jc - себестоимостьпродукции, или Jээк - экологическую чистоту производства). Пусть Jэп можноизменять по двум информационным каналам - по  ( по нему влияние на Jэпописывается закономJ ПЭ ) и по  (по нему, соответственно, J ПЭ ).Управляющим для каждого из каналов является один и тот же сигнал “u”,причем пустьЭJэп(u)= J П (u)J ПЭ (u),(2)ЭJ П(u)ЭJ П(u)ЭJ П(u)0uoptuРис. 2и каналы эти таковы, что для увеличения Jэп по  сигнал “u” нужноувеличивать, а для увеличения Jэп по  -”u” нужно уменьшать (см.рис.2), т.е.,возникла конфликтная ситуация (- столкновение позиций по отношению квыбору требуемого значения сигнала управления).

Характеристики

Список файлов книги