Пупков К.А., Коньков В.Г. Интеллектуальные системы (1-е изд., 2001) (1245264), страница 38

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

Текст из файла (страница 38)

Ее наличие вообщехарактерно 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, чтобы120существенно снизить эффект вследствие влияния канала  . Самый выгодныйдля потребителя компромисс соответствует оптимальному (uopt) значению –такому, при котором Jэп(u)= max . Правда в СУ конфликтная ситуацияuскладывается по отношению к “u” в Jэ(u) не так, что возможные значениянезависимой переменной-точки, а так, что они - функции u(t) (линии), тогдаJэ[u(t)] не функция, а функционал, и требуется найти экстремаль - такуюфункцию uопт(t), которая обеспечивает экстремум функционалу. Эта задачарешается уже не так наглядно, как рассмотренная на рис.2 {Вариационноеисчисление, Принцип максимума, Динамическое программирование и пр.}.Идея оптимизации (как компромиссный способ разрешенияконфликтной ситуации) пришла из кибернетики {Кибернетика} - науки обобщих законах управления как в живых, так и в неживых образованиях.

Оттудаже заимствована идея гомеостазиса (гомеостаза), характерная для живойприроды. Механизмы природы именно в силу присутствия этой идеи обладаютобычно очень высокой надежностью. Гомеостазис - это приспособительноесвойство организма (системы) - свойство сохранять некоторые показателихарактера его (ее) функционирования при изменяющихся (вплоть докритических (разрушающих некоторые связи)) внешних и внутренних условиях.Для его реализации необходимо иметь набор каналов, рассчитанных на то, чтопри соответствующей перенастройке они могут использоваться для выполненияразличных (изначально им не свойственных) функций, ослабляя, конечно,степень обеспечения основной функции, однако не на столько, чтобы все-такиноминально ее не выполнять. В связи с чем появляется возможностьорганизовывать новые каналы для решения требуемой задачи, стоящей передсистемой, если прежние по какой-либо причине выведены из строя{Синергетика (совместность, дополнительность, сотрудничество) - наука осамоорганизации в системе в результате взаимодействия большого числа ееподсистем (как различных потенций)}.

Это еще один способ разрешенияконфликта (между средой и организмом (системой)), связанного в данномслучае с уязвимостью каналов функционирования, разрешаемого на основеконструктивной избыточности и функциональной универсальности элементов(в случае оптимизации - связанного с особенностями функционированияобъекта, разрешаемого на основе взаимных уступок).1.2.

Парадигма автоматического управления.1.2.1. Управляющие системы.Парадигма - система форм изменяющейся конструкции чего-либо (необязательно только слова, как в [2]).Итак, управление - целенаправленный процесс, поэтому оноподразумевает существование субстанции, способной быть генератором цели испособной организовать такой процесс, например Творца, человека. Посколькуздесь рассматривается технический аспект проблемы управления, т.е., та еечасть, решение которой доступно человеку (и решаемая человеком), характеруправления (его конструкция) менялся (в связи с изменением потребностейчеловека и возможностей, которыми располагал (по мере своего развития) авторцели для ее достижения).На первых порах человек располагал лишь своими непосредственнымифизическими и интеллектуальными возможностями и управлять мог только с ихпомощью.

Затем появились простейшие механизмы (рычаг, колесо), появиласьвозможность использовать внешнюю (по отношению к человеку) энергию(ветра, пара, воды и т.п.) - возникли условия для облегчения деятельностичеловека в процессе управления. Тяжелая жизненная ситуация делалаактуальной примитивнейшую цель - избавиться от грубого физического(механического) труда в процессе управления. В связи с чем этот этап на путиуказанного облегчения называется этапом механизации. Для его реализациидостаточно обеспечить подведение к объекту нужного количества внешнейэнергии в нужной форме.

Поэтому на долю технических устройств на этомэтапе возлагалась задача получения, преобразования, передачи и использованияэнергии [3]. С точки же зрения управления работа технических устройств вмеханизированных СУ сводится к отработке заданного закона измененияуправляющего воздействия объекта uоб(t), которое называется регулирующеевоздействие (материальная часть объекта, доступная влиянию потребителя,выходом которой является uоб, называется регулирующий орган). Выработкаже (задание) закона изменения uоб(t), что фактически и представляетнепосредственно управление, остается за самим человеком. Итак,механизированная система (МС) объектом не управляет, поэтому парадигмууправления еще не затрагивает, но это подготовительный этап автоматизации, и,поскольку без него автоматизировать весь процесс, обеспечивающийуправление, невозможно, МС считаем первой формой парадигмыавтоматического управления.МС, конечно, решила, мягко выражаясь, далеко не все проблемыуправления.

Не даром в те времена в широком ходу была такая шутка:определение механизазии: “нажал кнопку – берешь лопату”. Поэтому на путиразвития производства следующей стала задача исключения человека уже и изнекоторых этапов непосредственно процесса управления, все более и болеесложных, оставляя на его долю все менее рутинную (все более творческую)часть труда - так называемый этап автоматизации с тенденцией полнойавтоматизации процесса целенаправленной деятельности (т.е. выполняемогосовсем без участия человека). Это и составляет смысл всей истории развития121автоматики - 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 дляполучения, преобразования, передачи и использования информации [3].

А дляисследования специфики процессов именно управления важнейшей является несхема, дающая возможность разобраться в характере работы узлов СУ и ихвзаимодействии (принципиальная схема), и не схема, дающая возможностьизготовить СУ из ее элементов (монтажная схема), а схема, показывающая путипрохождения и характер использования информации - структурная схема.Структурная схема, т.о., необходимо должна показывать пути прохождения ипреобразования сигналов - процессов, в изменениях характеристик которых,называемых параметры сигнала (например, величина, полярность напряженияэлектрического тока, и т.п.), заключена информация. Количественныехарактеристики тех свойств СУ, которые определяют характер влияния одногосигнала (как процесса, - вне его связанности с информационным содержанием),проходящего через нее, на другой, называются параметры СУ (например,постоянная времени (характеризует механическую, электрическую и прочуюинерционность), коэффициент передачи (характеризует изменение величины ифизической сущности сигнала в установившемся режиме) и т.п.).Принципы построения первых автоматических систем - по ошибке(обратная связь), по возмущению, комбинированный дают возможностьреализовать системы, задачей которых является автоматическая отработкалюбого (из допустимых) управляющего воздействия системы u(t).

Такиесистемы были названы системы автоматического регулирования (САР){Теория автоматического регулирования (ТАР), Теория систем}. САР, являясьболее совершенным в сравнении с МС устройством, созданным на путиоблегчения деятельности человека в рамках процесса управления, обладаеттаким свойством, что uоб(t) уже вырабатывается внутри нее (а неотрабатывается, будучи заданным извне, как в механизированной СУ) с такимрасчетом, чтобы САР автоматически отрабатывала подаваемый на ее входуправляющий сигнал uсар(t), т.е., выработка внутреннего сигнала uоб(t)нацелена на то, чтобы отрабатывался внешний сигнал uсар(t) (см. рис.3).Поскольку САР автоматически отрабатывает любой uсар(t), можно назначатьuсар(t)=uопт(t) - таким, который максимизирует, например, Jэп(uсар(t)) повозможным uсар(t):Jэп(uопт(t))=max Jэп(uсар(t)).u (t)сарНо для этого нужна новая, еще более совершенная СУ, которая должнавырабатывать управляющее воздействие uсар(t)=uопт(t) для САР внутри себя(как САР вырабатывала uоб(t) для объекта).

Она названа системойавтоматическогоуправления(САУ),вданномслучаеСАУпроизводительностью труда САУ (П) {Теория автоматического управления(ТАУ)}. Таким образом, одной из задач теории управления является задачаоптимизации. {Теория оптимального управления; Исследование операций}.Для ее решения используется оптимизатор, реализуемый, обычно, с помощьювычислительной техники (чаще ЦВМ) {Информатика}, то есть, в САУ (П) дляформирования управляющего воздействия используется ЦВМ, поэтому САУ –Принципы и подходы построения технических систем часто заимствуются(по аналогии) из живой природы {Бионика}.Совокупность элементов любой природы, сформировавшаяся (илисформированная) для достижения совместными усилиями какой-либо цели, всилу взаимодействия элементов приобретает новые качества.Этакачественно новая целостность называется системой.

Теория систем вданном случае может оказаться полезной, поскольку САР - тоже система.Операция (в теории операций) - модель явления со входом и показателемэффективности.122обычно, система с ЦВМ в контуре управления. Ясно, что САУ может включатьв себя системы АР. Оптимизация иногда используется и в САР, например длявыборазначенийнекоторыхдоступныхизменениюпараметров(параметрическая оптимизация).Расчет uопт(t) в САУ опирается на знание конкретных значенийхарактеристик как систем, так и воздействий, многие из которых частопервоначально бывают не известны. В связи с чем возникает идея дальнейшегосовершенствования САУ путем определения (идентификации (лат.отождествлять) {Идентификация систем и воздействий}) не известныххарактеристик и систем, и воздействий, затем подстройки в процессе работыСАУ (в моделях и алгоритмах) приближенно заданных характеристик поднайденные истинные значения {Теория адаптивных, самонастраивающихся,экстремальных систем управления}.Аналогично тому, как была построена САУ (П), можно построить САУ(С) (на основе Jc), САУ (Эк) (на основе Jээк ) и др.

Для системы, которая моглабы скоординировать (с помощью координатора) работу этих САУ, ставитсяцель еще более сложная. Например, достигнуть такой эффективности, котораяне противоречила бы эффективности с позиций и (П), и (С), и (Э), т.е. изразрозненных САУ образовать единую систему управления (ЕСУ). При этомвозможна ситуация, когда отдельные системы имеют противоречивые и дажеантагонистические (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 системамиавтоматического управления (САР, как система, вырабатывающая uоб(t), можеттакже рассматриваться как своеобразная САУ), между ними как междуподсистемами ЕСУ прослеживается четкая их соподчиненность - ихиерархичность. Например, если САР управляет непосредственно объектами, тоСАУ управляет системами АР, ЕСУ - управляет системами АУ, и т.д.

Характеристики

Список файлов книги