183825 (599266), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Отношение эмерджентности R задает соответствие между макрофункцией системы и реализующей ее структурой и изменяется всякий раз, когда это соответствие нарушается:
. (1.11)
Структурно-функциональный подход выводит на новый, более глубокий уровень исследования. При этом решаются некоторые проблемы методологического характера:
выбор Ф на основе качественного критерия ;
формирование множества управлений ;
выбор способа учета возмущающих воздействий ;
выбор первичного элемента системы ;
составление перечня подсистем и элементов на основе определенного метода структурной декомпозиции;
определение системы существенных связей системы ;
определение механизма реализации производственных целей:
;
определение механизма управления .
Рассмотренное понятие является полезным при проведении анализа, синтеза или другого исследования.
Необходимость учета фактора времени при описании сложной системы, а также рассмотрения поведенческих аспектов в движении и развитии систем приводит к необходимости исследования динамической системы.
Определение 1.5. Динамической системой S называется сложное математическое понятие:
, (1.12)
определяемое следующими аксиомами.
1. Заданы: множество моментов времени Т, макрофункция системы Ф, множество входных воздействий X, множество возмущений , множество состояний U, множество значений выходных величин Y, структура системы G и отношение эмерджентности R.
2. Множество Т есть некоторое упорядоченное подмножество множества вещественных чисел.
3. Макрофункция системы определяется с помощью двух функций:
и
,
где S – функциональная модель объекта,
V – функция качества, или оценочная функция,
С – множество оценок.
Макрофункция системы определяется парой .
4. Множество возмущений или множество неопределенностей представляет собой множество всевозможных воздействий, которые сказываются на поведении системы. Если такое множество не пусто:
, функциональная модель объекта принимает вид
, а оценочная функция –
.
5. Существует переходная функция состояния
,
значениями которой служат состояния
,
в которых оказывается система в момент времени , если в начальный момент
она находилась в состоянии
и в течение отрезка
на нее действовали входные воздействия
.
6. Задано выходное отображение
,
определяющее выходные величины .
Пару , где
,
называют событием системы S, а множество
– пространством состояний системы.
Конечный набор состояний системы, задаваемый переходной функцией и определенный на некотором временном отрезке
,
, называется траекторией поведения системы на интервале
.
Говоря о движении системы, мы будем иметь в виду траекторию
поведения системы.
7. Структура системы G определяется в терминах теории графов: ,
;
, где
– вершины,
– дуги графа.
8. Отношение эмерджентности
.
Данное понятие динамической системы позволяет выработать общую терминологию, уточнить концептуализацию и обеспечить единый подход в рассмотрении приложений, однако является недостаточно конкретным.
В рамках абстрактной теории систем последнее определение дополняется необходимыми доопределениями: конечномерности, линейности, стационарности и др. Однако теоретическое изложение этих вопросов в рамках данного учебника не производится: впредь по мере необходимости мы априорно будем задавать тип связей между исследуемыми величинами, или классами систем: линейная непрерывная система, конечный автомат и т.д. Задачи, рассматриваемые для динамической системы, традиционны: это вопросы устойчивости, идентификации, инвариантности, наблюдаемости, управляемости и оптимальности, реализуемости и др. Углубленное изучение теории вопроса позволяет грамотно и корректно ставить и решать задачи, связанные с управлением экономическими системами.
Классификация систем
Концептуализация систем в области их классификации определяется исследователем в ходе оценки закономерностей функционирования и поведения объекта. Основные классы систем: дискретные и непрерывные системы, статические и динамические, дискретные и непрерывные, детерминированные и стохастические, линейные и нелинейные, открытые и замкнутые, управляемые и неуправляемые, – определяют выбор моделей, с помощью которых производится собственно исследование. Это не исключает возможности в частных исследованиях систем определенной природы сконцентрировать внимание на системах более узкого класса. В экономической кибернетике большое значение имеет исследование многоуровневых, или иерархических систем, а также адаптивных и самоорганизующихся систем.
Адаптивная система – система, которая может приспосабливаться к изменениям внутренних и внешних условий.
Если воздействия внешней среды изменяются непредвиденным образом, то изменение характеристик управляемого объекта также происходит непредвиденным путем. Примечательно то обстоятельство, что понятие адаптации в теории управления тождественно соответствующему понятию в биологии, означающему приспособление организма к новой для него или изменяющейся среде.
Разновидностями адаптивных систем являются самонастраивающиеся, самообучающиеся, самоорганизующиеся, экстремальные, а также системы автоматического обучения.
Одним из видов самонастраивающихся кибернетических систем является гомеостат. Первый гомеостат был создан английским ученым У.Р. Эшби. Гомеостат моделирует характерное свойство поведения живых организмов – гомеостазис, т.е. возможность поддержания некоторых величин, например, температуры тела, в физиологически допустимых границах путем реализации вероятностных процессов управления. В гомеостате управляемая переменная поддерживается на требуемом уровне механизмом саморегулирования. Примеров гомеостазиса в природе очень много. Например, это гомеостазис, управляющий численностью животных в природе: чем больше появляется зайцев, тем наблюдается большее количество рысей, которые поедают зайцев, ограничивая их рост, а следовательно, и рост численности самих рысей.
Формализация поведения систем
Если поведение системы рассматривать как цепь последовательных конечных изменений ее состояний, то переменные системы, изменяясь во времени, в каждый данный момент будут характеризоваться некоторыми значениями. Если одно определенное значение переменной u1 в момент времени t1 превращается в следующее значение u2 в момент t2, то считается что произошел переход из (u1,t1) в (u2,t2). Фактор, под действием которого происходит переход, называется оператором. Переменная, испытавшая воздействие оператора, называется операндом. Результат перехода – (u2,t2) называется образом. Если рассматривать некоторое множество всех переходов системы из состояния а в состояние в, состояния с в состояние d и т.д., то такое множество переходов для некоторого множества операндов называется преобразованием.
Преобразованиям можно дать математическое представление с помощью метода, предложенного У.Р. Эшби.
Речи некоторое множество состояний системы включает состояния a, b, c, d и на это множество операндов действует оператор Р, то поведение системы можно описать следующим образом:
.
В первой строке записи перечислены состояния системы, или операнды. Во второй строчке, под каждым операндом, находятся образы в которые система переходит из состояний, записанных в верхней строке, под действием оператора Р. В этом преобразовании множество образов второй строки не содержит ни одного нового элемента Преобразование, которое не порождает новых элементов, называется замкнутым:
.
В этом преобразовании множество образов содержит новый элемент е; преобразование выходит за пределы системы, и поэтому называется незамкнутым. Преобразование является однозначным, взаимно однозначным, замкнутым.
Приведенное выше преобразование является неоднозначным.
Преобразование вида является тождественным.
Можно использовать более компактные формы записи. Например, если операнды – суть положительные числа 1, 2, 3, 4, и действует оператор "прибавить к каждому числу 3", то преобразование можно записать:
,
или в компактной форме:
.
Преобразование вида:
Приведенный пример описывает изменение состояний системы с детерминированным действием, описанной однозначным преобразователем.
В матричной форме можно представить неоднозначное преобразование.
Дано преобразование:
при вероятности
.
Система событий может быть описана с привлечением аппарата символической логики. Логические функции отрицания, конъюнкции, дизъюнкции, импликации, эквиваленции (читаемой "тогда, и только тогда, когда", ) широко применяются в автоматических системах.
Переходным процессом называется процесс изменения во времени динамической системы, возникающий при переходе из одного установившегося режима работы в другой. В динамической системе он возникает под влиянием возмущающих воздействий, изменяющих ее состояние, структуру или параметры.
Важными характеристиками динамической системы являются длительность и характер переходного процесса.
В непрерывных системах, как правило, установившийся режим достигается за бесконечно большое время. В зависимости от характера в непрерывных системах различают колебательный и монотонный переходный процесс.
Для дискретных систем переходный процесс можно определить как последовательность состояний, вызванную внешним возмущающим воздействием, которую система проходит при постоянных условиях до возвращения в установившийся режим функционирования. Длительность переходного процесса определяется величиной этой последовательности и является конечной для дискретных систем. Детерминированная динамическая система ведет себя так же, как замкнутое однозначное преобразование. Однозначность преобразования определяется тем, что система не может сразу перейти в два других состояния.
Различают три типа, или режима поведения системы: равновесный, переходный и периодический.
Состояние равновесия системы может рассматриваться как некоторая тождественность происходящих в ней преобразований, определяющих одинаковое состояние системы на любом шаге ее развития. В равновесной системе каждая часть находится в состоянии равновесия в условиях, определяемых другими ее частями.
Состояние устойчивости не отождествимо с равновесием. Под устойчивостью системы понимается сохранение ею состояния независимо от внешних возмущений. Характеристика системы как устойчивой не всегда определяет положительную сторону с точки зрения управления: система не способна гибко реагировать на управление.
Трактовка понятия устойчивости позволяет определить характеристику инвариантности. Инвариантность в последовательности состояний системы состоит в том, что, несмотря на изменения, претерпеваемые системой в целом, некоторые ее свойства остаются неизменными.
Таким образом, некоторые высказывания относительно системы, несмотря на ее непрерывное изменение, остаются истинными.
К понятиям равновесия и устойчивости примыкает понятие цикла в преобразовании системы.
Циклом называется такая последовательность состояний системы, при которой повторное изменение преобразований заставляет изображающую точку пробегать повторно эту последовательность. Эго можно проиллюстрировать таким преобразованием:
.