Понятие управления. 5 компонентов управления.

Управление – это целенаправленное воздействие на систему (преобразовательная деятельность, когда субъект старается изменить реальность, приблизить её к состоянию желаемому)

Компоненты управления:

1. Объект управления S, управляемая система

Объект управления имеет 2 типа входов:

1) управляемые мной входы - U

2) неуправляемые, но наблюдаемые мной входы - V

u*(t) – такое воздействие, чтобы на выходе получить Y*(t) – цель управления.

Чтобы управлять целенаправленно, нужно найти, что подать на вход, чтобы добиться цели. В реальности выход системы зависит не только от входов в данный момент времени, но и от их предыстории.

2. Цель управления. Учитывая всё сказанное о цели, вопрос о фактической достижимости поставленной цели с помощью S остаётся открытым до самого процесса управления.

3. Управляющее воздействие U (t). Входы и выходя связаны между собой как Y(t) = S (V(t), U(t)). Значит, существует такое U*(t), при котором на входе реализуется цель: Y*(t) = S (V(t), U*(t)). Чтобы узнать, существует ли оно, нужно решить уравнение относительно U*(t), в котором известны Y*(t) – задано, и V(t) – наблюдаемо, но оператор S обычно неизвестен, что делает задачу неразрешимой и приводи к двум типам управления.

1) пробовать искать управляющее воздействие на самой системе, т.е. методом тыка. Во многих случаях число разных вариантов входа в систему бесконечно. Глупо надеяться попасть среди этих бесконечных вариантов на нужный. К тому же, мы можем понести большой урон из-за того, что на выходе мы получили цель управления. Например, система – школа, управляющее воздействие – методы обучения. Если они неверны, то на выходе – выпускники, которых не переделаешь.

2) Разумное, рациональное управление. Следует искать управляющее воздействие (УВ) не на системе, а на ее модели.

4. Модель системы. Вместо решения уравнения (выше), теперь нужно решить уравнение относительно управляющего воздействия U_m*(t). Y*(t) = S_m (V(t), U_m*(t)). Хотя поиск управления на модели тоже требует потерь.

5. Все действия, необходимые для управления, должны быть выполнены. Данная функция возлагается обычно на специально создаваемую для этого систему, называемую блоком управления или системой (подсистемой) управления, управляющим устройством.

Теперь УВ можно искать любым способом. Когда в результате поиска получаем цель, запускаем это управляющее воздействие в настоящую систему.

Установлено 2 обязательных этапа управления:

1) поиск нужного управляющего воздействия на модели;

2) исполнение найденного воздействия на системе.

Наилучшее управляющее воздействие – то, которое максимально приблизит к Y*(t) Ym(t).

7 ТИПОВ УПРАВЛЕНИЯ

Различные типы управления порождают различные исходы, требующие различных действий по управлению.

1. Программное управление или управление простой системой. Подача воздействия на модели и на системе приводит к желаемому результату.

Его особенности: система ведет себя предсказуемым образом, и мы добиваемся цели. Эта модель адекватна, с помощью нее мы добиваемся цели. Система S называется простой. Управляющее воздействие – программой.

На модели мы находим управление, применили его на системе и достигли цели.

Программное управление сводится к тому, чтобы спроектировать программу, запустить ее и достигнуть цели.

В практике достаточно много подобных систем и примеров программного управления. Например, телефонный номер – это комбинация цифр, программа.

2. Управление сложной системой

На модели при применении управляющего воздействия мы получаем цель, но при применении его на системе, она ведет себя по-другому, чем модель, и мы не достигаем цели. Такие системы называют сложными, а модели, которые не позволяют добиться цели – неадекватными. Это означает, что в модели недостаточно информации о системе. Бороться со сложностью можно путем увеличения количества знаний, добывания информации о системе, т.е. совершенствованием модели и повышением её адекватности. Системный анализ – это технология разрешения сложности, он превращает сложные системы в простые.

Необходимо улучшать модель, приближать ее к оригиналу, повышать ее адекватность. Информацию нужно брать все равно, откуда, но информация нужна ВСЯ. Если мы собрали всю возможную информацию, а система все равно остается сложной, то необходимо добывать еще информацию. Где? – В самой системе, с помощью экспериментов. Каждое неудавшееся управление дает нам новую информацию и системе, которую необходимо включить в модель. Модель нужно изменять до тех пор, пока на выходе при применении управляющего воздействия не появится цель управления. Это означает, что модель мы исправили, она стала адекватной, более приближенной к системе.

Последовательность действий при управлении методом проб и ошибок:

Шаг 1. Нахождение управляющего воздействия u*, которое обеспечивает получение целевой функции на выходе модели.

Шаг 2. Подача u* на систему.

Шаг 3. Регистрация выхода системы.

Шаг 4. Сравнение выхода с Y*(t). При расхождении – коррекция модели за счёт варьируемых параметров. Если разница не равна 0, то система сложная.

Шаг 5. Изменение модели до тех пор, пока модель не даст на выходе то же, что и система при применении u*, т. е. пока модель не станет вести себя так же, как и система. Возврат к пункту 1 (i->i+1)

После 5-го шага мы имеем исправленную с учетом полученной информации модель. Затем начинается новый цикл управления (с первого шага).

Коррекция модели может производиться изменением её параметров (коэффициенты в уравнении). Есть системы, сложность которых человечеству не удаётся исчерпать: их изучение бесконечно – очень сложные системы.

Особенности метода:

1. цикличность;

2. в каждом таком цикле объединены 2 функции: управление системой и ее изучение;

3. циклы организованы разумно: на каждом круге мы получаем новую информацию.

Этот метод называется так потому, что:

Воздействие на систему называется пробными действиями.

Разница между Y*(t) и Y(t) называется ошибкой, а каждое очередное управляющее воздействие – пробой.

Метод назван методом проб и ошибок, однако он сильно отличается от метода тыка. МПО – это умный метод, т. к. модель совершенствуется. Кардинальное отличие: нужное воздействие ищется не на системе, а на модели системы.

3. Регулирование или управление по параметрам.

Модель сошла с траектории, хотя поначалу шла по желаемой. Не всегда внесение изменений в модель целесообразно (например, если изменение не повторится). Можно заставить систему идти по целевой траектории, изменив что-то в самой системе. Что можно изменить? Есть 2 возможности:

1. не меняя структуру состав, изменить только параметры – внутренние переменные величины;

2. изменить состав и структуру системы.

Например, если машина съехала с дороги на обочину, нужно подкрутить руль и выровнять машину, а не переделывать ее (изменять состав и структуру не нужно, нужно управлять параметрами так, чтобы вернуться на целевую траекторию).

Суть этого управления: удержать систему на целевой траектории за счет изменения ее параметров.

Функции:

1) держать в памяти опорную траекторию;

2) следить за реальной траекторией;

3) обнаруживать расхождение между целью и результатом (Y*(t) и Y(t));

4) выработать поправку, изменение параметров, которые побудили бы систему вернуться на целевую траекторию;

5) исполнять это воздействие на системе, возвращая её на опорную траекторию.

Этот тип управления также цикличен.

В схеме компонентов управления такого элемента у нас не было. Он получил название регулятор и помещается в позицию, которая позволяет отнести к управляемой или неуправляемой системе либо считать самостоятельной системой.

Регулирование имеет свои пределы – до тех пор, пока есть возможность вернуть систему на целевую траекторию, т. е. пока отклонения малы. Однако, на практике отклонения могут быть очень большие. В таком случае, нужно признать, что для данной системы поставленная цель недостижима. Но она может быть достижима для другой системы, отсюда – следующий тип управления:

4. Управление по структуре

Если система быстро и далеко отклоняется от целевой траектории, имеется два выхода: пессимистический и оптимистический (смирение с невозможностью достичь цели; признание фактов и принятие попытки достичь (T*, Y*))

В момент отклонения изменяется структура системы, тем самым создаётся новая. В этом случае изменяют систему, ее структуру, рассчитывают новую целевую траекторию и добиваются цели.

Формы такого управления:

- реструктуризация

- реорганизация

- перестройка

- самоорганизация.

Недостатки, пределы этого типа управления:

Новую структуру можно создавать только из того, что у нас уже есть. Если нам удалось найти новую структуру, которая поможет выйти на цель, значит, мы решили задачу. Но не всегда можно создать именно ту структуру, которая приведет к цели. Из имеющихся частей можно создавать много вариантов разных систем, но ни одна не приведет к цели. Значит, данная цель в данных обстоятельствах недостижима ни при каких условиях, потенциал структуры исчерпан. Отсюда следует 5-й тип управления, который основан на том, чтобы отказаться от недостижимой цели и поставить достижимую.

5. Управление по целям.

Выход – в признании факта, что никакое использованное имеющихся ограниченных средств не может реализовать желаемое состояние. Остаётся сменить цель, понизив уровень притязаний, переориентироваться на достижимые сроки или другие параметры конечного состояния.

Есть заведомо недостижимые цели, недостижимые в одних, но достижимые в других условиях, достижимость которых желательно, но не доказана и не опровергнута, достижимые, но не достигнутые из-за неэффективного управления.

В практике управление по целям встречается нередко, но осознание её недостижимости иногда может сделать для субъекта бессмысленной саму дальнейшую цель.

6. Управление большими системами

Существует ещё один фактор, влияющий на качество управления и требующий нового способа управления – своевременность управляющего воздействия. Запаздывание связано с тем, что для оценки каждого из них нужно «проиграть» его на модели системы, что требует времени, которое может быть ограничено. Управлять надо в реальном масштабе времени, а моделировать – в ускоренном.

Может быть, что время, требующееся для нахождения оптимального решения, превосходит предельно допустимое для исполнения управляющего вмешательства, тогда возможность его поиска становится ненужной.

Система, для нахождения опт. воздействия на которую достаточно информационного ресурса (модель адекватна), но недостаточно времени – большая, в противном случае – малая.

Такой способ может натолкнуться на непреодолимые трудности: не существует более мощных ресурсов. Реально употребляется другой метод: не самое лучшее, но своевременное решение – лучше. Часто для этого требуется упрощение модели.

7. Управление при отсутствии информации о конкретной цели

Кроме первого типа управления, когда всё нужное для реализации цели налицо, остальные рассмотренные типы управления связаны с преодолением факторов, мешающих достичь цели: нехватка информации об объекте управления (второй тип), сторонние мелкие помехи, слегка отклоняющие систему от целевой траектории (третий тип), несоответствие между эмерджентными свойствами системы и поставленной целью (четвёртый тип), нехватка материальных ресурсов, делающая цель недостижимой и требующая её замены (пятый тип), дефицит времени для поиска наилучшего решения (шестой тип).

Управлять текущими событиями приходится, но конечная цель непостижима, неизвестна. Из определения цели вытекает, что при неопределённости конечной цели следует неопределённость и траектории движения к ней. Стремление в таком случае реализуется двумя способами:

1) дать субъективное, априорное определение цели и действовать по предыдущим схемам;

2) исследовать ближайшую окрестность вокруг текущего состояния и определить наиболее предпочтительное направление следующего шага в пределах этой окрестности (эволюция и естественный отбор, инкрементализм в теории менеджмента; «Цель – ничто, движение к ней – всё!» (Каустовский)).

На этом пути успех не гарантирован: целевая функция может оказаться многоэкстремальной и мы можем попасть не в глобальны, а в локальный экстремум (тупиковые ветви эволюции).

Складывается впечатление, что единственной абсолютно универсальной целью существования любой системы является само её существование. Только выжив, система может начать преследование каких-то других целей.