Функциональное, морфологическое и информационное описание систем.

Функциональное описание.

Рис. 2.2. Система и внешняя среда

Состояние любой системы с заданной точностью можно охарактеризовать совокупностью значений k, определяющих ее поведение, т.е. вектором переменных состояний системы

K=(k₁, k₂, …, k_e).

Преобразование одного объекта в другой осуществляется посредством действия на объект оператора. Объект, подвергающийся преобразованию, называется операндом, а результат преобразования – образом. Тогда всякое преобразование можно описать следующим образом: в результате воздействия оператора на операнд получается образ.

Совокупность переменных состояний можно рассматривать как координаты точки в n-мерном пространстве. Его и принято называть пространством состояний системы. Рассматривая процесс функционирования системы, последовательную смену ее состояний и определяя соответствующие им точки, можно получить траекторию ее поведения. Пространство, в котором проходит траектория развития системы, называется фазовым пространством, а найденная траектория – фазовой траекторией.

Различают три типа поведения системы, три режима, в которых она может находиться: равновесный, переходный и периодический.

Состояние, в котором находится система, когда ни одна из компонент вектора ее состояния k_i не изменяется, называется равновесным. Выделяют три типа равновесия систем:

· гомеостатическое равновесие, когда структура системы сохраняется, несмотря на имеющиеся возмущения;

· морфогенетическое равновесие, при котором возмущения подавляются с помощью внутренней перестройки структуры и нового роста;

· энтропийное равновесие – в это состояние система приходит за счет разрушения структуры.

Под переходным режимом понимается режим движения системы из начального состояния к какому-либо установившемуся режиму – равновесному или периодическому.

Периодическим режимом называется режим, при котором система через равные промежутки времени приходит в одни и те же состояния.

Морфологическое описание.

Морфологическое описание дает представление о строении системы, т.е. о ее элементном составе, о наличии, характере и способах связи между элементами.

Связь a_ij между выходом элемента i и входом элемента j (рис. 2.3) называется прямой связью.

Рис. 2.3. Прямая связь.

Связь между выходом и входом одного и того же элемента называется обратной (корректирующей) связью. Она может осуществляться непосредственно или же через другие элементы системы (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Обратные связи.

Информационное описание.

Это информационное отображение функционального и морфологического описаний целенаправленной системы (схема потоков информации). Его результатом является описание и построение информационной системы, которая обеспечивает выполнение следующих основных функций:

· получение информации о всех подсистемах данной системы, а также от внешней среды, об их воздействии на систему в целом;

· обеспечение накопления и хранения основного центрального массива данных;

· выработка выходной информации.

ТЕМА 3. УПРАВЛЕНИЕ

Сущность управления.

Управление - процесс организованного целенаправленного воздействия на объект, в результате которого последний переводится в требуемое (целевое) состояние.

Рис. 3.1. Кибернетический подход к процессу управления.

Объектом управления является та часть окружающего мира, состояние которой нас интересует и на которую воздействует управление.

Связь между Y и X можно в общем виде представить в виде выражения:

Y=F(X).

Обозначим цель субъекта как Y^*. Проверить выполнение цели Y^* в объекте можно, только сопоставив ее с реальным состоянием Y. Очевидно, что равенство

Y = Y^*

свидетельствует о том, что цели субъекта выполнены в объекте. Если же

Y ≠ Y^*,

то его цели не реализованы в этом объекте. Это обстоятельство заставляет субъекта выбрать одно из двух:

1. смириться с тем, что объект не соответствует целям, и в результате терпеть определенный ущерб, связанный с недостижением своих целей;

2. создать систему управления, которая реализовала бы его цели Y^* в объекте, затратив определенные средства на ее создание и эксплуатацию.

Для реализации управления необходимы каналы управления. Обозначим эти каналы буквой U. Состояние объекта управления зависит от двух факторов: среды (X) и управления (U), т. е.

Y = F(X, U),

где F – по-прежнему оператор работы объекта, но теперь он учитывает еще и управляющие воздействия U (рис. 3.1).