Структура и функции системы управления

Задачи управления (рис. 2.3):

· целеполагание – определение требуемого состояния или поведения системы;

· стабилизация – удержание системы в существующем состоянии в условиях возмущающих воздействий;

· выполнение программы – перевод системы в требуемое состояние в условиях, когда значения управляемых величин изменяются по известным детерминированным законам;

· слежение – обеспечение требуемого поведения системы в условиях, когда законы изменения управляемых величин неизвестны (или изменяются);

· оптимизация – перевод (или удержание) системы в состоянии с экстремальными характеристиками при заданных условиях и ограничениях.

Рис. 2.3. Задачи управления

В зависимости от природы (люди или техника) принято выделять три основных типа систем с управлением:

· организационные или социальные;

· технические;

· организационно-технические

Система с управлением включает три основные подсистемы (рис. 2.4): управляющую систему (УС), объект управления (ОУ), систему связи (СС).

УС совместно с СС образуют систему управления (СУ). Основным элементом организационно-технических СУ является лицо, принимающее решение (ЛПР) – индивидуум или группа индивидуумов, имеющих право принимать окончательные решения по выбору одного из нескольких управляющих воздействий.

СС включает канал прямой связи, по которому передается входная информация – множество {x}, включающее командную информацию; и канал обратной связи, по которому передается информация о состоянии ОУ – множество выходной информации {y}. Различают положительную обратную связь (с увеличением или уменьшением сигнала на выходе системы происходит соответственно увеличение или уменьшение параметров на входе) и отрицательную обратную связь (с увеличением или уменьшением сигнала на выходе системы происходит соответственно уменьшение или увеличение параметров на входе).

Рис. 2.4.Структура системы с управлением

Множества {n} и {w} обозначают соответственно воздействие окружающей среды (различного рода «помехи») и показатели, характеризующие качество и эффективность функционирования ОУ. Показатели качества и эффективности являются подмножеством информации о состоянии ОУ – {w} {y}.

Основные группы функций СУ:

· функция принятия решений – функция преобразования содержания информации о состоянии ОУ и внешней среды в управляющую информацию в ходе анализа, планирования и оперативного управления;

· функции обработки информации – охватывают учет, контроль, хранение, поиск, отображение, тиражирование, преобразование формы (без изменения смысла) информации;

· функции обмена информацией – доведение выработанных воздействий (решений) до ОУ, обеспечение обмена информацией с ЛПР.

Схема обобщенного цикла управления представлена на рисунке 2.5.

Аксиомы теории управления

Для управления системой необходимо выполнять ряд естественных условий, которые формулируются в виде аксиом [1].

Аксиома 1. Наличие наблюдаемости объекта управления. Определение любого из состояний ОУ (т.е. наблюдаемость) реализуется только в том случае, если по результатам измерения выходных переменных y(t) при известных значениях

Рис. 2.5.Обобщенный цикл управления

входных переменных x(t) может быть получена оценка z⁰(t) любой из переменных состояния z(t). Такая задача в теории систем называется задачей наблюдения. В социально-экономических и организационно-технических системах с управлением эта задача реализуется функциями учета и контроля текущего состояния ОУ и воздействий окружающей среды. Без этой информации управление оказывается неэффективным.

Аксиома 2. Наличие управляемости – способности ОУ переходить в пространстве Z возможных состояний из текущего состояния в требуемое под воздействием управляющей системы. Под этим переходом можно понимать перемещение в физическом пространстве, изменение скорости и направления движения в пространстве состояний, изменение структуры или свойств ОУ. Если состояние ОУ не меняется, то понятие управления теряет смысл.

Аксиома 3. Наличие цели управления. Под целью управления понимают совокупность значений количественных и качественных показателей, определяющих требуемое состояние ОУ.

Если цель неизвестна, то управление не имеет смысла, а изменения состояний системы превращаются в бессмысленные манипуляции над ней.

Аксиома 4. Свобода выбора – выбор управляющих воздействий из множества возможных альтернативных решений. Считается, что чем меньше это множество, тем менее эффективно управление, так как в условиях ограничений оптимальные решения часто остаются за пределами области адекватности. Если ЛПР не имеет альтернатив решения, то управление не требуется.

Аксиома 5. Наличие критерия эффективности управления. Обобщенным критерием эффективности управления считается степень достижения цели функционирования системы. Кроме того, по частным критериям можно оценивать качество управления, степень устойчивости системы.

Аксиома 6. Наличие ресурсов (материальных, информационных, финансовых, и других), обеспечивающих реализацию принятых решений. Ограниченность или отсутствие ресурсов ограничивает свободу выбора ЛПР. Поэтому управление без ресурсного обеспечения невозможно.