Схема управления предиктор-корректор
Управление в схеме предиктор-корректор строится на основе прогнозирования в самом процессе управления поведения замкнутой системы, исходя из информации о текущем и прошлых состояниях замкнутой системы и воздействии на неё окружающей среды.
Система управления, реализующая схему предиктор-корректор, может быть условно представлена как сочетание:
· предиктора, выполняющего функцию прогноза и выработки закона управления (программы управления) — этому соответствуют 1‑й — 4‑й этапы полной функции управления,
· и программно-адаптивного модуля, который управляет объектом на основе закона управления, выработанного предиктором, адаптируя его к конкретике обстоятельств, в которых протекает процесс управления, — этому соответствуют 5‑й — 7‑й этапы полной функции управления.
При этом прогнозная информация в форме закона управления подаётся на вход программно-адаптивного модуля системы управления.
Вследствие этого система управления реагирует не только на уже свершившиеся отклонения замкнутой системы от идеального режима, но и на те, которые только имеют тенденцию к осуществлению (в случае, если прогнозирование достаточно точное).
Если программно-адаптивное управление замыкает прямые и обратные связи через настоящее и уже свершившееся прошлое, то в схеме предиктор-корректор некоторая часть прямых и обратных связей замыкается через прогнозируемое будущее.
Информация о свершившемся прошлом и о настоящем в схеме предиктор-корректор, кроме прогнозирования и выработки управляющего сигнала, также используется как основа для минимизации (периодического обнуления) в процессе управления составляющей вектора ошибки, обусловленной накоплением с течением времени ошибок прогнозирования.
При сопоставлении программно-адаптивной схемы и предиктора-корректора на основе вектора состояния, используемого программно-адаптивной схемой[234], одному и тому же вектору состояния в схеме предиктор-корректор будут соответствовать разные управляющие сигналы, поскольку в основе прогноза предиктора-корректора лежит вектор состояния большей размерности, чем в программно-адаптивной схеме. На основе информации, выходящей за пределы тождественной части векторов состояния, используемых в обеих схемах, предиктор-корректор будет получать разные прогнозы, что и выразится в несовпадении управляющих сигналов, вырабатываемых в программно-адаптивных модулях обеих схем управления. То есть предиктор-корректор при адекватной прогностике «умнее» и обеспечивает более гибкое, нешаблонное управление в сопоставлении его с иными — более простыми схемами.
При условии достаточно высокой точности прогноза схема предиктор-корректор обеспечивает наиболее высокое качество управления за счёт того, что в ряде случаев фазовый сдвиг между возмущающим воздействием и управляющим воздействием, обеспечивающим компенсацию возмущения, сводит до нуля (а при необходимости — до отрицательных величин: это — упреждающее управление).
Это позволяет употребить ресурсы замкнутой системы на повышение запаса устойчивости управления ипроизводительности замкнутой системы в отношении вектора целей управления. При других схемах управления эти резервы не могут быть использованы или расходуются на компенсацию той составляющей отклонений от идеального режима, которая обусловлена запаздыванием управляющего воздействия по отношению к возмущающему в сопоставлении с теоретическим случаем отсутствия фазового сдвига между возмущением и управляющим воздействием.
Разновидностью схемы управления предиктор-корректор является уже упоминавшаяся ранее (при рассмотрении в разделе 6.3 полной функции управления) интеллектуальная схема управления, которая предусматривает творчество системы управления — субъекта-управленца — как минимум в следующих областях:
· выявление факторов среды, вызывающих потребность в управлении;
· формирование векторов целей;
· формирование новых концепций управления;
· совершенствование методологии и навыков прогноза при решении вопроса об устойчивости в смысле предсказуемости при постановке задачи управления и (или) в процессе управления по схеме предиктор-корректор (предуказатель-поправщик).
Как уже отмечалось в разделе 5.8, — с точки зрения теории и практики управления, — значимость информации, характеризующей процесс управления как таковой, убывает в следующем порядке:
· объективно открылись (возникли, появились) возможности к тому, что течение процесса управления в будущем может отклониться от нормальных параметров;
· возможности начали реализовываться и наметились тенденции к тому, что течение процесса управления отклонится от нормальных параметров;
· течение процесса отклонилось от нормальных параметров, но ещё находится в пределах допустимого;
· отклонение параметров процесса на грани допустимого;
· процесс вышел за допустимые пределы.
И практически нулевой управленческой значимостью обладает информация о том, что всего названного ранее нет, вследствие чего процесс управления протекает нормально.
При этом следует пояснить ещё один аспект учёта возможностей и тенденций в выработке управляющего воздействия. Открываться могут не только неблагоприятные возможности, но и возможности благоприятные, реализация которых позволяет ощутимо повысить качество управления. То же касается и учёта тенденций.
Но учёт в управлении открывшихся возможностей и наметившихся тенденций обеих категорий возможен только в схеме предиктор-корректор, программно-адаптивные схемы управления к этим объективным факторам слепы и в отношении негативных возможностей и тенденций работают по принципу «пока гром не грянет — мужик не перекрестится», а позитивные возможности и тенденции в них оказываются не реализуемыми.
———————
Приведённые в настоящем разделе определения терминов «замкнутая система», «прямые» и «обратные связи», содержат в себе некоторые умолчания, значимые в контексте ДОТУ. Вследствие наличия этих умолчаний — в контексте ДОТУ приведённые определения являются более общими, включающими в себя тот смысл, который не свойственен этим терминам в исторически сложившихся технических версиях теории управления, а сама ДОТУ приверженцам «классики» вследствие этого представляется «неправильной» — выражением невежества её разработчиков, которые якобы не знают и не понимают «классики».
Классическое определение термина «замкнутая система»:
«Замкнутая система управления, система управления, в которой управляющее воздействие формируется в функции отклонения значения управляемой величины от требуемого закона её изменения» («Большая советская энциклопедия», изд. 3, т. 9, с. 325).
Соответственно определениям такого рода, когда говорят о прямых и обратных связях в замкнутой системе, то имеют ввиду только связи с объектом управления, но не со средой. При этом под прямой связью понимают управляющее воздействие, а под обратной — введение в систему управления информации о реакции объекта управления на управляющее воздействие.
По существу в определениях термина «замкнутая система» такого рода речь идёт о том, что в замкнутых системах информация, на основе которой во всякий момент времени вырабатывается управляющее воздействие, включает в себя и информацию об управляющем воздействии, выработанном некогда в прошлом.
Иными словами, некоторые информационные потоки, проходящие через систему управления, замкнуты в кольцевом контуре их обращения, отсюда и проистекает название термина «замкнутая система».
Однако есть связки «объект + система управления», в которых обратных связей в смысле обусловленности текущего управления управлением, выработанным в прошлом, нет. Такова программная схема управления. А в схеме управления предиктор-корректор некоторые из связей, если их относить к категории «обратных» в традиционном понимании этого термина, замыкаются не через прошлое, а через прогнозируемое будущее в том смысле, что текущее управление включает в себя прогноз поведения управляемого объекта, в который входит и информация о вариантах текущего управления.
При этом в исторически сложившихся технических версиях теории управления нет термина для обозначения связки «объект + система управления» в общем случае рассмотрения. Поэтому, излагая ДОТУ, мы оказываемся перед выбором:
· либо как-то называть эту связку (при этом само слово «связка» явно не подходит вследствие его употребительности в самых разных контекстах);
· либо придать в контексте ДОТУ расширительное толкование терминам «прямые» и «обратные связи», «замкнутая система».
В прошлых редакциях ДОТУ (1991 г., 1992 г., 1998 г.) нашёл выражение расширительный подход, однако он не был пояснён, что у некоторой части читателей (особенно знакомых с какими-то техническими версиями теорий управления) вызывало неприятие, недоумение и вопросы.
В настоящей редакции мы сохраняем расширительный подход к толкованию упомянутых терминов, и потому в контексте ДОТУ следует принять определения прямых и обратных связей с подразделением их на внешние (уходящие в средý) и внутренние (локализованные в пределах объекта управления и системы управления) так, как они даны выше. То же касается определений отрицательных обратных связей как сдерживающих, и положительных как поощряющих.
Также мы придерживаемся расширительного подхода к толкованию термина «вектор целей управления» по отношению к случаям, когда вектор целей может изменяться в процессе управления, будучи функцией времени либо функцией матрицы возможностей течения процесса управления и субъективно избранной алгоритмики управления процессом (вектор целей, изменяющийся таким образом, иногда называют «деревом целей»).