Меньков А.В., Острейковский В.А. Теоретические основы автоматизированного управления

Подождите немного. Документ загружается.

ратеризющие состояние проблемы правления эономиой

СССР на середин 60-х одов. Было подсчитано, что для более

или менее довлетворительно о правления эономиой необхо-

димо выполнять 10

арифметичесих операций в од. Таим об-

разом, если один челове с альлятором способен за смен

8 часов выполнить тысяч арифметичесих операций, то работая

без выходных, праздниов и отпса, он выполнит ооло 10

опе-

раций. Следовательно, для довлетворительно о правления эо-

номиой необходимое число правленцев составит 10 миллиар-

дов челове!

Средством преодоления второ о информационно о барьера

являются автоматизированные информационные системы на ба-

зе ЭВМ.

В.2. Кратая историчесая справа о

развитии теории автоматизированноо правления

Теория автоматизированноо правления — это сравнительно

молодая начная дисциплина, вознишая из потребностей пра-

тии в связи с брным начно-техничесим про рессом и, в пер-

вю очередь, из-за появления сложных систем правления с боль-

шим числом элементов элетронии и автоматии. Теория авто-

матизированно о правления является ветвью ибернетии а

наи о наиболее общих заономерностях правления в техни-

чесих, биоло ичесих и социальных системах. Т. е. оворить о

теории автоматизированно о правления стало возможным толь-

о после появления лассичесих работ в области теоретичесой

ибернетии Н. Винера, У.-Р. Эшби, Дж. фон Неймана. Именно

в моно рафиях этих ченых в 1948—1956 . были заложены сов-

ременные основы наи об правлении. В сочетании с развитием

теории информации (К. Шеннон, 1948 .) наа об правлении

полчила стро ое и стройное развитие. Большю роль в разработ-

е теоретичесих основ ибернетии сы рали разработи советс-

их и российсих ченых: А.И. Бер а, В.М. Глшова, В.А. Тра-

пезниова, Г.С. Поспелова, А.Г. Мамионова, В.И. Срихина,

И.П. Норенова, А.А. Тимчено и др их.

На развитие теории автоматизированно о правления оазала

сильное влияние теория автоматичесо о правления (ТАУ), о-

торая  середине 50-х одов ХХ веа была развита довольно хоро-

шо. ТАУ — это наа о методах определения заонов правления

объетами, допсающих реализацию с помощью техничесих

средств автоматии. Историчеси сложилось та, что методы

ТАУ полчили свое первое развитие применительно  процессам,

встречающимся лавным образом в техние. Три причины лежат

в основе это о развития:

1) мно ие объеты правления были идентифицированы вы-

дающимися чеными — ан лийсим физиом Дж.-К. Масвел-

лом (1831—1879), рссим математиом А.И. Вышне радсим

(1832—1895), словацим теплотехниом А. Стодолой (1859—1942)

и рссим математиом А.А. Ляпновым (1857—1918), т. е. были

полчены их математичесие модели, описываемые обыновен-

ными дифференциальными равнениями (веторными)

= f (x, u, t)(В.1)

и неравенствами

N(x, u, t) l 0, (В.2)

де x (x

, x

, ..., x

) — ветор состояния объета, u (u

, u

, ..., u

) —

ветор правления, t — время. Уравнение (В.1) — математичесая

запись заонов, оторым подчиняется объет правления; нера-

венство (В.2) — область е о определения;

2) еще задол о до развития ТАУ, бла одаря становлению ряда

фндаментальных заонов природы, сществовал хорошо разви-

тый математичесий аппарат теории стойчивости движения;

3) инженеры отрыли заон обратной связи и нашли средства

е о реализации.

Таже в ТАУ внесли большой влад таие выдающиеся отечест-

венные и зарбежные ченые, а А. Грвиц, Х. Найвист, А.В. Ми-

хайлов, А. Панаре, А.А. Андронов, Н.Н. Красовсий, Л.С. Пон-

тря ин, В.И. Збов, В.А. Бесеерсий, Е.П. Попов, В.С. Емельянов,

В.С. П ачев и др.

Наряд с техничесой ибернетиой в 60-е оды ХХ веа ши-

роое развитие полчила эономичесая ибернетиа. Эономи-

чесая ибернетиа изчает процессы сбора, наопления, хране-

ния и переработи информации об эономичесих объетах или

явлениях. Предметом эономичесой ибернетии являются

процессы правления эономиой страны, отрасли, района, про-

мышленно о омплеса, производства, отдельно о предприятия,

часта, несольих станов или рппы людей и т. д.

Методы анализа, применяемые в эономичесой ибернетие,

помо ают находить оптимальные режимы правления и строить ра-

циональные системы обработи эономичесих данных, основан-

ные на широом использовании вычислительной технии (ВТ). Ис-

следования по эономичесой ибернетие направлены на:

1) выбор поазателей, необходимых для правления эоно-

мичесими объетами;

2) выбор способов полчения, передачи и обработи инфор-

мации об этих поазателях;

3) выбор техничесих средств обработи эономичесой ин-

формации на различных ровнях правления;

4) изчение и реомендации по ал оритмам и про раммам об-

работи информации.

Первоначально становление эономичесой ибернетии свя-

зано с разработой математичесих моделей эономичесих сис-

тем и явлений, использованием элетронных вычислительных ма-

шин (ЭВМ) для исследования этих моделей и для решения задач

правления. Применение математичесих стртр и методов во

мно ом шло по линии применения математичесой символии и

ливидации терминоло ичесих различий. Это направление раз-

вивается и сейчас в рамах математичесих методов и моделей

эономии. Математичесие модели эономичесих систем и яв-

лений позволили лчше осмыслить динами изчаемых систем,

выработать действенные реомендации по рационализации их

стртры и методов эономичесо о про нозирования и правле-

ния. Особое значение имело изчение ре лирющих фаторов в

таих моделях, вопросов стойчивости, равновесия, роста, ре ли-

рюще о харатера цен, выявление и подчеривание обратных

связей в эономие, исследование онфлитных ситаций (в рам-

ах теории и р), соотношений межд оптимальным фнциониро-

ванием и общей мобильностью эономичесих систем. Эономи-

чесая ибернетиа занимается вопросами принятия решений в

правлении эономичесими системами, применения математи-

чесих моделей и полчения на их основе машинно-формальных

выводов для принятия решений в реальных ситациях и постанов-

ах, решает вопросы раниц и рецептов возможно о использова-

ния формальных постаново и выводов. Большое внимание деля-

ется методам эвристичесо о решения задач, эспертно о про но-

зирования и, наонец, построению человео-машинных систем

для решения эономичесих задач. Применение тао о рода чело-

вео-машинных систем, моделирование ситаций и принятие ре-

шений для обчения и выработи наиболее рациональных форм и

методов правления (деловые и ры) способствют том, что мате-

матичесое моделирование становится всё более ниверсальным

средством совершенствования эономичесих систем, пробным

амнем провери эономичесих положений и дотрин.

Определяющим направлением в эономичесой ибернетие

является разработа теории и построение автоматизированных

систем правления (АСУ) в народном хозяйстве, оторое стало

возможным тольо в связи с созданием современных техничес-

их средств обработи данных, особенно систем с разделением

времени. Построение АСУ в эономие является составной час-

тью процессов автоматизации, определяющих современню на-

чно-техничесю революцию. Необходимость создания таих

систем обсловливается совершенствованием эономичесих

систем, ростом производительности правленчесо о трда, эф-

фетивным использованием техничесих средств обработи дан-

ных и ор анизации информационных процессов в целом, мно ими

социальными требованиями. Быстрый рост производства,  лб-

ление специализации, расширение ооперирования и рыночных

отношений, обновляемость продции, эффетивное использова-

ние ресрсов возможны тольо при создании АСУ. Эономичесая

ибернетиа разрабатывает общие вопросы стртры, построе-

ния и фнционирования АСУ в народном хозяйстве. Особое вни-

мание деляется вопросам эффетивно о сбора информации, ее

представления, наименования, интерпретации, использования и

цирляции в АСУ. Информация в эономичесих системах ста-

новится предметом лбоо о изчения. Разработа информаци-

онных техноло ий, методов моделирования, информационно-по-

исовых систем и информационно-справочных систем ориенти-

рется на эономичесие объеты. В то же время эономичесая

ибернетиа сама оазала во мно ом определяющее влияние и на

развитие неоторых новых математичесих направлений — сто-

хастичесо о и динамичесо о про раммирования, дисретной

оптимизации, теории расписаний и др., на теоретичесие и пра-

тичесие разработи в области обработи данных, математичесо-

о обеспечения ЭВМ. Развитие технии обработи данных, теории

исследования операций и теории систем таже связано с направ-

лением развития и интересами эономичесой ибернетии.

В.3. Цель и задачи дисциплины

«Теоретичесие основы автоматизированноо

правления»

Дисциплина «Теоретичесие основы автоматизированно о

правления» относится  цил специальных дисциплин направ-

ления 654600 «Информатиа и вычислительная техниа», она явля-

ется одной из основопола ающих дисциплин в под отове систем-

но о аналитиа и дипломированных специалистов по специальнос-

ти 220200 «Автоматизированные системы обработи информации

и правления».

1) выбор поазателей, необходимых для правления эоно-

мичесими объетами;

2) выбор способов полчения, передачи и обработи инфор-

мации об этих поазателях;

3) выбор техничесих средств обработи эономичесой ин-

формации на различных ровнях правления;

4) изчение и реомендации по ал оритмам и про раммам об-

работи информации.

Первоначально становление эономичесой ибернетии свя-

зано с разработой математичесих моделей эономичесих сис-

тем и явлений, использованием элетронных вычислительных ма-

шин (ЭВМ) для исследования этих моделей и для решения задач

правления. Применение математичесих стртр и методов во

мно ом шло по линии применения математичесой символии и

ливидации терминоло ичесих различий. Это направление раз-

вивается и сейчас в рамах математичесих методов и моделей

эономии. Математичесие модели эономичесих систем и яв-

лений позволили лчше осмыслить динами изчаемых систем,

выработать действенные реомендации по рационализации их

стртры и методов эономичесо о про нозирования и правле-

ния. Особое значение имело изчение ре лирющих фаторов в

таих моделях, вопросов стойчивости, равновесия, роста, ре ли-

рюще о харатера цен, выявление и подчеривание обратных

связей в эономие, исследование онфлитных ситаций (в рам-

ах теории и р), соотношений межд оптимальным фнциониро-

ванием и общей мобильностью эономичесих систем. Эономи-

чесая ибернетиа занимается вопросами принятия решений в

правлении эономичесими системами, применения математи-

чесих моделей и полчения на их основе машинно-формальных

выводов для принятия решений в реальных ситациях и постанов-

ах, решает вопросы раниц и рецептов возможно о использова-

ния формальных постаново и выводов. Большое внимание деля-

ется методам эвристичесо о решения задач, эспертно о про но-

зирования и, наонец, построению человео-машинных систем

для решения эономичесих задач. Применение тао о рода чело-

вео-машинных систем, моделирование ситаций и принятие ре-

шений для обчения и выработи наиболее рациональных форм и

методов правления (деловые и ры) способствют том, что мате-

матичесое моделирование становится всё более ниверсальным

средством совершенствования эономичесих систем, пробным

амнем провери эономичесих положений и дотрин.

Определяющим направлением в эономичесой ибернетие

является разработа теории и построение автоматизированных

систем правления (АСУ) в народном хозяйстве, оторое стало

возможным тольо в связи с созданием современных техничес-

их средств обработи данных, особенно систем с разделением

времени. Построение АСУ в эономие является составной час-

тью процессов автоматизации, определяющих современню на-

чно-техничесю революцию. Необходимость создания таих

систем обсловливается совершенствованием эономичесих

систем, ростом производительности правленчесо о трда, эф-

фетивным использованием техничесих средств обработи дан-

ных и ор анизации информационных процессов в целом, мно ими

социальными требованиями. Быстрый рост производства,  лб-

ление специализации, расширение ооперирования и рыночных

отношений, обновляемость продции, эффетивное использова-

ние ресрсов возможны тольо при создании АСУ. Эономичесая

ибернетиа разрабатывает общие вопросы стртры, построе-

ния и фнционирования АСУ в народном хозяйстве. Особое вни-

мание деляется вопросам эффетивно о сбора информации, ее

представления, наименования, интерпретации, использования и

цирляции в АСУ. Информация в эономичесих системах ста-

новится предметом лбоо о изчения. Разработа информаци-

онных техноло ий, методов моделирования, информационно-по-

исовых систем и информационно-справочных систем ориенти-

рется на эономичесие объеты. В то же время эономичесая

ибернетиа сама оазала во мно ом определяющее влияние и на

развитие неоторых новых математичесих направлений — сто-

хастичесо о и динамичесо о про раммирования, дисретной

оптимизации, теории расписаний и др., на теоретичесие и пра-

тичесие разработи в области обработи данных, математичесо-

о обеспечения ЭВМ. Развитие технии обработи данных, теории

исследования операций и теории систем таже связано с направ-

лением развития и интересами эономичесой ибернетии.

В.3. Цель и задачи дисциплины

«Теоретичесие основы автоматизированноо

правления»

Дисциплина «Теоретичесие основы автоматизированно о

правления» относится  цил специальных дисциплин направ-

ления 654600 «Информатиа и вычислительная техниа», она явля-

ется одной из основопола ающих дисциплин в под отове систем-

но о аналитиа и дипломированных специалистов по специальнос-

ти 220200 «Автоматизированные системы обработи информации

и правления».

Цель дисциплины: изчение современно о состояния теории

автоматизированно о правления на всех этапах проетирова-

ния, создания, отлади и эсплатации АСУ.

В резльтате изчения дисциплины стденты должны ЗНАТЬ:

— основные понятия и определения теории автоматизиро-

ванно о правления;

— математичесие методы, использемые в теории автомати-

зированно о правления;

— методоло ию и принципы построения автоматизирован-

ных систем (АС);

— методы и модели анализа и синтеза стртры АС;

— виды автоматизированно о правления;

— методы принятия решений при автоматизированном п-

равлении;

— лассифиацию и состав АСУ и обеспечивающих подсистем.

УМЕТЬ ИСПОЛЬЗОВАТЬ:

— принципы построения АС при решении пратичесих

вопросов исследования АС;

— математичесие методы при анализе и синтезе стртры АС;

— формальные методы при принятии решений в АСУ.

ИМЕТЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О:

— причинах появления теории автоматизированно о прав-

ления;

— этапах и последовательности разработи АС;

— сществющих и перспетивных методах системно о ана-

лиза;

— перспетивах развития теории автоматизированно о п-

равления.

Раздел 1

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ТЕОРИИ

АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ

Глава 1

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ

В этой лаве изложены основные понятия теории автомати-

зированно о правления, подробно расрыто одно из основных

понятий – правление, поазано, что любой процесс правления

представляет собой информационный процесс, а система прав-

ления — это ор аничесая совопность объета правления и

правляюще о ор ана. При этом выделена роль понятия цели п-

равления, без формлирови оторой правление системой теря-

ет всяий смысл. Детально описано определение «информация».

Хотя авторы понимают, что это понятие расрывается стдентам

в дисциплинах «Информатиа», «Теория информации», однао

ввид особой важности информации в процессах правления, и

особенно при принятии решения, в этой лаве стдентам еще раз

напоминается роль понятия «информация» в дисциплинах и-

бернетичесо о направления. Дается ратое объяснение поня-

тиям «система» и «большая система». В этой лаве обращается

особое внимание на отличие автоматизированно о правления от

автоматичесо о.

1.1. Понятия «правление» и «система правления»

Центральным понятием ибернетии и ее раздела – теории

автоматизированно о правления – является понятие «прав-

ление».

Управление а процесс. Управление — в широом, иберне-

тичесом смысле — это обобщение приемов и методов, наоп-

ленных разными наами об правлении иссственными объ-

етами и живыми ор анизмами. Язы правления — это ис-

пользование понятий «объет», «среда», «обратная связь»,

«ал оритм» и т. д.

Цель дисциплины: изчение современно о состояния теории

автоматизированно о правления на всех этапах проетирова-

ния, создания, отлади и эсплатации АСУ.

В резльтате изчения дисциплины стденты должны ЗНАТЬ:

— основные понятия и определения теории автоматизиро-

ванно о правления;

— математичесие методы, использемые в теории автомати-

зированно о правления;

— методоло ию и принципы построения автоматизирован-

ных систем (АС);

— методы и модели анализа и синтеза стртры АС;

— виды автоматизированно о правления;

— методы принятия решений при автоматизированном п-

равлении;

— лассифиацию и состав АСУ и обеспечивающих подсистем.

УМЕТЬ ИСПОЛЬЗОВАТЬ:

— принципы построения АС при решении пратичесих

вопросов исследования АС;

— математичесие методы при анализе и синтезе стртры АС;

— формальные методы при принятии решений в АСУ.

ИМЕТЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О:

— причинах появления теории автоматизированно о прав-

ления;

— этапах и последовательности разработи АС;

— сществющих и перспетивных методах системно о ана-

лиза;

— перспетивах развития теории автоматизированно о п-

равления.

Раздел 1

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ТЕОРИИ

АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ

Глава 1

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ

В этой лаве изложены основные понятия теории автомати-

зированно о правления, подробно расрыто одно из основных

понятий – правление, поазано, что любой процесс правления

представляет собой информационный процесс, а система прав-

ления — это ор аничесая совопность объета правления и

правляюще о ор ана. При этом выделена роль понятия цели п-

равления, без формлирови оторой правление системой теря-

ет всяий смысл. Детально описано определение «информация».

Хотя авторы понимают, что это понятие расрывается стдентам

в дисциплинах «Информатиа», «Теория информации», однао

ввид особой важности информации в процессах правления, и

особенно при принятии решения, в этой лаве стдентам еще раз

напоминается роль понятия «информация» в дисциплинах и-

бернетичесо о направления. Дается ратое объяснение поня-

тиям «система» и «большая система». В этой лаве обращается

особое внимание на отличие автоматизированно о правления от

автоматичесо о.

1.1. Понятия «правление» и «система правления»

Центральным понятием ибернетии и ее раздела – теории

автоматизированно о правления – является понятие «прав-

ление».

Управление а процесс. Управление — в широом, иберне-

тичесом смысле — это обобщение приемов и методов, наоп-

ленных разными наами об правлении иссственными объ-

етами и живыми ор анизмами. Язы правления — это ис-

пользование понятий «объет», «среда», «обратная связь»,

«ал оритм» и т. д.

Под правлением бдем пони-

мать процесс ор анизации тао о це-

ленаправленно о воздействия на не-

оторю часть среды, называемю

объетом правления, в резльтате

оторо о довлетворяются потреб-

ности сбъета, взаимодействюще о

с этим объетом. Анализ правления

позволяет выделить триад — сред,

объет и сбъет, — внтри оторой

разы рывается процесс правления (рис. 1.1). В данном слчае

сбъет ощщает на себе воздействие среды X и объета Y. Если

состояние среды X он изменить не может, то состоянием объета

Y он может правлять с помощью специально ор анизованно о

воздействия U. Это и есть правление.

Состояние объета Y влияет на состояние потребностей сбъ-

ета. Потребности сбъета A = (α

,…, α

), де α

— состояние i-й

потребности сбъета, оторая выражается неотрицательным

числом, харатеризющим насщность, атальность этой пот-

ребности. Свое поведение сбъет строит та, чтобы минимизи-

ровать насщность своих потребностей, т. е. решает задач мно-

оритериальной оптимизации:

(X, U) → (i = 1, k), (1.1)

де R — ресрсы сбъета. Эта зависимость выражает неизвест-

ню, но сществющю связь потребностей с состоянием среды

X и поведением U сбъета.

Псть — решение задачи (1.1), т. е. оптимальное поведение

сбъета, минимизирющее е о потребности A. Способ решения

задачи (1.1), позволяющий определить , называется ал орит-

мом правления

= ϕ(A

, X ), (1.2)

де ϕ — ал оритм, позволяющий синтезировать правление по

состоянию среды X и потребностей А

. Потребности сбъета из-

меняются не тольо под влиянием среды или объета, но и само-

стоятельно, отражая жизнедеятельность сбъета во времени, что

отмечается индесом t.

Ал оритм правления ϕ, оторым распола ает сбъет, и оп-

ределяет эффетивность е о фнционирования в данной среде.

Ал оритм имеет реррентный харатер:

Ñðåäà

Îáúåêò

Ñóáúåêò

Рис. 1.1. Кибернетичесий

подход  процесс правления

min

r ° R

N+1

= ϕ(U

, A

, X ),

т. е. позволяет на аждом ша е лчшать правление. Например,

в смысле

At (X, U

N+1

) < A

(X, U

N+1

т. е. меньшения ровня своих потребностей.

Процесс правления а ор анизация целенаправленно о

воздействия на объет может реализовываться а на интитив-

ном, та и на осознанном ровне. Первый использют животные,

второй — челове. Осознанное довлетворение потребностей за-

ставляет деомпозировать ал оритм правления и вводить проме-

жточню стадию — формлиров цели правления, т. е. дейс-

твовать по двхэтапной схеме:

На первом этапе определяется цель правления Z

, причем

задача решается на интитивном ровне:

= ϕ

(X, A

де ϕ

— ал оритм синтеза цели Z

по потребностям A

и состоя-

нию среды X. На втором этапе определяется правление , реа-

лизация оторо о обеспечивает достижение цели Z

, сформли-

рованной на первой стадии, что и приводит  довлетворению

потребностей сбъета. Именно на этой стадии может быть ис-

пользована вся мощь формально о аппарата, с помощью оторо-

о по цели Z

синтезирется правление

= ϕ

, X ),

де ϕ

— ал оритм правления. Этот ал оритм и есть предмет из-

чения ибернетии а наи.

Таим образом, разделение процесса правления на два этапа

отражает известные стороны наи — неформальный, интитив-

ный, эспертный и формальный, ал оритмиземый. Если первый

этап поа полностью принадлежит челове, то второй является

объетом приложения формальных подходов. Естественно, что

эти различные фнции выполняются разными стртрными

элементами. Первю фнцию ϕ

выполняет сбъет, а вторю

— правляющее стройство (УУ). На рис. 1.2 поазано взаимо-

действие этих элементов. Штриховой линией выделена система

→ Z

→ U

Под правлением бдем пони-

мать процесс ор анизации тао о це-

ленаправленно о воздействия на не-

оторю часть среды, называемю

объетом правления, в резльтате

оторо о довлетворяются потреб-

ности сбъета, взаимодействюще о

с этим объетом. Анализ правления

позволяет выделить триад — сред,

объет и сбъет, — внтри оторой

разы рывается процесс правления (рис. 1.1). В данном слчае

сбъет ощщает на себе воздействие среды X и объета Y. Если

состояние среды X он изменить не может, то состоянием объета

Y он может правлять с помощью специально ор анизованно о

воздействия U. Это и есть правление.

Состояние объета Y влияет на состояние потребностей сбъ-

ета. Потребности сбъета A = (α

,…, α

), де α

— состояние i-й

потребности сбъета, оторая выражается неотрицательным

числом, харатеризющим насщность, атальность этой пот-

ребности. Свое поведение сбъет строит та, чтобы минимизи-

ровать насщность своих потребностей, т. е. решает задач мно-

оритериальной оптимизации:

(X, U) → (i = 1, k), (1.1)

де R — ресрсы сбъета. Эта зависимость выражает неизвест-

ню, но сществющю связь потребностей с состоянием среды

X и поведением U сбъета.

Псть — решение задачи (1.1), т. е. оптимальное поведение

сбъета, минимизирющее е о потребности A. Способ решения

задачи (1.1), позволяющий определить , называется ал орит-

мом правления

= ϕ(A

, X ), (1.2)

де ϕ — ал оритм, позволяющий синтезировать правление по

состоянию среды X и потребностей А

. Потребности сбъета из-

меняются не тольо под влиянием среды или объета, но и само-

стоятельно, отражая жизнедеятельность сбъета во времени, что

отмечается индесом t.

Ал оритм правления ϕ, оторым распола ает сбъет, и оп-

ределяет эффетивность е о фнционирования в данной среде.

Ал оритм имеет реррентный харатер:

Ñðåäà

Îáúåêò

Ñóáúåêò

Рис. 1.1. Кибернетичесий

подход  процесс правления

min

r ° R

N+1

= ϕ(U

, A

, X ),

т. е. позволяет на аждом ша е лчшать правление. Например,

в смысле

At (X, U

N+1

) < A

(X, U

N+1

т. е. меньшения ровня своих потребностей.

Процесс правления а ор анизация целенаправленно о

воздействия на объет может реализовываться а на интитив-

ном, та и на осознанном ровне. Первый использют животные,

второй — челове. Осознанное довлетворение потребностей за-

ставляет деомпозировать ал оритм правления и вводить проме-

жточню стадию — формлиров цели правления, т. е. дейс-

твовать по двхэтапной схеме:

На первом этапе определяется цель правления Z

, причем

задача решается на интитивном ровне:

= ϕ

(X, A

де ϕ

— ал оритм синтеза цели Z

по потребностям A

и состоя-

нию среды X. На втором этапе определяется правление , реа-

лизация оторо о обеспечивает достижение цели Z

, сформли-

рованной на первой стадии, что и приводит  довлетворению

потребностей сбъета. Именно на этой стадии может быть ис-

пользована вся мощь формально о аппарата, с помощью оторо-

о по цели Z

синтезирется правление

= ϕ

, X ),

де ϕ

— ал оритм правления. Этот ал оритм и есть предмет из-

чения ибернетии а наи.

Таим образом, разделение процесса правления на два этапа

отражает известные стороны наи — неформальный, интитив-

ный, эспертный и формальный, ал оритмиземый. Если первый

этап поа полностью принадлежит челове, то второй является

объетом приложения формальных подходов. Естественно, что

эти различные фнции выполняются разными стртрными

элементами. Первю фнцию ϕ

выполняет сбъет, а вторю

— правляющее стройство (УУ). На рис. 1.2 поазано взаимо-

действие этих элементов. Штриховой линией выделена система

→ Z

→ U

правления (СУ), выполняющая фнцию реализации целей п-

равления Z

, формиремых сбъетом.

Системы правления и сложный объет правления. Стртр-

ная схема СУ приведена на рис. 1.3. Здесь D

и D



— датчии, из-

меряющие состояние среды и объета соответственно. Резльта-

ты измерений X ′ = D

(X ) и Y ′ = D

(Y ) образют исходню инфор-

мацию J = {X ′, Y ′} для УУ, оторое на этой основе вырабатывает

оманд правления U, являющюся лишь информацией о том, в

аое положение должны быть приведены правляемые входы

объета. Следовательно, правление U есть резльтат работы ал-

оритма

U = ϕ

(J, Z

Ка видно, правление в широом смысле образется четверой

, J, U, ϕ

В ачестве примера рассмотрим основные понятия правле-

ния в техничесих и ор анизационных системах.

Управление — целенаправленная ор анизация то о или ино о

процесса, протеающе о в системе. В общем слчае процесс п-

равления состоит из следющих четырех этапов:

— полчение информации о задачах правления (Z

);

— полчение информации о резльтатах правления (т. е. о

поведении объета правления Y ′);

Ñðåäà

Îáúåêò

(

)

CÓ

Ñóáúåêò

(

)

УУ

U ′

∗

Ñðåäà Îáúåêò

ÈÌ

X ′ Y ′

Рис. 1.2. Взаимодействие

элементов системы правления

Рис. 1.3. Стртрная

схема системы правления

— анализ полченной информации и выработа решения

(J= {X′,Y′ });

— исполнение решения (т. е. осществление правляющих воз-

действий U ′).

Процесс правления — это информационный процесс (рис. 1.4),

залючающийся в сборе информации о ходе процесса, передаче

ее в пнты наопления и переработи, анализе постпающей,

наопленной и справочной информации, принятии решения на

основе выполненно о анализа, выработе соответствюще о п-

равляюще о воздействия и доведении е о до объета правления.

Каждая фаза процесса правления протеает во взаимодействии

с оржающей средой при воздействии различно о рода помех.

Цели, принципы и раницы правления зависят от сщности ре-

шаемой задачи.

Система правления — совопность взаимодействющих

межд собой объета правления и ор ана правления, деятель-

ность оторых направлена на достижение заданной цели прав-

ления (рис. 1.5).

Задачи, решаемые системой правления. В СУ решаются четы-

ре основные задачи правления: стабилизация, выполнение про-

раммы, слежение, оптимизация.

Задачами стабилизации системы являются задачи поддержа-

ния ее выходных величин вблизи неоторых неизменных задан-

ных значений, несмотря на действие помех. Например, стабили-

зация напряжения U и частоты f тоа в сети вне зависимости от

изменения потребления энер ии.

Задача выполнения прораммы возниает в слчаях, о да за-

данные значения правляемых величин изменяются во времени

заранее известным образом. Например, полет раеты, выполне-

ние работ по заранее намеченном рафи.

Èíôîðìàöèîííàÿ ñâÿçü ñ ÀÑÓ áîëåå âûñîêîãî óðîâíÿ

Îðãàí óïðàâëåíèÿ

Óïðàâëÿþùåå

âîçäåéñòâèå

Èíôîðìàöèÿ

îá îáúåêòå

Âõîäíîé

ìàòåðèàëüíûé

ïîòîê

Âûõîäíîé

ìàòåðèàëüíûé

ïîòîê

Îáúåêò óïðàâëåíèÿ

Рис. 1.4. Процесс правления а информационный процесс

правления (СУ), выполняющая фнцию реализации целей п-

равления Z

, формиремых сбъетом.

Системы правления и сложный объет правления. Стртр-

ная схема СУ приведена на рис. 1.3. Здесь D

и D



— датчии, из-

меряющие состояние среды и объета соответственно. Резльта-

ты измерений X ′ = D

(X ) и Y ′ = D

(Y ) образют исходню инфор-

мацию J = {X ′, Y ′} для УУ, оторое на этой основе вырабатывает

оманд правления U, являющюся лишь информацией о том, в

аое положение должны быть приведены правляемые входы

объета. Следовательно, правление U есть резльтат работы ал-

оритма

U = ϕ

(J, Z

Ка видно, правление в широом смысле образется четверой

, J, U, ϕ

В ачестве примера рассмотрим основные понятия правле-

ния в техничесих и ор анизационных системах.

Управление — целенаправленная ор анизация то о или ино о

процесса, протеающе о в системе. В общем слчае процесс п-

равления состоит из следющих четырех этапов:

— полчение информации о задачах правления (Z

);

— полчение информации о резльтатах правления (т. е. о

поведении объета правления Y ′);

Ñðåäà

Îáúåêò

(

)

CÓ

Ñóáúåêò

(

)

УУ

U ′

∗

Ñðåäà Îáúåêò

ÈÌ

X ′ Y ′

Рис. 1.2. Взаимодействие

элементов системы правления

Рис. 1.3. Стртрная

схема системы правления

— анализ полченной информации и выработа решения

(J= {X′,Y′ });

— исполнение решения (т. е. осществление правляющих воз-

действий U ′).

Процесс правления — это информационный процесс (рис. 1.4),

залючающийся в сборе информации о ходе процесса, передаче

ее в пнты наопления и переработи, анализе постпающей,

наопленной и справочной информации, принятии решения на

основе выполненно о анализа, выработе соответствюще о п-

равляюще о воздействия и доведении е о до объета правления.

Каждая фаза процесса правления протеает во взаимодействии

с оржающей средой при воздействии различно о рода помех.

Цели, принципы и раницы правления зависят от сщности ре-

шаемой задачи.

Система правления — совопность взаимодействющих

межд собой объета правления и ор ана правления, деятель-

ность оторых направлена на достижение заданной цели прав-

ления (рис. 1.5).

Задачи, решаемые системой правления. В СУ решаются четы-

ре основные задачи правления: стабилизация, выполнение про-

раммы, слежение, оптимизация.

Задачами стабилизации системы являются задачи поддержа-

ния ее выходных величин вблизи неоторых неизменных задан-

ных значений, несмотря на действие помех. Например, стабили-

зация напряжения U и частоты f тоа в сети вне зависимости от

изменения потребления энер ии.

Задача выполнения прораммы возниает в слчаях, о да за-

данные значения правляемых величин изменяются во времени

заранее известным образом. Например, полет раеты, выполне-

ние работ по заранее намеченном рафи.

Èíôîðìàöèîííàÿ ñâÿçü ñ ÀÑÓ áîëåå âûñîêîãî óðîâíÿ

Îðãàí óïðàâëåíèÿ

Óïðàâëÿþùåå

âîçäåéñòâèå

Èíôîðìàöèÿ

îá îáúåêòå

Âõîäíîé

ìàòåðèàëüíûé

ïîòîê

Âûõîäíîé

ìàòåðèàëüíûé

ïîòîê

Îáúåêò óïðàâëåíèÿ

Рис. 1.4. Процесс правления а информационный процесс

В тех слчаях, о да изменение заданных значений правляе-

мых величин заранее неизвестно и о да эти величины должны

изменяться в зависимости от значений др их величин, возниа-

ет задача слежения, т. е. а можно более точно о соблюдения со-

ответствия межд тещим состоянием данной системы и состо-

янием др ой системы. Например, правление производством в

словиях изменения спроса, слежение за целью (например, само-

летом, ораблем, осмичесим объетом).

В системах оптимально о правления требется наилчшим

образом выполнить поставленню перед системой задач при за-

данных реальных словиях и о раничениях. Понятие оптималь-

ности должно быть онретизировано для аждо о отдельно о

слчая.

Прежде чем принимать решение о создании СУ, необходимо

рассмотреть все е о этапы, независимо от то о, с помощью аих

техничесих средств они бдт реализованы. Таой ал оритми-

чесий анализ правления является основой для принятия реше-

ния о создании СУ и степени ее автоматизации. При этом анали-

зе следет обязательно читывать фатор сложности объета п-

равления:

— отстствие математичесо о описания системы;

— стохастичность поведения;

— не ативность  правлению;

Ïðèíÿòèå ðåøåíèÿ

Öåëü óïðàâëåíèÿ

Èíôîðìàöèîííîå

îòîáðàæåíèå

ñèòóàöèè

Ðåàëèçàöèÿ

Òåõíè÷åñêèå

ñðåäñòâà ñðåäñòâà

Îáúåêò óïðàâëåíèÿ Êàíàëû ñâÿçèÊàíàë ñâÿçè

Ïîìåõè

Òåõíè÷åñêèå

ñðåäñòâà

Òåõíè÷åñêèå

ñðåäñòâà

Òåõíè÷åñêèå

Îêðóæàþùàÿ ñðåäàÎêðóæàþùàÿ ñðåäà

Рис. 1.5. Система правления а совопность объетов

— нестационарность, дрейф харатеристи;

— невоспроизводимость эспериментов (развивающаяся

система все время а бы перестает быть сама собой, что

предъявляет специальные требования  синтез и орре-

ции модели объета правления).

Особенности сложной системы часто приводят  том, что

цель правления таим объетом в полной мере нио да не до-

сти ается, а бы совершенно ни было правление.

Автоматичесое и автоматизированное правление. Системы

правления делятся на два больших ласса: системы автомати-

чесо о правления (САУ) и автоматизированные системы п-

равления (АСУ). В САУ правление объетом или системой ос-

ществляется без непосредственно о частия человеа автома-

тичесими стройствами. Это замнтые системы. Основные

фнции САУ: автоматичесий онтроль и измерения, автомати-

чесая си нализация, автоматичесая защита, автоматичесие

пс и останова различных дви ателей и приводов, автоматичес-

ое поддержание заданных режимов работы обордования, авто-

матичесое ре лирование. В отличие от САУ в АСУ в сфер п-

равления влючен челове, на оторо о возла аются фнции

принятия наиболее важных решений и ответственности за при-

нятые решения. Под АСУ обычно понимают человео-машин-

ные системы, использющие современные эономио-математи-

чесие методы, средства элетронно-вычислительной технии

(ЭВТ) и связи, а таже новые ор анизационные принципы для

отысания и реализации на пратие наиболее эффетивно о п-

равления объетом (системой).

В соответствии с общепринятым представлением под автома-

тизированной системой понимается «человео-машинная систе-

ма, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработ ин-

формации, необходимой для оптимизации правления в любых

сферах человечесой деятельности». В определении особо след-

ет выделить понятие «человео-машинная система». В автомати-

чесих системах фнции человеа сводятся  разработе, отлад-

е и онтролю работы системы. Само же правление осщест-

вляется без частия человеа. В автоматизированных системах

наличие человеа (оллетива людей) в онтре правления яв-

ляется принципиальным. Челове (оллетив людей) является

лавным определяющим звеном системы правления, посоль

он принимает решения и несет за них всю ответственность —

в этом принципиальная разница межд автоматичесими и авто-

матизированными системами.