Структура интеллектуальных систем управления

Иерархическая структура ИСУ, состоит из трех обобщенных уровней (организационного, координационного и исполнительного), упорядоченных в соответствии с неким базовым принципом, считающимся в теории интеллектуальных машин фундаментальным [Захаров, 97…4]. Принцип имеет аббревиатуру IPDI (Increasing Precision with Decreasing Intelligence). Принцип сформулирован Саридисом [Saridis, 1989…8] и означает, что по мере продвижения к высшим уровням иерархической структуры повышается интеллектуальность системы, но снижается ее точность и наоборот. Каждому из уровней (которые, в свою очередь, могут быть многоуровневыми) соответствует специальная подсистема, реализующая перечисленные ниже функции, характерные для этого уровня.

Так, например, на верхнем уровне структуры имеется основанная на знаниях организационная подсистема с функциями рассуждения, планирования и принятия решений по организации процесса решения задачи. Промежуточному уровню соответствует основанная на знаниях координационная подсистема, осуществляющая согласование по взаимодействию между верхним и нижним уровнями интеллектуализации, с функциями, направленными на планирование работы нижнего уровня. Самому нижнему уровню, исполнительному — система управления аппаратными средствами, решающими сведенную к конкретным алгоритмам поставленную задачу с высокими требованиями к точности и функциями, которые базируются на методах теории автоматического управления. Задачи, решаемые на уровне исполнения, включают в себя выбор подходящего регулятора, удовлетворяющего определенным условиям достижения поставленной цели.

Архитектура МО с ИСУ может быть представлена в виде структуры, показанной на рисунке 2.15 [Тугенгольд, 1993…9]. ИСУ состоит из организационной, координационной и исполнительной подсистем. УО содержит механическую подсистему, передающую движение от приводных двигателей к исполнительным органам, а выполняемый технологический процесс и технологический объект (преобразуемый в готовый продукт) можно представить в виде отдельных подсистем.

Из организационной подсистемы, включающей активную ЭС принятия стратегических решений, выбранный наилучший из возможных план действий переносится в координационную подсистему со своей ЭС. Здесь формируется алгоритм детального выполнения этого плана и синтезируются управляющие воздействия на исполнительную подсистему выбора действий и соответствующего координатно-параметрического управления.

Механизмы обратной связи между подсистемами, включающими технологический процесс и объект, позволяют динамически корректировать и накапливать информацию на верхних уровнях.

	Рис. 2.15.

Рис. 2.15. Структура мехатронного объекта с ИСУ

Во многих МО технологического назначения, транспорта, медицинской, бытовой техники и пр. целью выполняемого процесса является обеспечение качества результата по совокупности предъявляемых требований. Этим «определяются» суждения о требованиях к качеству управления рабочими органами, т.е. эти требования опосредованные.

Обобщенная структурно-функциональная схема ИСУ МО представлена на рис. 2.16. Она базируется на принятии решений при выполнении функций с учетом складывающейся конкретной ситуации. Система реализует следующую последовательность действий: оценка ситуации по поведению объекта управления, осуществляемого процесса и результата процесса (возможно по стадиям); коррекция критериальных баз и терминальных условий; моделирование и перепланирование программы движений; коррекция способа

регулирования движений рабочих органов. Эта последовательность осуществляется системой управления с многоуровневой иерархической структурой, которая имеет характерный для МС c интеллектуальным управлением состав уровней: тактический – I, координационный – II и организационный – III.

Рис. 2.16. Структурно-функциональная схема

интеллектуальной системы управления

Уровень I имеет традиционную схему управления движениями исполнительных органов объекта для реализации технологического процесса и получения результата. Изменения касаются лишь регулятора - возможности его перенастройки по решениям, принятым на более высоких уровнях.

Уровень II включает блоки мониторинга, координатора и формирователя с соответствующими связями. В задачи блока мониторинга входит комплектование информации векторных пространств параметров, необходимых для принятия решений. Этот блок идентифицирует измеряемые параметры состояния внешней среды, объекта управления, технологического процесса и его результата, и дает возможность диагностировать эти состояния и оценить их. Оценка, выполняемая ЭС блока, создает представление о качественных изменениях состояний, на основании чего ЭС координатора принимаются решения о необходимости нового программирования движений исполнительных органов объекта и формирования эталонных моделей движений. На этом уровне выполняется ситуативная оценка качественного состояния системы, необходимая для координационного управления. Координационный блок осуществляет процесс моделирования ситуаций на основе моделей, описывающих функционирование объекта управления и процесса с учетом результатов мониторинга, планирует программу движений исполнительных органов и их эталонные модели, адекватные сложившейся ситуации, проводит прогнозную оценку результатов. На основе принятых решений формируются управляющие воздействия для тактического уровня. В соответствии с выбранными эталонными моделями осуществляется коррекция регуляторов.

В ЭС организационного блока (уровень III) заранее вводятся цели управления, здесь производится выбор стратегии действий МО: переформирование этапов действий (по сравнению, например, с исходной

программой) для достижения основной цели, назначения текущих целей (например, цели прохода при точении детали), в соответствии формируемыми критериальными базами и терминальными условиями. Новая стратегия действий строится на основе функций самоорганизации и получаемого экспертного обобщения ситуаций от соответствующего блока, в котором синтезируется макромодель складывающихся ситуаций в технологическом процессе. Возможность достижения этапных целей и конечного результата обосновывается процедурами прогнозных оценок.

Кроме того, на уровень III вводятся способы проверки достижения поставленных целей и методы обучения с постепенным накоплением знаний о характере протекающих процессов (в том числе, и в самом объекте) и необходимых моделях управления для их реализации. Блок обобщения действует на базе аппарата обобщения получаемой информации (от блока мониторинга) в понятия по категориям:

· обладание некоторым определенным качеством, т.е. по признакам;

· кванторизация оценок, связанных с функциями принадлежности, динамика смещения оценок,

· формирование взвешенных отношений.

Следует обратить внимание на традиционную характеристику функций, выполняемых на уровнях II и III. Это неразрешимость проблемы формализации этих функций обычным аналитическим путем, необходимость использования не количественных, а качественных оценок и понятий на базе процедур обработки, накопления и использования знаний и метазнаний. Здесь используются динамические ЭС, работающие в реальном масштабе времени и способные с течением времени совершенствовать поведение МО, благодаря заложенным в них алгоритмам обучения.

На тактическом уровне I вектор состояния исполнительных органов при осуществлении процесса становится зависимым не только от вектора управляющих воздействий, но и от динамически изменяющихся нестабильных свойств элементов, участвующих в процессе, а также от специфических динамических явлений, сопровождающих процесс.

Дата добавления: 2014-01-11