В любом процессе управления существует объект, которым управляют (станок, предприятие, область), и орган, который осуществляет управление (техническое средство, человек). В процессе управления этот орган получает некоторую информацию о состоянии внешней среды, где находится объект и с которым он связан. Вся эта информация воспринимается управляющим органом, который вырабатывает на ее основе руководящую информацию (принимает решения). На основе принятого решения некоторый исполнительный орган (аппарат управления, руки работающего и др.) совершают управляющее влияние на объект, которым руководят. Вот эти три состава (вместе с информационными связями) образуют систему управления.
Субъект управления
Часто управляющий и исполнительный органы объекта управления объединяют в одно понятие — субъект управления. В таком случае систему управления можно представить как совокупность двух подсистем: управляемой и управляющей. Самым сложным на изображенной схеме есть управляющий орган, поскольку он может своевременно перерабатывать большие объемы информации, которая поступает в него.
Цель управления
Управления всегда осуществляется с определенной целью, которая всегда конкретная для заданного объекта управления и связанная с состоянием объекта и среды, в котором он находится. Очень важно определить цель управления, которая для каждого управляемого объекта может быть одна и одна и та же. Степень достижения поставленной цели управления определяется по помощи целевой функции управления. Анализ структурной схемы ИАСУ показывает, что для реализации оптимального управления не достаточно иметь целевую функцию управления и заданные для нее ограничения. Нужна также информация о состоянии объекта управления и внешней среды и о великом множестве возможных состояний элементов системы управления. Без информации не существует управления. Больше того, управления именно и являются беспрерывным процессом переработки информации: на основании одной информации вырабатывается другая, которое, в свою очередь, становится материалом для получения новой, и т.д.
Управляющие действия, которые поступают из управляющей части в управляемую, могут быть разные по характеру: энергетические, материальные, информационные — в зависимости от природы управляемого объекта. Среди всех систем в особенности выделяются системы, управляемым объект которых являются люди или коллективы людей. Такие системы называются системами организационного управления, или организационными. Поскольку управляющие действия в них направленные на организацию (согласования) поведения коллективов людей и есть информационными. Для этих систем исполняется кибернетическое определение управления как процесса целенаправленной переработки информации.
Исследуя сложные системы, в частности организационные, важно установить общие связи между отдельными элементами, то есть представить общую «картину», а не распылять внимание на детали.
Принцип разомкнутого управления
Сущность принципа состоит в том, что алгоритм управления строится только на основе заданного алгоритма функционирования и не контролируется по фактическому значению управляемой величины. Схема управления имеет вид разомкнутой цепи.
Близость х к х 0 обеспечивается жесткостью характеристик схемы. При наличии значительных возмущающих воздействий f величина х может заметно отклониться от заданной, при этом управление станет непригодным и следует использовать другие принципы управления.
Такая схема получила распространение, в основном, в вычислительной технике.
Принцип управления по отклонению
Принцип управления по отклонению (принцип обратной связи). Этот принцип является одним из наиболее ранних и широко распространенных принципов управления. В соответствии с этим принципом система управления наблюдает за объектом, на который воздействуют возмущающие факторы. В результате, в поведении объекта возникают отклонения. Система управления отслеживает наблюдаемые параметры (переменные) и на основе наблюдений создает алгоритм управления. Особенность этого принципа заключается в том, что система управления начинает действовать на объект только после того, как факт отклонения уже свершился. Это и есть "обратная связь". Схема управления изображена на рисунке.
При такой схеме полная компенсация влияния возмущающих воздействий невозможна. Тем не менее, схема управления с обратной связью получила наибольшее распространение на практике. Это объясняется простотой ее реализации.
Обратная связь — одно из основных понятий теории управления. Вообще обратной связью называется любая передача влияния из выхода той или другой системы на его вход. В системах управления обратная связь можно определить как информационную связь, с помощью которой в управляющую часть поступает информация о следствиях управления объектом, то есть информация о новом состоянии объекта, который возник под влиянием управляющих действий.
Благодаря наличия обратной связи сложные системы в принципе могут выходить за пределы действий, которые предусмотренные и определенные их разработчиками. Ведь обратная связь создает в системе новое качество: способность накоплять опыт, определять свое будущее обращение в зависимости от обращения в минувшему, то есть самообучаться.
Обратную связь можно обнаружить во многих процессах в природе. Примером могут служить вестибулярный аппарат, обнаруживающий отклонение тела от вертикали и обеспечивающий поддержание равновесия, системы регуляции температуры тела, ритма дыхания и т.д. В организациях обратная связь при управлении устанавливается посредством осуществления контроля исполнения. Принцип обратной связи является весьма универсальным фундаментальным принципом управления, действующим в технике, природе и обществе.
Принцип управления по возмущению
Принцип управления по возмущению - принцип компенсации. Отклонение регулируемой величины зависит не только от возмущающего воздействия, но и от управления. Принцип управления по возмущению основывается на том, что система управления наблюдает за возмущающими факторами и, учитывая их, строит алгоритм управления так, чтобы действие этих факторов на систему компенсировалось. Функциональная схема управления по возмущению показана на рисунке.
Данная схема применяется в случае, когда влияние возмущающих воздействий существенно, и в случае отсутствия их учета система может сильно отклоняться от желаемого состояния.
При такой схеме теоретически возможна полная компенсация влияния возмущений, но только по тем воздействиям, по которым ведется учет. Однако в реальной системе невозможно вести учет всех возмущений, поэтому невозможна и полная компенсация их влияния.
Системы управления по возмущению в сравнении с системами, действующими по отклонению, отличаются обычно большими устойчивостью и быстродействием. К их недостаткам относятся трудность измерения нагрузки в большинстве схем, неполный учет возмущений (компенсируются только те возмущения, которые измеряются). Во многих случаях весьма эффективно применение комбинированного управления по возмущению и отклонению, широко используемое, например, для регулирования напряжения мощных синхронных генераторов на крупных электростанциях (компаундирование с коррекцией). Комбинированное управление объединяет достоинства двух принципов, но, естественно, схема управления усложняется, а затраты увеличиваются.
Принцип оптимального управления
В соответствии с этим принципом управление должно быть наилучшим. Можно выделить два типа задач оптимального управления:
- оптимизация конечного состояния объекта управления. Исследуется и оптимизируется конечное состояние объекта, каким "путем" объект пришел в это состояние не учитывается. Задачи этого типа получили распространение в системах организационного и социально – экономического управления. Например, задача планирования выпуска продукции. Решаются такие задачи с использованием методов математического программирования (метода исследования операций).
- оптимизация динамики (переходного процесса) состояния объекта управления. Рассматривается траектория переходного процесса, а конечный результат не представляет интереса. Эти задачи наиболее применимы в технике и при управлении технологическими процессами. Решаются они на основе вариационного исчисления, таких методов, как принцип максимума Понтрягина, Беллмана и др.
|
