Лекция 3. Свойства управляемых систем

В нашем курсе мы будем в основном рассматривать вопросы управления в технических, человеко-машинных и организационных системах. Анализ большого количества управляемых систем и процессов позволяет выявить у них ряд общих свойств. В некоторых учебниках по теории управления эти свойства называют аксиомами управления.

Свойство 1. Наличие цели управления.

Управление есть навязывание системе занять желаемое состояние, управление процессом есть придание ему желаемых свойств. Следовательно, управление предполагает целенаправленное воздействие. Без цели нет и управления!

Под формулировкой цели управления будем мыслить решение задачи целеполагания или целеуказания, если предполагаемых целей может быть много. В ряде случаях это сделать просто, в других – достаточно сложно.

Свойство 2. Наличие возможности описать состояние системы, в нашем случае – объекта управления (ОУ).

Под состоянием ОУ будем понимать конечную совокупность параметров, однозначно его определяющих. Если этих параметров n -штук, то можно говорить о множестве состояний объекта управления как подмножестве арифметического пространства Rⁿ. В этом случае состояние ОУ изображается точкой Rⁿ –точкой фазового пространства - пространства состояний системы. Чем меньше размерность фазового пространства, тем, как правило, легче организовать управление системой.

Примером трудностей, возникающих при сложностях описания состояния ОУ, являются квантово-механические системы, где работает принцип неопределенности Гейзенберга: либо мы знаем положение частицы, но не знаем ее импульса, либо наоборот!

Свойство 3. Наличие у ОУ возможности изменять свое состояние.

Если у объекта или процесса такой возможности нет, то говорить об управлении бессмысленно.

Свойство 4. Наличие некоторой совокупности воздействий на ОУ, реализация которых приводит к изменению состояния системы.

Если мы хотим управлять кем-то или чем-то, то необходимо эту совокупность выявить. Эту совокупность далее будем называть множеством управляющих воздействий. Выявление такой совокупности есть один из этапов решения задачи анализа управляемой системы. Если мы проектируем управляемую систему, т.е. решаем задачу синтеза управляемой системы, то мы должны эту совокупность действий предусмотреть или сконструировать.

Свойство 5. Наличие наблюдаемости, то есть регистрации (измерения) состояния ОУ (в той или иной мере: частичная, периодическая).

Здесь предполагается возможность получения информации о текущем состоянии ОУ. Эта информация может носить качественный или количественный характер.

По аналогии с физическим демоном Максвелла, можно говорить и о демоне управления – задвижке, которая реализует пропуск более «быстрых» молекул в одну из камер.

Если бы это удалось, то мы бы получили дешевый и достаточно продолжительный источник энергии. Действительно, демон управления сортировал бы молекулы по их скорости, создавая перепад давления между камерами. Это позволило бы крутить генератор! На самом деле здесь возникают проблемы, связанные с наблюдаемостью. Эта система квантово-механическая.

Свойство 6. Наличие возможности (или алгоритма) выбора управляющего воздействия.

Если есть множество управляющих воздействий, но нет способа их выбора, то, естественно, нет и управления.

Свойство 7. Наличие в управляемой системе ресурсов управления, обеспечивающих реализацию управленческих воздействий.

Под ресурсами управления в той или иной ситуации понимается, например: мускульная сила, нервы, выдержка, достижения цели, административный ресурс и т.д.

Свойство 8. Наличие возможности оценки степени достижения цели управления.

Для оценки степени достижения цели могут быть введены критерии эффективности управления, которые являются условиями на параметры – показатели управления. Критерий – это греческое слово, означающее мерило (измерение) чего-либо.

Может рассматриваться обобщенный критерий управления (качество управления) – степень достижения цели управляемой системы. Могут рассматриваться частные критерии, описывающие эффективность использования ресурсов, если мы достигли одного и того же состояния ОУ. Например:

Может рассматриваться критерий по времени достижения желаемого состояния, с этим критерием связывают такое понятие как «быстродействие системы управления», критерий по устойчивости управляющего воздействия – небольшая вариация управляющего воздействия должна приводить к незначительному изменению конечного состояния ОУ после реализации управляющего воздействия.

Если говорить об управлении в экономике или военном деле, то можно говорить о критерии оперативности – требовании того, как быстро можно реализовать управляющее воздействие.

Если только в военном деле, то большую роль играет, например, критерий скрытности управления – как незаметно для противника можно накопить (перебросить) ресурсы для достижения цели. Еще один критерий управления относится не только к системам военного назначения – критерий живучести – способность сохранить свойства управляемой системы и системы управления – например, после нанесения боевого удара со стороны неприятеля. Робастность системы – способность её функционирования в условиях частичного выхода из строя её элементов. Как правило, это достигается дублированием элементов, подсистем и каналов связи. Критерий надежности – как долго элементы системы не выходят из строя.

Современная действительность требует пересмотра основ управления, а, следовательно, и свойств управляемых систем. Например, в связи с террористической деятельностью рассматривается возможность создания системы управления полетами самолетов из космоса. Эта система будет в экстренных случаях отбирать возможность управления у пилота и управлять полетом вплоть до принудительного приземления самолета. Почему это требует пересмотра базовых принципов управления? Дело в том, что исторически управление самолетом идет от управления морским судном – все управление замыкается на капитана. Это известный принцип управления в организационных системах – единоначалие. Есть такая точка зрения среди управленцев, что ни один из современных капитанов от этого принципа не откажется. А следовательно на борту самолета экипажа быть не должно!

Дата добавления: 2015-01-03