Понятие об управлении

Целенаправленные системы и управление.

Управление системой. Переходные процессы. Принцип обратной связи. Устойчивость систем

Далее мы обсудим понятия, связанные с постановкой перед системой некоторой сформулированной цели. Системы при этом называют целенаправленными. Такими почти всегда будут искусственные системы.

Понятие цели системы определим как задачу получения желаемого выходного воздействия или достижения желаемого состояния системы.

Подчеркнем, что двоякая трактовка цели — через выходное воздействие или через состояние системы — удобна в приложениях. В теории можно считать целью только выходные воздействия, а желаемое состояние включать в список этих воздействий. В конкретных же случаях такая интерпретация состояния системы может вносить дополнительные трудности, а иногда даже приводить к путанице.

Постановка цели перед системой (часто говорят: глобальной цели) влечет за собой необходимость: а) формулировки локальных целей, стоящих перед элементами системы и группами элементов; б) целенаправленного вмешательства в функционирование (строение, создание) системы. На практике обычно сначала разбивают глобальную цель на набор локальных, а потом ищут пути достижения локальных целей.

Набор локальных целей, как правило, сам имеет иерархическое многоуровневое строение и в той или иной степени соответствует общей иерархии в системе. В этом случае понятие «локальные цели» есть собирательный термин для целей всех иерархических уровней; для любой из них можно указать, в какую более высокого уровня она входит и (кроме целей самого уровня) на что она дробится сама. При модульном строении системы локальные цели выступают как требования к (выходным характеристикам) модулей. Именно продуманные требования на выходы согласовывают модули так, что состоящая из них система выполняет глобальную цель. Таким образом, локальные цели выступают важным регулятором организации частей и элементов в целенаправленную систему, а их согласование направляет проводимые в системе изменения в единое русло.

Заметим, что согласование обычно является сложной, плохо формализуемой процедурой. При этом конкретная локальная цельможет получаться и такой, что затруднит выполнение соседней цели, и лишь компромисс между ними даст продвижение к глобальной цели системы.

Перейдем теперь к обсуждению того, как и за счет чего может быть выполнена конкретная цель.

Целенаправленное вмешательство в процесс в системе назовем управлением. Управление — важнейшее понятие для целененаправленных систем. Оно естественным образом связано с постановкой целей: именно возможность вмешательства, выбора, альтернативы делает процесс в системе вариативным, а один или более из этих вариантов ведущим к достижению цели.

Управление — универсальный термин в смысле огромного многообразия его конкретных реализаций. Управлять можно изменяя:

- в математических моделях числа, функции, алгоритмы, структуры в форме графов;

- в технических системах — силы, геометрические размеры, различные сигналы, включая команды ЭВМ, физические величины — от температуры до жесткости материала, концентрации и перемещения веществ;

- в экономике — кадровый состав, финансовую, кредитную закупочную и прочие политики;

- в социальной области — приказы, советы, действия, влияние на общественное мнение, организацию новых коллективов.

Здесь перечислена лишь малая доля того, чем в целях управления можно распоряжаться в сложной системе.

Управление — чрезвычайно широкий и свободный в употреблении термин. Строгий (рискнем сказать — научный) подход к управлению требует четкого, однозначного определения: а) того, чем мы распоряжаемся; б) каковы пределы, в которых мы можем выбирать; в) каково влияние данного управления на процесс. Но на практике по всем перечисленным требованиям могут быть неясности, а двумя последними иногда вовсе пренебрегают. Это может приводить, в частности, к тому, что управление не будет вести к цели. Такое положение возможно и в строгой трактовке управления — когда отсутствует описание процесса в системе. В этом случае мы просто набираем опыт работы с «чернымящиком».

Наконец, следует сказать, что в случае, когда мы исходили из цели (что чаще всего и бывает), может быть ситуация, при которой не существует управления, обеспечивающего ее выполнение. Тогда пробуют расширить пределы изменения параметров управления. В ситуации, когда цель не лежит в области достижимости, которая обеспечивается имеющимися управлениям, и возможное расширение этой области не обеспечивает достижение цели, необходимо перемещать в область достижимости цель.

В противном случае, вводят новые управляющие воздействия (т. е. еще что-то разрешается изменять), иногда кардинально изменяют структуру системы.

Управление. Управление объектом (системой) - это воздействие на него с целью достичь желаемых свойств его поведения. В частности, гомеостаза (равновесия).

Всякая нормальная система с ее заданными функциями за счет воздействия управляющих сигналов (М₁, …, М_i) преобразует входные сигналы (Х₁,...,Х_n) в выходные сигналы (У₁,...,У_p) (см. рис.6).

Совокупность выходных величин и их изменения позволяют в достаточной степени оценивать поведение системы и соответствие траектории движения системы целям управления.

Рис.6. Блок-схема управления системой

Обратная связь и её роль в управлении

Во многих случаях, в системе управления, т.е. системе, в которой осуществляется процесс управления, можно выделить, с одной стороны, объект управления (или управляемую систему, орган), а с другой - субъект управления (управляющую систему, орган). При этом управление может быть: только прямым, односторонним, когда имеется только воздействие субъекта на объект управления (рис.7а), или - с обратной связью (рис. 76), когда имеется также обратное воздействие объекта управления на управляющую систему.

При управлении системой (объектом) управляемый объект под воздействием управляющего изменяет свое поведение, так чтобы достичь заданной цели (или ценности), и при помощи обратной связи выдает ответную реакцию о своем состоянии или поведении. Поэтому процесс управления во многом представляет собой преобразование информации обратной связи в информацию управляющих воздействий.

Как правило, управляющая и управляемая подсистемы системы управления связаны между собой в целом направленными противоположно потоками информации (рис. 7в), которые переводят систему в разные состояния и осуществляют выбор в направлении предпочтительного изменения состояния. Очевидно, что если нет выбора, то нет и управления. В отношении самоуправляемых систем, в которых нет условного разделения на объект и субъект управления, следует отметить, что они сами себя приводят в соответствие с состоянием внешней среды и обладают способностью саморегулироваться, самоорганизовываться.

Рис.7. а) Управление как воздействие, б) как взаимодействие, в) взаимодействие через прямую и обратную связи

Обратная связь является необходимым условием для большинства форм управления системами. Правда, обратная связь не всегда зрима (заметна) в процессе функционирования системы управления, но она практически всегда присутствует. Механизм положительной и отрицательной обратной связи занимает ведущее положение в управлении системами, так как представляет собой универсальный механизм целенаправленного управления поведением практически любых систем в зависимости от рассогласования фактического и желаемого поведения. Отрицательная обратная связь корректирует поведение управляющей подсистемы в сторону ослабления факторов рассогласования, тогда как положительная обратная связь корректирует поведение управляющей подсистемы в сторону усиления факторов рассогласования. Положительная обратная связь значительной величины может при определенных условиях привести к неустойчивому состоянию системы, в которой возникнут незатухающие колебания. На поведение системы влияет соотношение положительной и отрицательной обратной связи, поэтому необходимо находить их оптимальное соотношение при сохранении устойчивости системы.

Когда речь идет о системах управления, важно иметь в виду, что интегративное качество системы, которое является желаемым, «верхом идеала» с точки зрения целей, часто достигается лишь в большей или меньшей степени, например, из-за особенностей объекта управления или недостатка ресурсов для осуществления управления. Это может происходить даже из-за намеренных действий внутри управляющей системы, в которой могут возникать собственные цели и интересы, отличные от исходной цели управления. В связи с этим, с точки зрения установленных целей принято говорить о разном качестве управления.

Во многих случаях интегративным качеством системы управления представляется гомеостаз (постоянство) систем как конечная цель управления. Особенно в эволюционных самоуправляемых системах управление существует как механизм обеспечения гомеостаза. Если есть интегративное качество, то управление условно можно рассматривать как настоящую систему, а если нет, тогда управление представляет собой не систему, а только лишь псевдосистему.

Есть много примеров, когда механизм управления не выполняет свои функции и «работает на себя», отрицательно влияя на системы, для обслуживания которых он создан.

Дата добавления: 2014-01-06