Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление

^ Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем
Управление как процесс. Кибернетический подход к описанию систем заключается в том, что всякое целенаправленное поведение рассматривается как управление. Управление — в широком, кибернетическом смысле — это обобщение приемов и способов Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление, скопленных различными науками об управлении искусственными объектами и живыми организмами. Язык управления — это внедрение понятий «объект», «среда», «обратная связь», «алгоритм» и т.д.

Под управлением будем осознавать процесс организации такового целенаправленного Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление воздействия на некую часть среды, именуемую объектом управления, в итоге которого удовлетворяются потреб ности субъекта, взаимодейст вующего с этим объектом.



^ Набросок 8 Кибернетический подход кпроцессу управления

Анализ управления принуждает выделить тройку — среду, объект Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление и субъект, снутри которой разыгрывается процесс управления (рис. 16). В этом случае субъект чувствует на для себя воздействие среды Х и объекта У. Если состояние среды Х он поменять не может, то состоянием объекта Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление У он может управлять при помощи специально организованного воздействия U. Это и есть управление.

Состояние объекта Y оказывает влияние на состояние потребностей субъекта. Потребности субъекта где — состояние i-й потребности субъекта, которая выражается Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление неотрицательным числом, характеризующим насущность, актуальность этой потребности. Свое поведение субъект строит так, чтоб минимизировать насущность собственных потребностей, т. е. решает задачку многокритериальной оптимизации:

(2.1)

где ^ R — ресурсы субъекта. Эта зависимость выражает Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление неведомую, но существующую связь потребностей с состоянием среды Х и поведением U субъекта.

Пусть — решение задачки (2.1), т. е. среднее поведение субъекта, минимизирующее его потребности А. Метод решения задачки (2.1), позволяющий найти , именуется методом управления

(2.2)

где  — метод, позволяющий Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление синтезировать управление по состоянию среды Х и потребностей Аt,. Потребности субъекта меняются не только лишь под воздействием среды либо объекта, да и без помощи других, отражая жизнедеятельность субъекта, что отмечается индексом Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление t.

Метод управления , которым располагает субъект, и определяет эффективность его функционирования в данной среде. Метод имеет рекуррентный нрав:

,

т. е. позволяет на каждом шаге облагораживать управление. К примеру, в смысле

,

т. е Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление. уменьшения уровня собственных потребностей.

Процесс управления как организация целенаправленного воздействия на объект может реализовываться как на интуитивном ,так и на осознанном уровне. 1-ый употребляют животные, 2-ой — человек. Осознанное ублажение потребностей принуждает декомпозировать Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление метод управления и вводить промежную стадию — формулировку цели управления, т. е. действовать по двухэтапной схеме:



На первом шаге определяется цель управления , при этом задачка решается на интуитивном уровне:

,

где 1 — метод синтеза цели Z Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление* по потребностям Аt и состоянию среды X. На втором шаге определяется управление , реализация которого обеспечивает достижение цели 2.*, сформированной на первой стадии, что и приводит к ублажению потребностей субъекта. Конкретно на этой стадии Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление может быть применена вся мощь формального аппарата, при помощи которого по цели Z* синтезируется управление



где 2 — метод управления. Этот метод и есть предмет исследования кибернетики как науки.

Таким макаром, разделение процесса управления на Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление два шага отражает известные стороны науки — неформальный, интуитивный, экспертный и формальный, алгоритмизуемый.



^ Набросок 9 Взаимодействие частей системы управления.



Набросок 10 Структурная схема системы управления

Z

Если 1-ая пока на сто процентов принадлежит человеку, то 2-ая Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление является объектом приложения формальных подходов. Естественно, что эти разные функции производятся различными структурными элементами. Первую функцию (, делает субъект, а вторую ( — управляющее устройство (УУ). На рис. 17 показано взаимодействие этих частей. Штриховой линией Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление выделена система управления (СУ), выполняющая функцию реализации целей управления 2*, создаваемых субъектом.

Системы управления непростой объект управления •. Структурная схема СУ приведена на рис. 18. Тут Dx и Dy — датчики, измеряющие состояние среды и объекта соответственно. Результаты Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление измерений Х'=Dx(Х) и У'=Dy(У) образуют начальную информацию ]= {X', У'} для УУ, которое на этой базе производит команду управления и, являющуюся только информациейо том, в какое положение должны Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление быть приведены управляемыевходы объекта. Как следует, управление (/ есть результатработы метода

.

Как видно, управление в широком смысле появляется четверкой

{.}

В качестве примера разглядим главные понятия управления в технических и организационных системах.

Управление — целенаправленная организация Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление того либо другого процесса, протекающего в системе. В общем случае процесс управления состоит из последующих 4 частей:

Процесс управления — это информационный процесс (рис. 19), заключающийся в сборе инфы о ходе процесса, передаче ее Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление в пункты скопления и переработки, анализе поступающей, скопленной и справочной инфы, принятии решения на базе выполненного анализа, выработке соответственного управляющего воздействия и доведении его до объекта управления. Любая фаза процесса управления протекает во Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление содействии с окружающей средой при воздействии различного рода помех. Цели, принципы и границы управления зависят от сути решаемой задачки.

Система управления — совокупа взаимодействующих меж собой объекта управления и органа управления Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление, деятельность которых ориентирована данной цели управления (рис 20).



^ Набросок 11 Процесс управления как информационные процесс

В СУ решаются четыре главные задачки управления: стабилизация, выполнение программки, слежение, оптимизация.

Задачками стабилизации системы являются задачки поддержания ее Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление выходных величин поблизости неких постоянных данных значений, невзирая на действие помех. К примеру, стабилизация напряжения U и частоты f тока в сети вне зависимости от конфигурации употребления энергии.

Задачка выполнения программки появляется Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление в случаях, когда данные значения управляемых величин меняются во времени заблаговременно известным образом.



^ Набросок 12 Системы управления как совокупа объектов

В системах рационального управления требуется лучшим образом выполнить поставленную перед системой задачку при данных реальных Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление критериях и ограничениях. Понятие оптимальности должно быть конкретизировано для каждого отдельного варианта.

До того как принимать решение о разработке СУ, нужно разглядеть все его этапы, независимо от того, при помощи каких технических средств Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление они будут реализованы. Таковой алгоритмический анализ управления является основой для принятия решения о разработке СУ и степени ее автоматизации. При всем этом анализе следует непременно учесть фактор трудности объекта управления:

Особенности сложной системы нередко приводят к тому, что цель управления таким объектом полностью никогда не достигается, вроде бы совсем ни было управление.

Системы управления делятся на два огромных класса: системы автоматического управления Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление (САУ) и автоматические системы управления (АСУ). В САУ управление объектом либо системой осуществляется без конкретного роли человека автоматическими устройствами. Это замкнутые системы. Главные функции САУ: автоматический контроль и измерения Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление, автоматическая сигнализация, автоматическая защита, автоматические запуск и остановка разных движков и приводов, автоматическое поддержание данных режимов работы оборудования, автоматическое регулирование. В отличие от САУ в АСУ в контур управления включен человек, на которого Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление возлагаются функции принятия более принципиальных решений и ответственности за принятые решения. Под АСУ обычно понимают человеко-машинные системы, использующие современные экономико-математические способы, средства электронно-вычислительной техники (ЭВТ) и связи, также Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление новые организационные принципы для отыскания и реализации на практике более действенного управления объектом (системой).

Этапы управления, представленных на рис. 21.



Набросок 13 Этапы управления сложной системы

  1. Формирование цепей. Огромное количество целей управления, которое должно воплотить СУ определяется Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление как наружными по отношению к системе, так и внутренними факторами и, а именно, потребностям субъекта А. Сложность формализации учета воздействия на цели явна. Различают три вида целей: стабилизация— заключается Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление в требовании поддерживать выходы объекта на данном уровне; ограничение — просит нахождения в данных границах мотивированных переменных ; экстремальная цель—сводится к поддержанию в экстремальном состоянии мотивированных переменных .

  2. Определение объекта управления. Этот шаг связан с Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление выделением той части среды субъекта, состояние которой он может поменять и тем повлиять на свои потребности. В ряде всевозможных случаев, когда границы объекта явны, задачи выделения объекта из среды не появляется Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление. Это бывает, когда объект довольно автономен (самолет, телефонная станция и т. д.). Но в других случаях связи объекта со средой так сильны и многообразны, что иногда очень тяжело осознать, где кончается объект и Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление начинается среда. Конкретно это и принуждает вводить особый шаг — определение объекта управления. Объект должен быть в определенном смысле наименьшим, т. е. иметь меньший объем. Это нужно с целью минимизации трудозатратности его исследования при синтезе Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление модели. При всем этом значимым ограничением выступает достижимость огромного количества целей управления {Z*} в рамках выделенного для этого ресурса R. Это значит, что для хоть какого состояния среды Х должно найтись управление Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление , при помощи которого можно достигнуть хоть какой допустимой цели

  3. Структурный синтез модели. Следующие три шага управления сложными системами связаны с решением задачки сотворения ее модели, которая нужна для синтеза управления U. Только Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление при помощи модели объекта можно выстроить управление U*, переводящее объект в требуемое (целевое) состояние Z*. Модель F, связывающая входы Х и U с выходом У, определяется структурой SТ и параметрами С={с Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление1 ...,ck}, т. е. представима в виде двойки F={SТ, С). На этом шаге определяется структура SТ, т. е. модель объекта с точностью до значений ее характеристик С. Шаг структурного синтеза Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление включает: определение наружной структуры модели, декомпозицию модели, определение внутренней структуры частей модели. Синтез наружной структуры сводится к содержательному определению входов Х и U, выхода У без учета внутренней структуры объекта, т Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление. е. объект рассматривается как некоторый «черный ящик» с n+q входами и m выходами. Декомпозиция модели состоит в том, чтоб, воспользовавшись априорными сведениями о структуре объекта, упростить задачку синтеза структуры модели. Синтез Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление структуры модели сводится к определению вида оператора F модели объекта с точностью до характеристик С. Это означает, что характеристики становятся переменными модели, т. е.

(2.3)

где F — оператор преобразования структуры SТ, характеристики которого Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление для удобства внесены в переменные С. Представление оператора преобразования модели в виде (2.3) можно именовать параметризацией модели, что эквивалентно заданию его структуры. При синтезе структуры моделей объектов управления могут применяться разные подходы — от Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление традиционных способов теории автоматического управления (ТАУ) до современных способов имитационного моделирования (способы случайного поиска, статистических испытаний и др.), семиотического моделирования с внедрением языка бинарных отношений и других способов современной арифметики, использующих сочетание дополняющих друг Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление дружку способностей аналитических и статистических, семиотических и графических и других формализованных представлений системы.

  1. Идентификация характеристик модели объекта. Этот шаг связан с определением числовых значений характеристик С в режиме обычного функционирования объекта Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление. Делается это стандартными приемами идентификации. Для выяснения зависимости выхода объекта от управляемых входов U нужно целенаправленно их изменять, т. е. экспериментировать с объектом. Но непростая система «не любит» опыты, нарушающие режим ее обычного Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление функционирования. Потому опыт, которого нельзя набежать, следует проводить, мало возмущая объект, но так, чтоб получить при всем этом наивысшую информацию о воздействии варьируемых характеристик на выход объекта.

  2. Планирование опыта. На данном этане Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление основным является синтез плана опыта, позволяющего с наибольшей эффективностью найти разыскиваемые характеристики модели объекта управления. Для статического объекта этот план U представляет собой набор состояний управляемого выхода объекта U={U1..., Un Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление}, а для динамического — план-функцию 0<=t<=T, т. е. программку конфигурации во времени входа объекта. Опыт на объекте дает возможность найти реакцию объекта на это воздействие. В статическом случае эта реакция имеет вид Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление Y={y1, ..., yn), где, а в динамическом — У(1)= ^{и(1)}. Приобретенная информация и является начальной для определения характеристик модели F: У=F(U, С), что осуществляется способами идентификации. План опыта 0 определяется: структурой SТ модели Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление F, ресурсом планирования R, который появляется выделяемыми на опыт средствами, областью планирования, определяющей пределы конфигурации входа U; аспектом планирования, который определяет эффективность плана U.

  3. Синтез управления. На этом шаге принимается решение Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление о том, каково должно быть управление (U, чтоб добиться данной цели управления Z* в объекте. Это решение опирается на имеющуюся модель объекта F, заданную цель Z*, полученную информацию о состоянии среды Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление Х и выделенный ресурс управления R, который представляет собой ограничения, накладываемые на управление (U в связи со специфичностью объекта и способностями СУ. Достижение цели Z* может быть подходящим выбором управления U (состояние Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление среды Х меняется независимо от нас). Это приводит к экстремальной задачке



решение которой U* является хорошим управлением. Методы решения задачки (2.4) значительно зависят от структуры модели объекта F. Если объект статический, т. е. F — функция, то получаем Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление задачку математического программирования, если же —динамический, т. е. F — оператор, то решают вариационную задачку.

  1. Реализация управления либо отработка в объекте рационального решения U*, приобретенного на прошлом шаге. Реализовав управление и Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление убедившись, что цель управления не достигнута, ворачиваются к одному из прошлых шагов. Даже в наилучшем случае, когда поставленная цель достигнута, необходимость воззвания к предшествующему шагу вызывается конфигурацией состояния среды Х либо сменой Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление цели управления U*.

Таким макаром, при подходящем стечении событий обращаются к шагу синтеза управления (стрелка а на рис. 21), где определяется новое состояние, которое отражает новейшую ситуацию, сложившуюся в среде. Так работает Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление стандартный контур управления обычным объектом.

  1. Адаптация. Специфичность управления сложной системой заключается в том, что благодаря зашумленности и нестационарности информация, приобретенная на прошлых шагах, приближенно отражает состояние системы только в прошлые моменты времени Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление. Это и вызывает необходимость корректировки. Корректировка может затрагивать разные этапы.

Простая корректировка связана с подстройкой характеристик модели С (стрелка с, рис. 21). Такового рода корректировку именуют адаптацией модели, а управление — адаптивным управлением. Если управление U Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление не обеспечивает нужного контраста входа объекта для действенной корректировки характеристик модели, то приходится принимать особые меры планирования опыта методом прибавления особых тестовых сигналов (стрелка Ь, рис. 21). Такое управление именуют дуальным. Но одной корректировки Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление характеристик модели возможно окажется недостаточно, если поменялась ее структура. Потому временами нужна корректировка структуры модели, т. е. приведение ее в соответствие с новейшей информацией (стрелка d, рис. 21).

Дальше корректировка может коснуться Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление самого объекта, поточнее, границы разделения объекта и среды. Это бывает нужно призначительном изменении (эволюции) объекта и окружающей ее среды (стрелка е, рис. 21). И в конце концов, сделанная СУ по ряду обстоятельств Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление может не воплотить все огромное количество целей управления, в итоге нужна адаптация целей (стрелка g, рис. 21).

Разумеется, что не все из обрисованных выше восьми шагов управления находятся при синтезе СУ. В ряде всевозможных Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление случаев некие из их выпадают. К примеру, объект управления может быть выделен из среды тогда и нет необходимости в шаге планирования опыта, потому что модель объекта ординарна и все ее Лекция 6 Кибернетический подход к описанию систем - Курс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление характеристики можно найти без специально организованного опыта.


lekciya-9-socialnaya-politika-gosudarstva.html
lekciya-9-tehnologiya-proizvodstva-tomatoproduktov-kompleksnaya-pererabotka-othodov-konservnogo-proizvodstva.html
lekciya-9-tipi-lihoradok-osobennosti-klinicheskoj-kartini-lekarstvennie-preparati-i-metodi-primeneniya-sostavitel-kolos-ev.html