Виды систем управления




НазваниеВиды систем управления
Дата конвертации15.03.2013
Размер142.04 Kb.
ТипПрезентации
Виды систем управления.

1.Понятие управления. Система управления (определения и обобщенная структура)

Кибернетический подход к описанию систем связан с тем, что всякое целенаправленное поведение рассматривается как управление. Управление - в широком, кибернетическом смысле - это обобщение приёмов и методов, накопленных разными науками об управлении искусственными объектами и живыми организмами.
Язык управления - это использование понятий объект, среда, обратная связь, алгоритм и т.д.



Рис.1. Кибернетический подход к процессу управления.

Под управлением будем понимать процесс организации такого целенаправленного воздействия на некоторую часть среды, называемую объектом управления, в результате которого удовлетворяются потребности субъекта, взаимодействующая с этим объектом. Анализ управления заставляет выделить тройку - среду, объект и субъект, внутри которой разыгрывается процесс управления (рис.1). Здесь субъект на себе ощущает воздействие среды Х и объекта Y. Если состояние среды Х он изменить не может, то состояние объекта Y может управлять с помощью специально организованного воздействия U . Это и есть управление. Состояние объекта Y влияет на состояние потребностей субъекта. потребности субъекта А=(?1,…,?к), где ?i - состояние і-той потребности субъекта, которая выражается неотрицательным числом, характеризующим насущность, актуальность этой потребности. Своё поведение субъект строит так, чтобы минимизировать насущность своих потребностей, т.е. решает задачу многокритериальной оптимизации



Где R - ресурсы субъекта. Эта зависимость выражает неизвестную, но существующую связь потребностей с состоянием среды Х и поведением U субъекта. Пусть Uх - решение задачи (3.1), т.е. оптимальное поведение субъекта, минимизирующее его потребности А. Способ решения задачи (3.1), позволяющий определить Ux, называется алгоритмом управления



Здесь j - алгоритм , позволяющий синтезировать управление по состоянию среды C и потребностей At. Потребности субъекта изменяются не только под влиянием среды или объекта, но и самостоятельно, отражая жизнедеятель- ность субъекта, что отмечается индексом t. Алгоритм управления j , которым располагает субъект, и определяет эффективность его функционирования в данной среде. Он имеет рекурентный



характер: т.е. позволяет на каждом шаге улучшать управление



Например, в смысле



т.е. уменьшения уровня своих потребностей.

Сам по себе процесс управления как организация целенаправленного воздействия на объект может реализовываться как на интуитивном, так и на осознанном уровне. Первый использует животные, второй - удел человека. Осознанное удовлетворение потребностей заставляет декомпозировать алгоритм управления и вводить промежуточную стадию - формулировку цели управления, т.е. действовать по двухстадийной схеме:



На первой стадии определяется цель управления z , причем задача решается на интуитивном уровне:



Где j1 - алгоритм синтеза цели Z* по потребностям At и состоянию среды ?. На второй стадии определяется управление Ux*, реализация которого обеспечивает достижение цели Z*, сформированной на первой стадии, что и приводит к удовлетворению потребностей субъекта. Именно на этой стадии может быть использована вся мощь формального аппарата, с помощью которого по цели Z* синтезируется управление



Где ?2 - алгоритм управления. Этот алгоритм и есть изучение кибернетики как науки. Таким образом, разделение процесса управления на две стадии отражает две известные стороны науки - неформальный, интуитивный, экспертный и



формальный, образует исходную информацию I = { X', Y'} для УУ, которое на этой основе вырабатывает команду управления U, являющуюся лишь информацией о том, в какое положение должны быть приведены управляемые входы объекта. Следовательно, управление U есть результат работы алгоритма

Как видно, управление в широком смысле образуется четвёркой



В качестве примера рассмотрим основные понятия управления в технических и организационных системах. Управление - целенаправленная организация того или иного процесса, протекающего в системе. В общем случае процесс управления состоит из следующих четырёх элементов:

  • получение информации о задачах управления;

  • получение информации о результатах управления (т.е. о поведении объекта управления);

  • анализ полученной информации и выработка решения;

  • исполнение решения (т.е. осуществление управляющих воздействий).

Процесс управления - это информационный процесс (рис.2), который заключается в сборе информации о ходе процесса, передачи её в пункты накопления и переработки, анализе поступающей, накопленной и справочной информации, принятия решения на основе выполненного анализа, выработке соответствующего управляющего воздействия и доведении его до объекта управления. Каждая фаза прцесса управления протекает во взаимодействии с окружающей средой при воздействии различного рода помех. Цели, принципы и границы управления зависят от сущности решаемой задачи.

Система управления - совокупность взаимодействующих между собой объекта управления и органа управления, деятельность которых направлена на достижение заданной цели управления (рис.3). В СУ решаются четыре основных типа задач управления:

  1. стабилизация;

  2. выполнение программы;

  3. слежение;

  4. оптимизация.

Задачами стабилизации системы являются задачи поддержания её выходных величин вблизи некоторых неизменных заданных значений, несмотря на действие помех. Например, стабилизация V и частоты f тока в сети вне зависимости от изменения потребления энергии.

Информационная связь с АСУ более высокого уровня.


Рис.2. Процесс управления как информационный процесс.



Рис.3. Система управления как совокупность объектов.

Задача выполнения программы возникает в случаях, когда заданные значения управляемых величин изменяются во времени заранее известным образом. Например, полёт ракеты, выполнение работ по заранее намеченному графику. В тех случаях, когда изменение заданных величин заранее неизвестно, и когда эти величины должны изменяться в зависимости от значения других величин, возникает задача слежения, т.е. как можно более точного соблюдения соответствия между текущим состоянием данной системы и состоянием другой системы. Например, управление производством вусловиях изменения спроса, слежение за целью (например, самолётом, кораблём, космическим объектом). В системах оптимального управления требуется в общем случае наилучшим образом выполнить поставленную задачу при заданных реальных условиях и ограничениях. Понятие оптимальности должно быть конкретизированно для каждого отдельного случая. Прежде, чем принимать решение о создании СУ, необходимо рассмотреть все его этапы, независимо от того, с помощью каких технических средств они будут реализованы. Такой алгоритмический анализ управления является основой для принятия решения о создании СУ и степени её автоматизации. При этом анализе следует обязательно учитывать фактор сложности объекта управления:

  • отсутствие математического описания системы;

  • стохастичность поведения;

  • негативность к управлению;

  • нестационарность, дрейф характеристик;

  • невоспроизводимость экспериментов (развивающая система все время как бы перестает быть сама собой, что предъявляет специальные требования к синтезу и коррекции модели объекта управления ).

Особенности сложной системы часто приводит к тому, что цель управления таким объектом в полной мере никогда не достигается как бы совершенно не было управление.

2.Классификация систем управления

Системы разделяются на классы по различным признакам, и в зависимости от решаемой задачи можно выбрать разные принципы классификации. При этом система может быть охарактеризована одним или несколькими признаками.

Системы классифицируется следующим образом:

1. по природе составляющих элементов :
1.1. материальные (неорганические, органические и смешанные)
1.2. абстрактные (знания, теории, гипотезы)

2. по степени предсказуемости :
2.1. статические
2.2. динамические (экологическая система) :
2.2.1. детерминированные (состояние которых можно точно предсказать)
2.2.2. вероятностные

3. по сложности структуры и поведения:
3.1. простые
3.2. сложные

4. по типу целеустремленности - открытые и закрытые;

5. по степени организованности - хорошо организованные, плохо организованные (диффузные), самоорганизующиеся системы.

Рассмотрим более подробно некоторые виды систем.
1. Хорошо организованные системы. Представить анализируемый объект или процесс в виде хорошо организованной системы означает определить элементы системы, их взаимосвязь, правила объединения в более крупные компоненты, т.е. определить связи между всеми компонентами и целями системы, с точки зрения которых рассматривается объект или ради достижения которых создается система. Проблемная ситуация может быть описана в виде математического выражения, связывающего цель со средствами, т.е. в виде критерия эффективности, критерия функционирования системы, который может быть представлен сложным управлением или системой уравнений. Решение задачи при представлении её в виде хорошо организованной системы осуществляется аналитическими методами формализованного представления системы.

Примеры хорошо организованных систем: солнечная система, описывающая наиболее существенные закономерности движения планет вокруг Солнца, отображение атома в виде планетарной системы, состоящей из ядра и электронов; описание работы сложного электронного устройства с помощью системы уравнений, учитывающей особенности условий его работы (наличие шумов, нестабильности источников питания и т.п.).

Для отображения объекта в виде хорошо организованной системы необходимо выделять существенные и не учитывать относительно несущественные для данной цели рассмотрения компоненты:
например, при рассмотрении солнечной системы не учитывать метеориты, астероиды и другие мелкие по сравнению с планетами элементы межпланетного пространства.

Представление объекта в виде хорошо организованной системы применяется в тех случаях, когда можно предложить детерминированное описание и экспериментально доказать правомерность его применения, адекватность модели реальному процессу.
Попытки применить класс хорошо организованных систем для представления сложных многокомпонентных объектов или многокритермальных задач плохо удаётся: они требуют недопустимо больших затрат времени, практически не реализуемы и неадекватны применяемым моделям.

2. При представлении объекта в виде плохо организованной или диффузной системы не ставится задача определить все учитываемые компоненты, их свойства и связи между ними и целями системы. Система характеризуется некоторым набором макропараметров и закономерностями, которые находятся на основе исследования не всего объекта или класса явлений, а на основе определенной с помощью некоторых правил выборки компонентов, характеризующих исследуемый объект или процесс. На основе такого выборочного исследования получают характеристики или закономерности (статические, экономические) и распространяют их на всю систему в целом. При этом делаются соответствующие оговорки. Например, при получении статистических закономерностей их распространяют на поведение всей системы с какой-то доверительной вероятностью.

Подход к отображению объектов в виде диффузных систем находит широкое применение при описании систем массового обслуживания, при определении численности штатов на предприятиях и учреждениях, при исследовании документальных потоков информации в системах управления и т.д.

3. Отображение объекта в виде самоорганизующейся системы - это подход, который позволяет исследовать наименее изученные объекты и процессы.
Самоорганизующиеся системы обладают признаками диффузных систем: стохастичность поведения, нестационарностью отдельных параметров и процессов.
К этому добавляются такие признаки, как непредсказуемость поведения, способность адаптироваться к изменяющимся условиям среды, изменять структуру при взаимодействии системы со средой, сохраняя при этом свойства целостности, способность формировать возможные варианты поведения и выбирать из них наилучший и др. Иногда этот класс разбивают на подклассы, выделяя адаптивные или самоприспосабливающиеся системы, самовосстанавливающиеся, самовоспроизводящие и другие классы, соответствующие различным свойствам развивающихся систем.

Примеры: биологические организации, коллективное поведение людей, организация управления на уровне предприятия, отрасли, государства в целом, т.е. в тех системах, где обязательно имеется человеческий фактор.

При применении отображения объекта в виде самоорганизующейся системы задачи определения целей и выбора средств, как правило, разделяются. При этом задача выбора целей может быть в свою очередь описана в виде самоорганизующейся системы, т.е. структура функциональной части АСУ, структура целей, плана может развиваться также как структура обеспечивающей части АСУ (комплекс технических средств АСУ) или организацоонная структура системы управления.

Большинство примеров применения системного анализа основано на представлении объектов в виде самоорганизующихся систем.

3.Особенности строения и функционирования сложных систем

Cуществует ряд подходов к разделению систем по сложности. В частности, Г.Н.Поваров в зависимости от числа элементов, входящих в систему, выделяет четыре класса систем: малые системы (10-103 элементов), сложные (104-107 элементов), ультрасложные (107-1030), суперсистемы (1030-10200элементов). Так как понятие элемента возникает относительно задачи и цели исследования системы, то и данное определение сложности является относительным, а не абсолютным.

Английский кибернетик С.Бир классифицирует все кибернетические системы на простые и сложные в зависимости от способа описания: детерминированного или теоретико-вероятностного. А.И.Берг определяет сложную систему как систему, которую можно описать не менее,чем на двух различных математических языках (например, с помощью теории дифференцированных уравнений и алгебры Буля).

Очень часто сложными системами называют системы, которые нельзя корректно описать математическт, либо потому, что в системе имеется очень большое число элементов, неизвестным образом связанных друг с другом, либо неизвестна природа явлений, протекающих в системе.

При исследовании сложных систем возникают проблемы, относящиеся не только к свойствам их составляющих элементов и подсистем, но также к закономерностям функционирования системы в целом. При этом появляется широкий круг специфических задач таких как:
- определение общей структуры системы;
- организация взаимодействия между элементами и подсистемами;
- учет влияния внешней среды;
- выбор оптимальных режимов функционирования системы;
- оптимальное управление системой и др.

Чем сложнее система, тем большее внимание уделяется этим вопросам. Математической базой исследования сложных систем является теория систем. В теории систем большой (сложной, системой большого масштаба, large scala systems) системой называют систему, если она состоит из большого числа взаимодействующих между собой элементов и способна выполнять сложную функцию.

Конечно, четкой границы отделяющей простые системы от больших нет. Деление это условное и возникло из-за появления систем, имеющих в своем составе совокупность подсистем с наличием функциональной избыточности. Простая система может находиться только в двух состояниях: состоянии работоспособности (исправном) и состоянии отказа (неисправном). При отказе элемента простая система либо полностью прекращает выполение своей функции, либо продолжает ее выполнение в полном объеме, если отказавший элемент резервирован. Болшая система при отказе отдельных элементов и даже целых подсистем не всегда теряет работоспособность, зачастую только снижаются характеристики ее эффективности. Это свойство больших систем обусловлено их функциональной избыточностью и в свою очередь затрудняет формулировку понятия "отказ" системы.

Под сложной системой понимается совокупность материальных ресурсов, средств сбора, передачи и обработки информации, линий операторов, занятых на обслуживании этих средств, и людей руководителей, обличенных надлежащими правами и ответственностью для принятие решений.

Материальные ресурсы - это сырье, материалы, полуфабрикаты, денежные средства, различные виды энергии, станки, оборудование, люди, занятые на выпуске продукции и т.д.

Все указанные элементы объеденены с помощью некоторой системы связей, которые по заданным правилам определяют процесс взаимодействия между элементами для достижения общей цели или группы целей.

Таким образом можно сформировать основные признаки и характерные особенности больших систем.
К ним относятся:
- функция избыточности;
- большое число разнообразных элементов в системе (сложность системы);
- взаимосвязь и взаимодействие между элементами;
- иерархичность структуры управления;
- обязательное наличие человека, на которого возлагается часть наиболее ответственных функций управления;
- трудность в описании и представлении системы.

Примеры сложных систем
- информационная система;
- пассажирский транспорт крупного города;
- производственный процесс;
- системы управления;
- энергетическая система;
- экономика отрасли, производственного процесса и др.


4.Экономика как система


Y - производство
L - трудовые ресурсы
M - материальные ресурсы
N - природные ресурсы
S - чистое непроизводственное потребление (з/п)

Связь SX (1) - идет информация о том на сколько данный экономический субъект удовлетворяет заданной потребительской потребности.
Блок X - регулятор и задающий блок.
Блок (V) - логический блок "ИЛИ".
Связь SX (2) - задает параметры вещественного выхода YS.
Блок C - регулятор и задающий блок вышестоящего уровня.

Элементы системного анализа :

 вход системы : природно-материальные объекты, технологии

 выход системы : совокупность материальных благ и услуг, служащих для удовлетворения потребностей общества и его членов

 процесс производства : определяется многообразием потребностей общества

 цель : формируется субъектом экономической системы и диктуется внешними и внутренними факторами, упорядочивает множество состояний экономической системы

Признаки экономических больших систем :

 наличие подсистем, имеющих собственное целевое назначение, подчиненное целевому назначению системы

 наличие большого числа разнообразных связей между подсистемами

 наличие в системе элементов самоорганизации

 участие в функциональной системе людей, машин и природной среды (открытость системы)

 трудность в описании системы




5.Особенности управления в организационно - экономических системах. Виды управляющих параметров в системе

Управление - выработка и осуществление целенаправленных управляющих воздействий на объект, в данном случае, систему, что включает сбор, обработку и передачу необходимой информации, принятие и реализацию соответствующих решений.

Управление - функции системы, ориентированные на сохранение ее основного качества, либо на сохранение некоторой программы, которая должна обеспечить устойчивость функционирования (гомеостаз) , достижение определенной цели.

Управление есть то, что способствует существованию и работе системы.

Управляющие параметры - параметры активного воздействия, с помощью которых создается возможность менять ход и направление экономических процессов.

Есть 3 группы управляющих параметров :

 параметры стабилизаторы, которые встроены в обратную связь СУ и являются антикризисными

 стимуляторы, которые сохраняют и повышают темпы развития системы

 регуляторы, которые поддерживают сбалансированность экономических показателей




6.Типизация систем управления

СУ - совокупность взаимосвязанных, функциональных элементов, вырабатывающих управляющие параметры.

2 основные подсистемы :

  • субъект управления (СУ)

  • объект управления (ОУ)

Виды СУ :

1. СУ программные или жесткие - единственная прямая связь между СУ и ОУ, по которой поступают управляющие воздействия, обязательные к исполнению.



Административно-командная СУ и методы.

2. Регулируемая СУ - использует информацию о реакции объекта на управление.



Административные и экономические методы; включает интересы людей.

3. Саморегулирующие СУ.



Регулирование без вмешательства внешних сил.

4. Адаптивные СУ - открытые системы; ОУ подвержен возмущающему воздействию;
СУ - вышестоящий. Все вместе макросреда.


Похожие:

Виды систем управления iconВопросы для экзамена по курсу оту автоматические системы, определение. Виды информации. Алгоритм управления. Функциональная схема системы автоматического управления
Основные элементы систем автоматического управления и регулирования. Принципы управления (примеры функциональных схем). Виды обратных...
Виды систем управления iconТема общие принципы управления смонтировали систему автоматического управления. Запустили на
Фундаментальные принципы управления. Система управления. Принципы управления. Виды систем управления
Виды систем управления iconОсновы телемеханики: назначение, виды и функции телемеханических систем Основы телемеханики: назначение, виды и функции телемеханических систем
Телемеханика — область науки и техники, предметом которой является разработка методов и технических средств передачи и приёма информации...
Виды систем управления iconВопросы к экзамену по курсу «Основы теории управления» Принципы действия систем управления 1-2 Функциональные схемы и способы классификации систем управления 3-4
Коррекция динамики системы управления с помощью интегро-дифференцирующего корректирующего устройства 63
Виды систем управления iconИсследование элементов систем управления
Исследование элементов систем управления: Методические указания к лабораторным работам по дисциплине "Элементы и устройства автоматических...
Виды систем управления iconТематика рефератов по дисциплине «Исследование систем управления» Специальность 080507. 65 «Менеджмент организации»
Методы исследования систем управления организаций и их сравнительная характеристика
Виды систем управления iconНаучные основы создания отказоустойчивых интегрированных вычислительных комплексов систем управления летательными аппаратами
Специальность: 05. 13. 05 – Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления
Виды систем управления iconПрограмма курса повышения квалификации
«Проектирование внутренних систем и сетей электроснабжения, слаботочных систем, систем диспетчеризация, автоматизации и управления...
Виды систем управления iconИсследование систем управления
Юрченко А. В. Исследование систем управления: Учебно-методическое пособие. — Ярославль: Типография ООО «с принт 72», 2008. 104 с
Виды систем управления iconИсследование систем управления Для студентов экономического факультета
Сборник методических материалов по курсу «Исследование систем управления». – М.: Импэ им. А. С. Грибоедова, 2007. – 11 с
Разместите кнопку на своём сайте:
kurs.znate.ru


База данных защищена авторским правом ©kurs.znate.ru 2012
обратиться к администрации
kurs.znate.ru
Главная страница