Управление сложной системой
Управление в широком понимании есть функция некоторой системы, направленная либо на сохранение основного качества системы (потеря которого приводит к ее разрушению), либо на выполнение программы, обеспечивающей устойчивость функционирования системы и достижение ею заданной цели, либо на развитие системы.
Управление является необходимым условием нормального функционирования всякой системы. Любой процесс, безотносительно к его природе, может осуществляться в нужном направлении только при наличии управляющих воздействий со стороны органов управления.
Возникновение управления как особого вида общественной деятельности обусловлено прежде всего появлением и развитием разделения общественного труда. Общественное разделение труда проявляется в двух основных формах – в образовании крупных специализированных производств и дифференциации в их границах технологических процессов. В результате дробления конкретного труда на специализированные части образуется широкая сеть периферийных ячеек производства, каждая из которых представляет экономическую клеточку. Разделение и обособление специализированных частей труда обусловливает количественную зависимость между всеми частями производства, и в результате образуется сеть экономических связей, которая тем шире, чем глубже разделение труда.
Управление в производственной сфере можно определить как целенаправленное воздействие на коллективы людей для организации и координации их деятельности в процессе производства.
Можно выделить три основные области управления:
– управление системами машин и технологическими процессами;
– управление процессами, происходящими в живых организмах;
– управление деятельностью человеческих коллективов, решающих ту или иную задачу.
Внимательное рассмотрение процессов управления во всех областях выявило их общие закономерности, что позволяет установить для управления единую теоретическую основу. Этой проблемой занимается кибернетика – наука об общих законах управления в природе, живых организмах и машинах. С позиций кибернетики системам управления различной природы – биологическим, техническим, социальным – присущи общие закономерности. Все эти системы управления объединяет в принципе одинаковая структура: математическое описание процессов, протекающих в системах управления различной природы, оказывается подобным.
Кибернетика рассматривает управление как циклический информационный процесс, осуществляемый в замкнутом контуре для достижения установленной цели действий. Управление всегда протекает в определенной материальной среде. В процессе управления участвуют орган управления, объект управления и соединяющие их каналы связи. От органа управления к объекту управления проходит канал прямой связи для передачи управляющих воздействий. От объекта управления к органу управления проходит канал обратной связи для передачи сведений о состоянии объекта управления, среды и других факторов обстановки.
Цель действий достигается функционированием объекта управления. Для достижения цели действий объект управления должен быть приведен в необходимое состояние с помощью управляющего информационного воздействия.
Сведения о состоянии объекта управления, субъекта воздействия и среды принято называть информацией состояния. Управляющие воздействия представляют собой информацию о том, что, как и когда надлежит сделать объекту управления, и их принято называть командной информацией.
Контуром управления называют замкнутую цепь, состоящую из органа управления и объекта управления, связанных каналами прямой и обратной связи, по которым циклически циркулирует соответственно командная информация и информация состояния (рис. 3.9).
Рис. 3.9. Контур управления
Командная информация в общем зависит от информации состояния. Эта зависимость может быть выражена формулой:
где t – момент, к которому относится информация состояния;
x(t) – информация состояния на момент времени t;
t – работное время органа управления;
Ф – функция преобразования информации состояния в командную информацию;
U(f + ?) – командная информация, относящаяся к моменту времени (t + ?), выработанная на основании информации состояния x(t).
Функция органа управления заключается в преобразовании информации состояния в командную информацию в соответствии с поставленной целью действий. Функция объекта управления состоит в реализации командной информации, заключающейся в определении действия для достижения поставленной цели, а также в сборе информации состояния. Функция каналов прямой и обратной связи заключается в передаче информации состояния от объекта управления к органу управления и командной информации в обратном направлении.
Поскольку основой управления являются информационные процессы, то определение количества информации, необходимой для выработки управляющих воздействий, перечня величин, их размерности, моментов поступления, дискретности, средств передачи, быстроты и надежности передачи информационных сигналов приобретает первостепенное значение.
Сущность процесса переработки информации в системе управления составляет то, что мы обычно называем выработкой и принятием решения. Исходя из поставленной задачи – цели управления и данных – информации об объекте управления и состоянии внешней среды, руководитель по определенным правилам принимает единственное, избранное из многих возможных, воздействие на объект.
В качестве непосредственной цели управления выступает достижение системой показателей, характеризующих состояние и функционирование системы. В качестве таких показателей - целевых функций или критериев эффективности могут выступать: плановое задание по выпуску продукции, рентабельность, прибыль, производительность труда.
Достижение заданных значений критериев эффективности осуществляется путем выбора органом управления управляющих воздействий на объект управления. Этот выбор и является основным содержанием переработки информации в системе управления. На его основании в органе управления принимается решение. Выработка решения происходит по определенным правилам – алгоритмам. Формализация сводится к созданию на базе содержательного, смыслового описания этого процесса его модели, связывающей целевую функцию управления с параметрами – исходными данными системы.
Для нормальной работы система управления производством должна располагать следующими данными:
– целью управления;
– идеальной моделью будущего функционирования объекта, рассчитанной так, чтобы цель достигалась оптимальным образом;
– моделью фактического состояния объекта для сравнения ее с идеальной моделью и нахождения отклонений;
– информацией, направленной на устранение отклонений фактического состояния модели от идеального.
Наличие этих данных обеспечивается выполнением трех основных фаз управления: 1) планирования, 2) учета и анализа, 3) регулирования.
Планирование делится на технико-экономическое и оперативно-производственное. Первое объединяет перспективное и текущее планирование и строится применительно к отдельным элементам объекта управления (производственные мощности, трудовые ресурсы, материальные ресурсы и т. д.). Оно обосновывает конечные результаты и потребные ресурсы. Второе ставит своей главной задачей спланировать осуществление производственных процессов (разработку календарных нормативов, выдачу заданий на рабочие места и т. д.) с целью увязки во времени и пространстве отдельных элементов производства.
Фаза планирования является в управлении ведущей, ибо с ее помощью предприятиям задаются цель, смысл и методы управления. Через нее осуществляется связь предприятия с внешней средой, увязка с хозяйственной политикой в стране, системами финансирования, стимулирования и т. д.
От планирования зависят учет и регулирование: учет ведется по показателям плана, а задачей регулирования является постоянное поддержание фактических показателей объекта на уровне плановых заданий. Планирование носит директивный характер.
Выполнение плана гарантируется фазой регулирования. Смысл этой фазы сводится к устранению текущих рассогласований (возмущений) в производстве. Фаза регулирования связана с планирующей через учет.
Анализ фаз планирования и регулирования показывает, что организация производственных процессов многовариантна. Одно и то же планирование может быть проведено в жизнь множеством различных, далеко не равноценных между собой по результатам, способов. То же можно сказать и про фазу регулирования: устранение возмущений может идти разными, более и менее эффективными путями. И среди множества вариантов планирования и регулирования производства, как правило, имеется наилучший, оптимальный. Нахождение его является одной из главных задач управления. Выбор наилучшего варианта решения требует переработки огромного количества разнообразной информации.
Рассмотрим в качестве примера роль и место информации на предприятиях приборостроения и машиностроения.
Для предприятий приборостроения (радиотехнические предприятия, предприятия средств связи и т. п.) обычно характерны следующие признаки: массовый характер основного производства, большой удельный вес сборочных операций, короткий производственный цикл, частая смена выпускаемых моделей, малая номенклатура выпускаемых изделий. Период оборачиваемости оборотных средств – один-полтора месяца. На указанном предприятии наблюдаются высокая скорость сборочного конвейера (такт 19 с), значительные темпы роста выпуска продукции, большое количество поставщиков (более тысячи) при их постоянной смене. Сроки и объемы поставок внутри планового периода достаточно неопределенные. Количество потребителей может достигать многих тысяч.
В этих условиях для производственных целей необходима следующая информация:
– конструкторская спецификация деталей, узлов, соединений; карты заимствованных, стандартизованных и унифицированных деталей и узлов; комплектовочные ведомости; спецификация тары;
– технологические маршруты прохождения деталей и узлов по цехам и участкам с перечнем операций, выполняемых в каждом из них;
– типы и виды оборудования, степень их загрузки для выполнения отдельных операций;
– режимы резания, которые определяются числом оборотов детали или инструментов в минуту, подачей, глубиной резания или числом двойных ходов прессового оборудования;
– спецификация инструмента и специальной оснастки, нормы их расхода на единицу изделий;
– нормы расходования сырья, материалов и покупных полуфабрикатов (подетальные, пооперационные и спецификационные);
– нормы затрат живого труда (времени или выработки);
– установленные расценки, нормативы численности вспомогательных рабочих;
– ведомости трудоемкости изделий;
– нормы расхода топлива, электроэнергии, сжатого воздуха, пара;
– план-график проведения предупредительных ремонтов;
- методы контроля качества деталей, узлов, изделий (сплошной, выборочный, статистический);
– ценник на материалы, систематизированный по группам, подгруппам и видам.
Получение, обработка и использование всей этой информации «вручную» неприемлемы по следующим основным причинам:
– работа с информацией осуществляется крайне медленно, не успевая за реальными процессами и потребностями производства; отсюда большие потери в эффективности за счет неоптимального использования возможностей предприятия;
– информационная сфера требует все больших затрат труда, а значит, и увеличения численности работающих;
– малая скорость обмена информации между органами управления и управляемыми объектами (по вертикали), а также между взаимодействующими объектами (но горизонтали) нарушает управление и не может не сказаться на его эффективности;
– затрудняется использование информации – своевременная выборка необходимых для управления данных; нарушается оперативность управления;
– неизбежно дублирование информации, что приводит к удорожанию управления;
– руководители производства перегружаются информацией, которую не в состоянии использовать.
Попытки передать отдельные информационные задачи вычислительной технике приводят лишь к механизации обработки информации, не решая всех упомянутых выше проблем. Преодоление указанных трудностей лежит на путях комплексной автоматизации управления производством.
Сходные трудности с информационными процессами управления существуют и на предприятиях машиностроения, автомобилестроения, например на Волжском автозаводе, где проектная мощность предприятия 660 тысяч автомобилей в год и общая численность промышленного производственного персонала 66 тысяч человек. Длина сборочного конвейера составляет здесь более 150 километров. Огромному по масштабу производству сопутствуют и соответствующие потоки информации. Так, номенклатура изделий только внутреннего производства достигает 7,5 тысяч наименований деталей и сборочных единиц. Для изготовления их применяются десятки разнообразных сложных технологических процессов: механическая и термическая обработка, литье и обработка давлением, сварка, пайка, окраска, нанесение мастик, защитных и полимерных материалов, гальванопластика, химическое покрытие, сборка и т. д. При этом завод потребляет около 4 тысяч наименований технологических материалов и комплектующих изделий. Что касается общей номенклатуры используемых в процессе производства материальных ресурсов, включая материалы для ремонтно-эксплуатационных нужд, запасные части и оборудование, инструмент и оснастку, то она достигает 400 тысяч наименований! Выход из положения здесь, как и в приборостроении, радиостроении, – создание современной системы управления предприятием.
Чтобы глубже разобраться в этой системе, вернемся к понятию управления.
Управление – весьма емкое, многоплановое понятие. Оно объемлет и руководство предприятием-гигантом, и вождение легкового автомобиля. Управление государством и станком, войсками и собственными поступками – все это управление. В чем же общий смысл столь разных проявлений этого слова?
Прежде всего, любой целенаправленный процесс всегда состоит из двух типов операций – рабочих и операций управления. Например, обработка металлов резанием. Рабочие операции – снятие стружки, собственно резание металла; операция управления – последовательная установка резца в такие положения, чтобы в результате резания получилась деталь определенной формы. Даже такое простое дело, как колка дров, требует как хорошего удара – рабочая операция, так и правильного направления топора при ударе – операция управления.
Для реализации рабочих операций существует технологическое или техническое оборудование: станки, роботы, транспортные устройства и их совокупности, объединенные в участки, цеха, заводы. Но сами по себе они бесполезны. Суппорты станков должны двигаться по определенным траекториям, транспортные устройства вовремя подавать к станкам заготовки и инструмент, в определенном порядке должны запускаться в производство различные партии деталей. И все эти операции должны быть взаимоувязаны между собой, а также в пространстве и во времени. Иначе говоря, все это многообразие требует управления.
Для определения всего того, что для своей целесообразной деятельности требует управления, в кибернетике существует термин «объект управления». И действительно, управляют всегда чем-нибудь: предприятием, цехом, станком, самолетом – объектом управления.
Все реальные системы можно грубо разделить на три группы:
– системы, составляющие элементы которых не связаны между собой, например группа отдельных разнородных деталей;
– системы, элементы которых связаны между собой жестко, когда положение, а в общем случае поведение каждого элемента однозначно определяется положением (поведением) другого, например металлоконструкция;
– системы, занимающие промежуточное положение. Изменение состояния отдельных элементов свободно в границах, определяемых состоянием другого элемента. Точка на ободе колеса может принимать любое положение, однако в пределах одного условия: расстояние ее до оси всегда должно быть одинаковым.
Очевидно, что управлять можно только системами третьего типа. Ни металлоконструкцией, ни беспорядочно сложенной кучей деталей управлять нельзя.
Таким образом, любой объект управления должен прежде всего иметь переменные характеристики. Изменение этих характеристик определяет поведение объекта управления. Между этими характеристиками должна быть постоянная связь. Связи определяют структуру объекта. И наконец, должна существовать возможность изменять некоторые переменные непосредственно извне.
В каждый конкретный момент времени переменные объекта управления принимают определенные значения. Эти значения, или «состояния», определяют общее состояние объекта управления.
Среди переменных обычно выделяют:
входные переменные – на которые можно непосредственно действовать извне;
выходные – на которые непосредственно воздействовать извне нельзя, но которые доступны для контроля (измерения);
внутренние – переменные, на которые нельзя воздействовать извне и которые трудно, сложно или невозможно вообще контролировать.
Входные переменные изменяются под действием возмущающих или управляющих воздействий. Управляющие воздействия, или «управления», – это то, чем можно распоряжаться в процессе управления. Возмущающие воздействия мешают процессу управления, пользоваться ими, влиять на них нельзя.
Среди выходных переменных выделяют группу управляемых переменных, определяющих цель управления – желаемое поведение объекта управления, например: скорость вращения шпинделя, перемещения суппорта, технико-экономические показатели производства.
Формальные зависимости, отражающие совокупность структурных связей между входными, внутренними и выходными переменными, называют математической моделью объекта управления.
Очевидно, что желаемого поведения управляемых переменных можно достичь только путем целенаправленного изменения управляющих воздействий. Целенаправленного, потому что при этом необходимо не только учитывать желаемое поведение, но и знать характер связей между входными и выходными переменными, возможные изменения возмущающих воздействий. Мало знать, что должно быть на выходе объекта управления, нужно уметь это получить. Действительно, сложность управления определяется не только наличием возмущающих воздействий, но и сложностью причинно-следственных и временных связей между входными и управляемыми переменными. Если бы не было этой сложности, надобность в теории управления, в кибернетике отпала бы. И недаром так высоко ценятся хорошие методы и алгоритмы управления, а там, где управление до сих пор формализовать не удается, мы ценим хороших управляющих, обладающих опытом, навыками, позволяющими интуитивно учитывать эту сложность.
Таким образом, задача управления – целенаправленно, с учетом цели, свойств объекта и возмущений, вырабатывать управляющие воздействия.
Если эта задача выполняется человеком, то тогда мы говорим о ручном управлении, если техническим устройством – об автоматическом управлении. Если в выработке «управлений» участвуют и люди, и технические устройства, то такое управление называют автоматизированным. В любом случае существует что-то или кто-то, что (или кто) вырабатывает управления. Для обозначения этого «что» в теории автоматического управления принят термин «управляющее устройство», или «блок управления», в более общем случае его называют блоком принятия решений.
Термины «управляющее устройство», «блок управления» в наше время, когда для управления применяются вычислительные машины, обеспечивающие за счет режимов разделения времени одновременное управление несколькими объектами, плохо соответствуют реальному положению вещей. Они остались нам в наследие от тех времен, когда управление каждым объектом управления обеспечивалось одним реальным техническим устройством – релейно-контактным блоком, регулятором. Предпочтительнее использовать термин «элемент управления». Под ним будем понимать совокупность формальных правил, по которым информация, используемая для управления, перерабатывается в управляющие воздействия.
Эти правила называют алгоритмами или законами управления. Алгоритмом – если управляющие воздействия вырабатываются с помощью многошагового процесса, законом – если одноэтапно.
Закон обычно выражается формулой или таблицей. Формула может включать как алгебраические и интегрально-дифференциальные зависимости, так и логику. Любой закон может быть представлен алгоритмом, и поскольку любую формулу можно представить в виде последовательности более простых операций. Однако не всякому алгоритму можно противопоставить закон. Существуют методы выработки решений (управляющих воздействий), которые, по существу, в силу различных причин носят характер последовательности отдельных этапов: методы линейного и динамического программирования, метод ветвей и границ и т. п.
Для выработки управляющих воздействий в общем случае используется информация о текущих значениях:
– управляемых переменных;
– задающих воздействий – переменных, определяющих желаемое поведение объекта управления;
– возмущающих воздействий. Задающие воздействия вырабатываются, как правило, вне системы управления, на верхнем уровне. В тех случаях, когда эта информация заранее записывается в памяти и используется для управления в нужный момент, в состав системы управления включают задающее устройство (в программно-логическом управлении – программатор).
Подобную схему можно найти сегодня в начале большинства книг по управлению самыми различными системами, как социально-экономическими (предприятие, цех, участок), так и техническими (станок, робот, транспортное средство). Основа схемы – два прямоугольника. Один из них – то, чем нужно управлять. Это может быть завод, цех, участок производства, технологический агрегат. Другой прямоугольник – то, что должно управлять объектом, – элемент управления. На заводе – это администрация предприятия, использующая автоматизированную систему управления (АСУ), на участке – АСУ технологическим процессом, применительно к технологическому агрегату – рабочий или автоматическое устройство управления агрегатом. Прямоугольники – элемент и объект управления – связаны двумя линиями – прямой и обратной связью. По линиям циркулирует информация: по одной – туда, по другой – обратно. Туда, на объект управления, идет от элемента управления командная информация: что, когда и как нужно сделать. Обратно, в элемент управления, поступает с объекта информация о его состоянии – доклад о том, что, когда и как сделано, в каком положении находятся элементы станка, робота и т. п. Это сведения о выполнении заданий, наличии материалов, инструмента, работе станков и т. п. В элементе управления информация состояния перерабатывается в командную информацию. На основе этой переработки рождаются указания о дальнейшей работе объекта, команды на перемещение и т. п.
Итак, первое: управление – это воздействие органов или устройств управления на объекты управления.
Второе: воздействие на объект управления осуществляется в соответствии с принятыми органами управления решениями.
Третье: целенаправленная переработка информации, составляющая основу управления, это интеллектуальная, умственная задача. Сегодня она все чаще и во все большем объеме поручается электронным вычислительным машинам.
В связи с тем, что изменения некоторых переменных в системе управления по различным причинам могут иметь кратковременный характер, а информация об этих изменениях влияет на выбор управляющих переменных, элемент управления должен включать в себя еще и память – устройство для фиксации событий, имевших место в предшествующие моменты времени.
Система управления – понятие не материальное. Это совокупность математических моделей реального объекта управления и модели элемента управления – алгоритма или закона управления. Основная задача этого понятия – формальная или формализованная разработка закона или алгоритма управления по известной модели объекта.
Реальная система управления производственным комплексом представляет собой совокупность контуров управления, расположенных на различных уровнях управления, связанных между собой как по вертикали, когда система нижнего уровня представляет собой объект управления для системы верхнего уровня, так и по горизонтали, если для управления переменными одного объекта необходима информация о состоянии одной или нескольких переменных другого.
Для управления реальной производственной системой (участком, цехом, заводом) необходимо управлять очень большим количеством переменных, как производственных, так и технологических. Управление каждой из них не обязательно требует информации о всех остальных. Как правило, для каждой из переменных нужно учитывать не более пяти-шести переменных. Действительно, любой технологический комплекс состоит из относительно обособленных технологических и вспомогательных агрегатов, как правило связанных друг с другом через одну, редко две переменные. Кроме того, задачи управления на различных уровнях управления характеризуются различными по своему характеру и сущности объектами управления. На нижних уровнях переменные представляют собой, как правило, параметры технологического оборудования: положение, скорость движения, температура, давление и т. п., на верхних – параметры материальных потоков: обрабатываемых материалов, инструмента, оснастки, готовых продуктов и т. п.
Все системы различаются между собой как по типу объекта, так и по способу управления.
Если математическая модель объекта управления отражает связь между установившимися значениями переменных, т. е. инерционными характеристиками объекта можно пренебречь, то такой объект называют статическим и систему управления соответственно статической. Например, задачи распределения обработки по технологическим агрегатам.
Если же инерционными характеристиками объекта пренебречь нельзя и модель включает время, то объект управления и систему управления называют динамическими. К динамическим системам относят широко известные системы регулирования параметров технологических агрегатов.
Если объект и внешние воздействия (возмущающие и задающие) могут быть описаны детерминированными математическими зависимостями, то такие системы называют детерминированными, в противном случае – стохастическими, или вероятностными.
Переменные модели объекта могут иметь непрерывный характер или дискретный. Непрерывность или дискретность переменных определяется как физическими свойствами объекта, когда объект имеет ограниченное число устойчивых состояний, а параметры переходов из одного устойчивого состояния в другое не интересуют, так и целями управления. Если для цели управления достаточно знать, что переменные объекта находятся в определенных пределах, то используются модели с дискретными переменными.
Непрерывные системы – системы с непрерывными переменными описываются алгебраическими и дифференциальными зависимостями. К ним относятся системы автоматического регулирования.
Дискретные системы описываются средствами дискретной математики – множествами, отношениями, графами, матрицами, формулами алгебры, логики.
По принципам управления системы делятся на работающие в реальном масштабе времени и работающие по предварительно разработанному плану, программе. Иногда говорят, что последние работают в «отсроченном режиме».
Отличить первые от вторых можно по следующему признаку. Как известно, для управления необходимо выполнить три группы операций: собрать информацию, выработать на ее основе управляющие воздействия (решения) и, наконец, реализовать, применить эти управляющие воздействия к объекту. Если эти три группы можно во времени разделить, то мы имеем дело с управлением по предварительно разработанной программе или плану. Это понятие несколько шире, чем общепринятое понятие «планирование». Под него подпадают и такие программы, как последовательность опорных точек при обработке на станках с числовым программным управлением (ЧПУ), и так называемые шаблоны плавок, и программы тепловой обработки, т. е. все случаи, когда управляющие воздействия можно заранее определить и распределить по порядку или во времени.
Процесс управления носит периодический характер, разделен на этапы планирования. Очевидно, что разработка плана или программы возможна, если достаточно достоверно известны или хорошо прогнозируются результаты предыдущего этапа планирования, задающие и возмущающие воздействия. Характерная черта планирования – пошаговое управление, причем принятие решения на каждом последующем шаге производится с учетом результатов управления на предыдущем шаге. Вторая особенность планирования – сравнительно сложные многошаговые методы выработки управляющих решений, как правило связанные с конструированием и оценкой вариантов или проигрыванием их на модели.
Системы планирования широко распространены не только на верхних уровнях управления производством, но и в процессах управления технологическим оборудованием. Если же все три группы операций: сбор информации, выработка решений и их реализация – неразделимы во времени, то такое управление относят к управлению в реальном времени.
Процесс в таких системах практически непрерывный: сбор информации, выработка решения и его реализация выполняются слитно и непрерывно. Такое управление применяется для управления и инерционными, динамическими объектами. Реакция на непосредственно предшествующие команды или решения на момент выработки последующих еще не известна, прогноза об изменении возмущающих и задающих воздействий, как правило, нет: используется информация о текущих значениях управляемых переменных, задающих и возмущающих воздействиях. В некоторых случаях при наличии в управляющем устройстве памяти используется информация о предшествующих значениях этих переменных и воздействий.
Если процессы быстротекущие, времени на проигрывание вариантов нет. Единственный выход – на каждую ситуацию управления заранее подготовить соответствующий набор управляющих воздействий. Это задача сложная, поскольку ситуаций может быть очень много. Облегчается она тем, что в большинстве случаев между ситуациями и целесообразными, т. е. ведущими к цели управления, управляющими воздействиями существует функциональная зависимость – закон управления. Эта зависимость устанавливается на основе следующего подхода: контур управления в целом рассматривается как динамическая система, поведение которой определяется как характеристиками объекта, так и характеристикой устройства управления – законом управления.
Выбором соответствующего закона управления можно добиться желаемого поведения системы. Например, в системах непрерывного управления (регулирования) выбором закона управления обеспечиваются устойчивость и качество переходного процесса. Более сложным законом управления можно обеспечить максимальное быстродействие и т. д. Для дискретных систем закон управления выражается в форме логических соотношений. Выбором логической функции можно добиться реализации циклического процесса (цикловое управление). Значение этой функции (управляющее воздействие) может определиться сразу, практически одномоментно (так называемая аппаратурная реализация), а может в результате последовательного алгоритмического процесса. Это зависит от сложности функции и имеющихся технических средств.
Необходимо отметить, что четкой границы или признака, отличающего оба типа управления, не существует. Различие заключается в отношении между быстродействием элемента управления и скоростью протекания процесса в объекте управления.
В чистом виде эти два типа управления встречаются редко. Как правило, реальные системы управления используют оба принципа. В системах планирования производства предусматривают механизмы корректировки планов, или «регулирование» производства. В системах регулирования и программно-логического управления, когда возможно, используют заранее запрограммированные режимы.
И наконец, в особый класс выделают так называемые оптимальные системы управления. Дело в том, что задача управления, как правило, допускает не одно решение: имеется несколько способов достижения цели управления. Каждому способу соответствуют свои затраты (энергии, времени и т. д.) или характеристики (точность, надежность). Опенка этих показателей называется критерием качества управления. Управление, обеспечивающее наряду с достижением цели минимальные (или максимальные) значения критерия качества, называется оптимальным управлением.
Оптимизация управления достигается в основном двумя способами.
Первый способ – планирования или программирования – используется в тех случаях, когда, во-первых, параметры модели объекта управления достоверно известны и не меняются в процессе управления; во-вторых, характер возмущающих и задающих воздействий достоверно известен и не меняется в процессе управления. Тогда существует принципиальная возможность априорного расчета управляющих воздействий, обеспечивающих оптимальный процесс.
К оптимальному типу управления относится управление, использующее алгоритмы линейного, нелинейного и динамического программирования, принцип максимума.
Второй способ применяется тогда, когда параметры модели достоверно неизвестны или меняются во времени либо неизвестен характер возмущающих или задающих воздействий и пренебречь ими нельзя. Оптимизация обеспечивается в процессе реализации управляемого процесса, в реальном времени. Такой принцип называют принципом адаптации, а системы управления соответственно – адаптивными.
Похожие рефераты:
