4.3.3. Типы операторов системы

Следующая классификация (табл. 4.3) — по особенностям оператор S системы, т. е. классификация типов связей между входными и выходными переменными.

Таблица 4.3.

С И С Т Е М Ы
ЧЕРНЫЙ ЯЩИК (S неизвестен)	НЕПАРАМЕТРИЗОВАННЫЙ КЛАСС (S известен частично)	ПАРАМЕТРИЗОВАННЫЙ КЛАСС (S известен до параметров)	БЕЛЫЙ ЯЩИК (S известен полностью)

Классы систем, отличаются степенью известности оператора S. Чем больше сведений об S мы имеем, тем больше различий можно рассмотреть и тем более развитой окажется классификация. Например, информация об S может носить настолько общий характер, что модель нельзя привести к параметризованной функциональной форме. Так, может быть известно, что в соотношении Y = S(X) функция S непрерывна, монотонна или симметрична; отсюда не следует никаких конкретных выводов о функциональном виде этой зависимости.

Непараметризованный класс операторов системы и соответствует подобным ситуациям с очень скудной априорной информацией об S.

Знания об S могут соответствовать уровню параметрической модели этого оператора, т. е. записать зависимость y(t) от x(t) в явной форме с точностью до конечного числа параметров. Если эти параметры заданы точно, то всякая неопределенность исчезает, и мы имеем системы с полностью определенным оператором, т. е. «белый ящик».

4.3.4. Типы способов управления

Следующая классификация систем — по способам управления — приведена на табл. 4.4. Первый уровень классификации определяется тем входит ли управляющий блок в систему или является внешним по отношению к ней; выделен также класс систем, управление которым разделено и частично осуществляется извне, а частично — внутри самой системы.

Таблица 4.4.

С И С Т Е М Ы
УПРАВЛЯЕМЫЕ ИЗВНЕ	САМОУПРАВЛЯЕМЫЕ	С КОМБИНИРОВАННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
Без обратной связи	Программное управление	Автоматические
Регулирование	Автоматическое управление	Полуавтоматические
Управление по параметрам	Параметрическая адаптация	Автоматизированные
Управление по структуре	Самоорганизация	Организационные

Независимо от того, включен ли в систему и вынесен ли из нее управляющий блок, можно выделить четыре основных типа (способа) управления, что и отражено на втором уровне классификации (табл. 4.4.). Эти способы различаются в зависимости от степени известности траектории системы в фазовом пространстве, приводящей систему к цели, и возможности управляющей системы удерживать управляемую систему на этой траектории.

Первый (простейший) случай имеет место тогда, когда нужная траектория известна точно, а следовательно, априори известно и правильное управление u₀(t). В таком случае это управление можно осуществлять, не обращая внимание на развитие событий; ведь и так известно, как они должны (и будут) развиваться. Стрельба из ружья, работа ЭВМ по программе, рост зародыша живого организма, пользование телефоном-автоматом являются примерами такой ситуации.

Однако случаи, когда управление u₀(t) без обратной связи, только по априорной информации, приводит к достижению цели, возможны лишь при том условии, что все будет происходить именно так, как предписывает заданная траектория.

Чаще оказывается, что процессы на неуправляемых входах v₀(t) отличаются от ранее предполагаемых, либо существенным оказывается действие неучитываемых входов и система «сходит с нужной траектории». Пусть имеется возможность наблюдать текущую траекторию y(t), находить разность y(t) – у₀(t) и определять дополнительное к программному управление, которое в ближайшем будущем возвратит выходы системы на нужную траекторию у₀. Такой способ управления называется регулированием, а соответствующие системы выделены во второй класс второго уровня классификации. Например, этому классу принадлежит управление, которое осуществляется автопилотом, судовым авторулевым, в рефлекторных реакциях животных и т.п.

Следующие способы управления и соответствующие им типы систем возникают в связи с необходимостью управления в условиях, когда либо невозможно задать опорную программную траекторию на весь период времени, либо уклонение от нее столь велико, что невозможно вернуться на нее (регулирование обычно осуществляется при «малых» в известном смысле уклонениях y(t) – у₀(t)). Теперь нам необходимо спрогнозировать текущую траекторию y(t) на будущее и определить, пересечет ли она целевую область Y. Управление состоит в подстройке параметров системы до тех пор, пока такое пересечение не будет обеспечено. Этому и соответствует третий класс систем. Примерами такого управления являются процессы адаптации живых организмов к изменяющимся условиям жизни, работа пилотов и шоферов, адаптивные и автоматизированные системы управления и т.п.

Иногда может оказаться, что среди всех возможных комбинаций значений управляемых параметров системы не найдется такой, при которой ее траектория пересечет целевую область. Это означает, что цель для данной системы недостижима. Но, может быть, она достижима для другой системы? Сказанное дает еще один способ управления: изменять структуру системы в поисках такой, при которой возможно попадание в целевую область. По существу, имеет место перебор разных систем, но это системы с одинаковыми входами X, создаваемыми не произвольно, а в соответствии с наличными средствами. Такое управление, называемое структурной адаптацией, выделим в четвертый класс классификации второго уровня (табл. 4.4.). Примерами реализации указанного управления являются гибкие автоматизированные производства, вычислительные сети, сельскохозяйственные машины со сменными навесными и прицепными устройствами, мутации организмов в процессе естественного отбора, организационные изменения в государственном аппарате и т.д.

На этом закончим классификацию по типам управления, хотя ее можно развивать и дальше, не только «вглубь», но и «вширь».

5