1.2. Основы теории управления социалистическим производством.

Системный подход к проблеме управления.

Важнейшим и определяющим элементом современного производства являются трудовые ресурсы, т.е. коллективы людей. Поэтому вся система производства относится к категории социально-экономических систем.

Сложность проблем управления социально-экономическими системами приводит к необходимости глубокого их осмысления с позиций марксистко-ленинской философии и требует для их решения самых современных методов исследования. Одним из наиболее эффективных методов является, так называемый, системный подход, основанный на положениях диалектического материализма.

Арсенал диалектического материализма располагает широким набором методов исследования сложных объектов: метод восхождения от абстрактного к конкретному; единство логического и исторического; диалектическое понятие анализа и синтеза; взаимоотношение части и целого; закон «отрицания отрицания» и т.д. Системный подход вытекает из марксистко-ленинской философии и базируется на методах материалистической диалектики. «В области явлений общественных, - писал В. И. Ленин – необходимо брать не отдельные факты, а всю совокупность относящихся к рассматриваемому вопросу фактов …» Примером системного подхода является «Капитал» К. Маркса. На основе разработанного им понятия «товар», Маркс исследует капиталистическую систему во всех её взаимосвязях и развитии.

Теория систем (концепция научного подхода к изучению сложных явлений) была сформулирована вскоре после второй мировой войны. Разрабатывается математическое описание систем, анализ их функционирования и свойств. Благоприятствовало развитию системного подхода в 40-х годах существенное развитие кибернетики и прикладных наук, использующих системные идеи: исследование операций, теория игр, теория принятия решений.

Системный подход основан на принципе изучения всех процессов в природе и обществе не как изолированных локальных явлений, а в совокупности с другими процессами и явлениями. Совокупность явлений представляет собой структуру, состоящую из взаимосвязанных элементов и образующих объект, обладающий новыми свойствами по сравнению со свойствами элементов, т.е. систему.

Распространяя понятие системы не только на материальные объекты, но и на процессы в природе и обществе, системный подход является практически универсальным средством исследования.

Системный подход – это метод познания сложных объектов и явлений объективной действительности путём выделения их в обособленные совокупности – системы, выявления их свойств их свойств и характеристик, сравнения их с уже изученными системами. Системный подход учитывает принципиальную сложность исследуемого объекта, его разветвлённые связи с окружающим миром, ненаблюдаемость целого ряда его свойств.

Рассматривая реальный объект или явление, имеющиеся данные об их свойствах, внутренних связях и связях с окружающим миром, исследователь описывает их в абстрактных категориях теории систем и на основе известных свойств систем выявляет новые свойства и новые взаимосвязи. Важнейшей категорией системного подхода является понятие системы. Для разных приложений понятие системы имеет разную интерпретацию.

Мы будем иметь ввиду инженерное и конструкторское понимание системы, т.е. как совокупность взаимосвязанных подобъектов и их отношений, обладающую рядом свойств целостности или т.н. эмерджентных¹¹ свойств.

Системе присуща принципиальная несводимость её свойств к сумме свойств её компонентов и принципиальная невыводимость из последних свойств целостности.

Системный подход позволяет выделить отдельные свойства систем, найти сходные свойства и элементы в системах различного характера. По сходству ряда признаков выделены различные классы систем, Различают большие системы, сложные системы, динамические системы, кибернетические системы, самоорганизующиеся системы и т.д.

------------------------------

11. Эмерджентность – наличие свойств целостности, т.е. таких свойств системы, которые не присущи составляющим её элементам в отдельности. Например: Cl – газ, Na – металл, NaCl – соль.

Различают также управляемые и неуправляемые системы. В рамках системного подхода термин «управление» определяется как функция системы. Функция управления в управляемых системах направлена на сохранение основного устойчивого качества системы, именуемого её гомеостазом, т.е. свойством, обеспечивающим выполнение некоторой программы достижения поставленной цели (гомеостаз – это совокупность свойств, утеря которых влечёт за собой разрешение системы). Постановка цели может осуществляться как самой системой (для этого она должна обладать целеобразующими элементами), либо вышестоящей системой. Системы, обладающие функцией управления, наблюдаются в живой природе, технике и в обществе. Реализацию этой функции часто осуществляют специальные подсистемы, входящие в систему. Например, у высших млекопитающих управление организмом осуществляет центральная нервная система, которая в данном случае может называться подсистемой управления. В технических системах для управления применяются специальные системы управления и регулирования, которые обеспечивают устойчивое функционирование технических систем.

В обществе создаются системы социального и экономического управления, которые и осуществляют функцию управления.

Т аким образом, в управляемых системах можно выделить две основные подсистемы: управляющую подсистему и управляемую подсистему. В литературе часто используются термины «субъект управления» или «система управления» и «объект управления» (рис. 7).

Рис. 7 Схема управляемой системы.

В управляемых системах управление может быть реализовано различными способами, но основании чего строится структура систему управления. Основными характеристиками, определяющими структуру системы управления, являются: принципы управления, цели управления, функции системы управления, качество системы управления.

Научные основы управления социалистическим производством.

К настоящему времени обозначены достаточно чёткие контуры науки об управлении социалистическим производством. Научная система знаний о социалистическом общественном управлении включает в себя:

1. Методологические основы социалистического управления, базирующиеся на положениях марксистско-ленинской философии, теории научноо коммунизма и политэкономии социализма.

2. Теоретические основы научного управления, базирующиеся на научных достижениях кибернетики, теории систем, системного анализа, исследования операций и т.д.

3. Конкретные управленческие науки: статистику, анализ хозяйственной деятельности, планирование, обработка экономической и научно-технической информации.

К конкретным управленческим наукам относятся также науки, изучающие отдельные аспекты управления: функциональные структуры, организацию труда, нормирование, правовые науки, социально-психологические аспекты управления и т.д. Сюда же относятся практические разработки и рекомендации, изложенные в партийных документах, Ленинские разработки практических вопросов.

Необходимость привлечения мощного научного аппарата к исследованию и решению проблем управления социалистической экономикой объясняется коренным отличием социальных систем управления от биологических и технических систем.

Основные качества биологических систем управления были выработаны в результате длительной эволюции и естественного отбора. Желаемые свойства технических систем управления обеспечиваются соответствующими методами конструирования и экспериментальной отработки. Социальные и экономические системы, т.е. общественные системы управления создаются путём их организации. Желаемые свойства общественных систем управления достигаются в процессе организации и непрерывного и х развития и совершенствования. При этом необходимо учитывать следующие важные обстоятельства.

Во-первых, развитие социализма и процесс построения коммунистического общества осуществляется впервые в истории человечества, как целенаправленный процесс, обоснованный марксистско-ленинской теорией, что налагает на систему социалистического управления особые требования в части принципов её построения и выбора целей управления.

Во-вторых, необходимо учитывать основные свойства социалистического общественного управления, которые определяются сущностью социалистического строя:

- принадлежностью средств производства трудящимися;

-сосредоточением государственной власти в руках трудящихся;

Поэтому необходимо учитывать, что управление социалистическим производством – это, в первую очередь, механизм, реализующий систему присущих социалистическому производству общественных, коллективных и индивидуальных интересов, что связано в определённой мере с функциями и качеством системы управления.

Принципы социалистического управления.

Различают фундаментальные и частные принципы социалистического управления. В основе организации социалистического управления лежат фундаментальные ленинские принципы социалистического управления. К ним относятся следующие пять принципов:

- принцип демократического централизма;

- принцип единства политического и хозяйственного руководства, сердцевиной которого является партийное руководство экономикой;

- принцип плановости, органически сочетающийся с хозяйственным расчётом;

- принцип сочетания отраслевого и территориального управления;

- принцип широкого участия трудящихся в социалистическом управлении хозяйством.

К числу фундаментальных следует отнести также, сформулированный XXV съездом КПСС, новый принцип управления, устанавливающий, что управление должно быть нацелено на конечные народнохозяйственные результаты. Фундаментальные принципы социалистического управления обязательны для систем всех уровней и управления, они не расчленимы и не обладают свойством соподчинённости.

Системы управления формируются также с учётом множества частных принципов, таких как принцип подбора кадров, принцип права и ответственности руководителей, принцип обратной связи в системах управления и др.

Предварительным условием совершенствования системы управления любой организации является анализ системы с точки зрения соблюдения, в первую очередь, фундаментальных принципов социалистического управления, а также правильности выбора и соответствия частным принципам управления.

Цели социалистической системы управления.

Всякое управление предполагает достижение поставленной цели, поэтому выбор и формирование целей является начальным моментов в любом процессе управления.

Цели управления определяются в соответствии с уровнем управления и должны быть ориентированы на конечные народнохозяйственные результаты. В восьмидесятые годы Коммунистическая партия будет последовательно продолжать осуществление своей экономической стратегии, высшая цель которой – неуклонный подъём материального и культурного уровня жизни народа, создание лучших условий для всестороннего развития личности на основе дальнейшего повышения эффективности всего общественного производства, увеличения производительности труда, роста социальной и трудовой активности советских людей. Эта цель является общей целью социалистического управления.

Можно выделить также частные цели управления: э – экономические; с – социальные; п – политические; и – идеологические; н.т. – научно-технические. Деление целей условно. Партия учит видеть и учитывать диалектическое единство целей управления в социалистическом обществе. Однако, на отдельных этапах и стадиях управления могут ставиться частные цели или их сочетание. Например, можно представить следующие условные формулы:

(э + с + н.т.) – цели развития народного хозяйства (планы экономического и социального развития);

(с + н.т.) – социальные и духовные потребности (управление культурой, здравоохранением и т.п.);

п (э + с) – концентрация экономических и социальных целей при помощи политики.

Комплексное сочетание всех этих целей может быть выражено условно, например, следующей формулой:

Идеология является главным аспектом общественной жизни. Идеология пронизывает все направления человеческой деятельности в той степени, в какой эта деятельность является сознательной. Идеологические цели управления являются центральными и, в то же время, они – составная часть всех целей управления.

Аналогична трактовка научно-технических целей. НТП является важнейшим фактором развития общественного производства и входит в состав ряда общественных (социальных) целей. С другой стороны, создана специальная подсистема управления развитием НТП – государственные органы (ГКНТ СССР, АН СССР и т.п.), где научно-технические цели являются определяющими.

Целям присущи такие качества, как соподчинённость, развёртываемость и соотносительная важность. Эти свойства целей положены в основу любого метода обследования управленческого аппарата, так называемого метода «дерева целей».

П остроение «дерева целей» (ДЦ) заключается в разработке графа типа «дерево», корень которого соответствует главной цели (рис. 8).

Рис. 8 Схема дерева целей.

Смысл ДЦ заключается в том, что когда общую цель системы не удаётся связать со средствами её достижения, её разбивают на более мелкие цели, выполнение которых достигается в результате осуществления отдельных функций управления.

П ри формировании комплекса целей управления осуществляется редукция целей, т.е. разложение общих целей на частные, простые, конкретные. Общие цели превращаются в цели-задания (планы, директивы) органам управления (министерствам, ведомствам, объединениям, предприятиям). Последующее развёртывание целей-заданий трансформируется в конкретное задание – производственное, транспортное, строительное, финансовое, показателей производительности труда, качества изделий и т.д.

Целям присуще свойство имманентности – появление собственных целей каждого уровня управления, отражающих интересы данного уровня.

В литературе по управлению достаточно полно освещены вопросы методического характера, связанные с разработкой ДЦ. Тем не менее, практическое применение метода ДЦ встречает много трудностей, обусловленных локальным характером этого метода без взаимосвязи с функциями и структурой системы управления, т.е. без учёта системного подхода. Особые трудности вызывает учёт имманентных свойств целей.

Функции системы управления.

Выделение в управлении отдельных функций – субъективный процесс, порождённый сложностью экономических систем и управления ими. Возникновение функций управления – результат дифференциации целенаправленных воздействий, разделения и специализации труда в сфере управления.

В системном аспекте функции – понятие, отражающее действие системы или её элемента в процессе достижения поставленной цели. Функции управления отвечают на вопрос: кто и что делает или должен делать в системе управления. Функции управления направлены на достижение поставленных перед СУ целей и представляют собой целенаправленный специализированный вид трудовой деятельности по переводу объекта управления (управляемой системы) в желаемое состояние.

Управленческая деятельность или функция управления выделилась в процессе развития производства и, в свою очередь, способствовала развитию кооперированного труда. Усложнение и развитие производства привели к усложнению и развитию функции управления, которая разделилась на отдельные функции управления, обособившиеся в процессе специализации управленческого труда.

Р азличными авторами предлагаются различные принципы классификации функций управления. Например, деление функций управления с позиции объекта управления и с позиции системы управления. Деление функций управления с позиций объекта управления отражает отраслевую или территориальную структуру, отдельные объекты производства, а также деление на управление сферой материального производства и управление внепроизводственной сферой. Примерная схема такого деления функций управления представлена на рис. 9.

Рис. 9 Схема деления функций управления с позиций объекта управления.

С хема деления функций управления с позиции управляющей системы приведена на рис. 10.

Рис. 10 Деление функций с позиций системы управления.

На всех 3-х стадиях имеются функции учёта и функции анализа.

Интегрированная функция управления, объединяющая все другие функции, называется функцией руководства (сверхфункция, надфункция). Прочие функции можно назвать специализированными функциями. Разделение функций управления условно. В действительности приходится использовать комбинированные функции управления, например, планирование и контроль и т.д.

Ф ункциям присущи те же свойства, что и целям, т.е. соподчинённость, развёртываемость и соотносительная важность. Возможно также построение дерева функций, причём элементы функций могут быть представлены следующей цепочкой:

По аналогии с построением ДЦ может быть построено и «дерево функций», которое основано на детальном представлении этапов достижения цели в виде совокупности функций (действий) управления.

В рамках системного подхода определение набора функций СУ необходимо производить путём сопоставления их с набором поставленных перед СУ целей. Такая процедура исследования СУ может быть названа «функционально-целевым анализом» (ФЦА). Для ФЦА удобно использовать матричную форму записи взаимосвязи элементарных функций и элементарных целей между собой (рис. 11).

Рис. 11 Матрица взаимосвязей функций и целей СУ.

Функции системы управления в значительной мере связаны со структурой системы.

Структура (схема) системы управления (в системном понимании) – понятие, отражающее совокупность элементов, участвующих в реализации функций системы, а также множество их связей. В рамках этих понятий система управления имеет различные структуры, в частности, функциональную, схемную и целевую.

В настоящее время получил распространение метод структурно-функционального анализа аппарата управления. Этот метод основан на сопоставлении функциональной структуры системы и административной структуры.

В этом случае взаимосвязь этих структур может быть также представлена в матричной форме, где наименования строк будут элементарными функциями, а столбцов элементами административной структуры. Таким путём может быть построена матрица взаимосвязи административной и функциональной структуры системы управления, аналогичная матрица взаимосвязи и целей СУ.

Структурно-функциональный анализ (СФА) позволяет упорядочить проектирование административных структур управления. На основе СФА могут быть уточнены должностные инструкции сотрудников и положения о структурных подразделениях аппарата управления. СФА более наглядно раскрывает содержание нормативных документов и отражает динамику процессов управления. Метод СФА в комплексе с методом ФЦА позволяет достаточно полно проанализировать оптимальность построения СУ и получить необходимые данные для её совершенствования.

Качество системы управления.

Достижение конкретных целей может обеспечиваться системой управления с различной степенью успеха. Это свойство системы управления можно определить как её качество. В нашем понимании качество системы управления есть её способность выполнять возложенные на неё функции управления и обеспечивать достижение поставленных перед ней целей при соблюдении фундаментальных прин­ципов социалистического управления.

Качество системы управления может измеряться уровнем и по­казателями. Чем выше качество системы управления, тем более пол­но достигаются поставленные цели. В зависимости от характера це­лей и задач, стоящих перед системой управления, она может оцени­ваться различными показателями.

Наиболее общим показателем качества системы управления яв­ляется её эффективность. Показателями качества также могут быть экономичность, мобильность, надежность и т.п. Качество СУ опре­деляется многими факторами, которые можно объединить в шесть основных групп. Эти группы характеризуют: степень совершенства организации управления, степень оптимального сочетания методов управления, уровень культуры руководства, профессиональный уро­вень управленческого персонала, степень оптимальности использования технических средств, степень благоприятного сочетания со­циально - психологических факторов.

Основные факторы, входящие в указанные группы, приведены на рис. 12 .

Характеристика качества СУ является интегрирующей и позво­ляет в полной мере использовать преимущества системного подхода, т.е. результаты отдельных разрозненных мероприятий, результаты анализа отдельных сторон управленческой деятельности могут быть эффективно использованы для совершенствования системы управления путем оценки показателей ее качества. Исследование методов обес­печения высокого качества управления является основным предме­том теории управления.

Элементы теории автоматического регулирования и управления

техническими системами.

Для обеспечения приемлемого качества системы управления необходимо строить систему управления на научных основах, уметь оценить её количественные показатели с тем, чтобы целенаправленно её совершенствовать,

Выполнение этой задачи требует знания законов управления, методов учета факторов, влияющих на качество управления, и методов активного использования накопленного опыта.

С этой точки зрения представляет интерес ознакомление с про­цессами и элементами управления в неживой природе, знания о ко­торых получили достаточное развитие.

Человечество длительное время занимается изучением объектов живой и неживой природы, накопленные знания о которых используют­ся для решения практических задач. Приручение животных, культи­вирование растений, использование законов природы для создания технических систем вызвали необходимость научного объяснения этих процессов и привели к возникновению различных наук, таких как теория управления, кибернетика, бионика и т.п. Теория управ­ления зародилась при изучении систем неживой природы. К системам неживой природы относятся естественные системы: неживой природы и создаваемые людьми технические системы.

Рис. 12 Факторы, определяющие качество управления.

Равновесие в естественных системах неживой природы.

Характерным примером естественной системы, находящейся в равновесии, является солнечная система. В результате исследования этой системы были открыты фундаментальные законы природы: законы Кеплера, закон всемирного тяготения, были изучены параметры дви­жения планет и других космических объектов и т.д.

При внедрении из космического пространства в солнечную систему какого-либо крупного тела, сравнимого по массе с планетами солнечной системы или с самим Солнцем, равновесие солнечной сис­темы может быть нарушено и, в конечном итоге, возможно полное разрушение системы. Другим примером является система питания рек водой. Функционирование и устойчивость этой системы обеспечива­ется наличием солнечной энергии,

Можно привести примеры множества других систем неживой природы, которые имеют естественные регуляторы, стабилизирующие функционирование этих систем. Важно то, что эти системы обладают свойствами эмерджентности, обеспечивающими состояние равновесия и стабильности функционирования этих систем. Если изменятся внешние условия настолько, что равновесие и стабиль­ность нарушатся, то система исчезнет.

Возникновение регулируемых процессов в природе не является целенаправленным и обусловлено случайными причинами, а регулярность их обеспечивается действием общих законов природы. В зависимости от природы действующих сил равновесие может быть различных видов: гравитационное, энергетическое, динамическое и т.п. В этом смысле ато­мы также находятся а энергетическом равновесии. В ядерных устрой­ствах это равновесие нарушается, и атом как система распадается, превращаясь в другой атом с другим уровнем равновесия.

По уровню равновесия системы делят на три вида:

Если при отклонении системы от равновесного состояния появля­ются факторы, которые способны вернуть её в первоначальное состоя­ние, то такая система называется устойчивой.

Если в результате нарушения равновесного состояния система постепенно утрачивает равновесие, то такая система называется неустойчивой.

Рис. 13 Уровень равновесия систем.

Е сли при отклонении системы от первоначального положения она нанимает новое равновесное состояние, система называется нейтральной. Эти определения иллюстрируются следующей схемой (рис. 13)

Управление в технических системах.

Управление в технических системах осуществляется человеком и предназначено регулировать потоки вещества, энергии и информации. Управление механизмами, машинами, производственно-технологическими процессами Ф. Энгельс называл управлением вещами.

У правление в технике бывает ручное, автоматизированное и автоматическое. В качестве примера рассмотрим систему отопления помещения. Как известно, система отопления помещения предназначена для поддержания в нём определенной температуры воздуха. Отвле­каясь от существа процессов теплообмена, можно представить, что управление этими процессами осуществляется по параметрам температуры внешней среды и температуры воздуха в комнате. В частности, в ряде случаев включение системы отопления производится путем от­крытия вентиля при определенных значениях температуры наружного воздуха. Регулирование температуры в помещении осуществляется также поворотом вентиля. Предположим, что эти процессы выполняются вручную, с применением автоматизации и автоматически. На приведенных ниже схемах (рис. 14, 15, 16) представлены все три случая. Во всех трёх схемах регулирования температуры помещения можно выделить сходные элементы, обозначенные цифрами I, II, III.

Рис. 14 Ручная регулировка температуры помещения.

I - Управляющее устройство (регулятор), которое включает в себя источник информации (термометр, измеряющий внешнюю температуру) и элемент, принимающий решение к действию (человек, реле).

II - Исполнительный элемент, который под действием регулято­ра выполняет операцию регулирования. На схеме рис. 14 исполнительным элементом является рука человека, на рис. 15 и 16 исполнительным элементом является электрический привод.

III - Управляемый элемент (объект управления) - часть установки, на которую оказывается управляющее воздействие (в данном случае система отопления, где регулируется подача энергии, носителем которой является вода).

Рис. 15 Автоматизированная регулировка температуры помещения.

Рис. 16 Автоматическая регулировка температуры помещения.

В есь процесс регулирования сопровождается информационными воздействиями на систему. В теорию автоматического регулирования вводятся понятия элементарных звеньев и сигналов объекта (рис. 17), которые можно определить следующим образом.

Рис. 17 Элементарные звенья и сигналы объекта.

Регулятор (управляющее устройство) есть совокупность звеньев, которая оказывает влияние на объект регулирования путём подачи сигнала на исполнительный орган в соответствии с поставленной задачей - задающим параметром, т.е. выходным сигналом.

В этой схеме в состав регулятора входит сосуд с ртутью и реле, которое срабатывает при погружении термодатчика на заданную глубину. Погружение выбирается в соответствии с допустимым значением внешней температуры, когда должно включаться или выключаться отопление. Внешняя температура является в дан­ном случае задающим параметром.

Объект управления - часть установки, на которую оказыва­ется управляющее воздействие (в данном случае система отопле­ния, где регулируется подача энергии, носителем которой являет­ся вода).

Исполнительным органом - называется звено, которое служит для непосредственного целенаправленного воздействия на поток энергии или вещества (в данном случае исполнительным органом является электрический привод открытия и закрытия вентиля в отопительной сети).

Управляемый параметр - параметр управляемой системы, величина которого поддерживается в заданных пределах (рис. 18). Параметры управления и выходные управляемые параметры принято таете называть сигналами. Указанные сигналы могут быть отнесе­ны как к объекту в целом, так и к отдельному звену. Различают также сигналы помехи.

Рис. 18 изменение величины управляемого параметра после воздействия на поток энергии.

Понятие однонаправленного звена и описание его характеристик.

Однонаправленным звеном называется любое звено регули­руемой системы, в котором входные и выходные сигналы носят не случайный характер, а находятся под контролем и имеют оди­наковое направление. Кроме того, однонаправленное звено (ОЗ) может иметь неуправляемые случайные сигналы - входные сигналы помехи (рис. 19).

З адача ОЗ – обеспечить прием сигналов, поступающих на вход, переработку входного сигнала и выдачу выходного сигнала последующему звену или конечного выходного сигнала системы, т.е. регулируемого параметра всей системы. ОЗ характеризуется передаточной и переходной функцией. ОЗ называется линейным, если передаточная функция его не зависит от времени.

Рис. 19 Схема сигналов однонаправленного звена.

Понятие передаточной функции.

В ведём обозначения

Передаточная функция определяется как отношений выходного сигнала к входному.

Для линейного звена

О тсюда , т.е. выходной сигнал равен входному на передаточную функцию (характеристику)

Выходной сигнал ОЗ с учётом помех:

Передаточной функцией линейного звена называется характеристика этого звена, значения которой необходимы для осуществления процесса регулирования.

Примеры: 1. Угол поворота рулевого колеса автомобиля 15^о соответствует повороту колеса на 1^о

2. Фондоотдача:

тоже передаточная функция

П онятие переходной функции (рис. 20).

Рис. 20 Схема переходного процесса.

Переходная функция h(t) линейного звена представляет со­бой его реакцию на единичное воздействие, отнесённую к амплитуде скачка выходного сигнала, т.е. переходная функция является свойством линейного звена, определяющим его особенности при пе­редаче сигнала. h(t) характеризует инерционность звена и опреде­ляет длительность входного (задающего) импульса, при которой полученная выходная функция имеет незначительные отклонения от искомой выходной функции. Это время называют временем перехода - t_перех.

Пример 1. Мгновенное нажатие на педаль газа в автомобиле не приводит к изменению в его скорости. Необходимо какое-то время держать педаль в нажатом состоянии, чтобы скорость изме­нилась до желаемой величины.

Ввод новых мощностей в промышленности не сразу приводит к пропорциональному увеличению объемов производства. Существует период освоения мощностей.

Каждый самолет при посадке имеет свою величину пробега. Мгновенная остановка самолета невозможна.

В ыгодной сигнал однонаправленного звена с учетом переход­ной функции.

g – передаточная функция

h(t) – переходная функция

Любая техническая система рассматривается как совокупность однонаправленных звеньев. Для системы также как и для отдельного звена применяются понятия входных и выходных сигналов, передаточ­ных и переходных функций.

Понятие разомкнутой схемы управления (регулирования).

Р азомкнутая схема управления (рис. 21) является суммой пос­ледовательно соединенных однонаправленных звеньев управления (пе­редаточных звеньев).

Рис. 21 Разомкнутая схема управления.

I - Управляющее устройство (человек и термометр или сосуд с рту­тью и реле).

II - Исполнительное устройство (рука или электропривод и вентиль).

III - Объект управления (теплобменник, тепловой поток в помещении). Входной сигнал - внешняя температура.

Все три схемы регулирования потока энергии для управления температурой помещения являются разомкнутыми схемами управления.

Недостатки разомкнутой схемы регулирования: в разомкнутой системе управления искажения, вносимые сигналом помехи в выходной сигнал, ничем не корректируются, в результате чего величина управ­ляемого параметра может выйти из заданных пределов и задача управ­ления может быть не выполнена.

Разомкнутая система управления хорошо выполняет задачу, если:

1. передаточные характеристики объекта регулирования известны и неизменны во времени;

2. отсутствуют существенные возмущающие воздействия.

Эти условия хорошо выполняются при управлении станками, бла­годаря чему системы разомкнутого управления приобрели большое значение в машиностроении (остановка или реверс станка, лифт).

Понятие передаточных характеристик разомкнутой системы управления.

Передаточные характеристики в разомкнутой схеме управления могут быть определены как по всей системе регулирования, так и по каждому звену в отдельности. Передаточная характеристика всей системы регулирования (звено управлений — объект управления) определяется как отношение величины изменения выходного сигнала к величине изменения входного сигнала.

Например, для системы регулирования температуры помещения входным сигналом является величина открытия вентиля, а выходным сигналом - температура воздуха в помещении (рис. 22).

Рис. 22 График передаточной характеристики

Замкнутая схема управления (контур управления с обратной связью, рис. 23.)

О братная связь - важнейшее понятие кибернетики, означающее обратное воздействие результатов управления системой на процесс этого управления, или иными словами, использование в управлении информации, поступающей от объекта управления.

Рис. 23 Замкнутая система управления

I - Управляющее звено,

II - Исполнительное звено,

III - Управляемое звено (объект управления),

а - внутренний контур управления с обратной связью,

А - внешний контур правления с обратной связью (Главный контур управления),

- измерение сигнала па выходе.

При передаче части выходного сигнала всей системы на её вход образуется внешний контур управления с обратной связью. Обратные связи, соединяющие выходы отдельных звеньев или групп звеньев, последовательно включенных, с их входом называются внутренними контурами управления с обратной связью. По каналу свя­зи, ведущему от управляющей системы к управляемой, передается управляющая информация. По каналу связи противоположного направления передается информация о состоянии управляемого объекта.

Эта информация используется для выработки управляющего сигнала и воздействия на управляемый объект для получения желаемого эффекта.

По эффекту воздействия обратной связи на объект управления различают два вида ОС - отрицательную и положительную.

М ожно представить более наглядную графическую схему системы с обратной связью (рис. 24).

Рис. 24 Схема системы управления с обратной связью

I – блок управления,

II, III – управляемый объект,

IV – блок сравнения,

W – задающий параметр (сигнал) 20^оС,

X – выходной сигнал температуры в помещении,

e=W-X – сигнал рассогласования,

U_вх – управляющий сигнал,

Z – помехи.

Сигнал управления, поступивший на вход управляемого объекта, преобразуется в нём и результат подается на выход. Через канал обратной связи выход соединён с блоком сравнения, где результат оценивается.

Принцип обратной связи универсален, он лежит в основе функционирования автоматически регулируемых систем в природе, техни­ке, экономике и других областях.

Отрицательная обратная связь (ООС).

Замкнутой системой управления с отрицательной обратной связью называется такая система управления, когда информация, поступающая в управляющее звено от управляемого объекта, исполь­зуется для формирования управляющего сигнала, способствующего ос­лаблению управляемого процесса при возрастании (усилении) выходного сигнала и усилению управляемого процесса при уменьшении (ослаблении) выходного сигнала.

Примеры отрицательной ОО.

1. При управлении температурой в помещении:

- при увеличении температуры в помещении поток тепла (горя­чей воды) уменьшается;

- при уменьшении температуры в помещении поток тепла увели­чивается»

2. Движение руля автомобиля: если автомобиль уклоняется влево от принятого направления, водитель с помощью рулевого колеса поворачивает колеса машины вправо.

3. В биосистемах: практически все системы регулирования в живых организмах основаны на принципе отрицательной обратной связи: регулирование температуры, кровяного давления, равновесии и т.п.

3. В производстве: чем больше процент брака производства, тем меньше прибыль, чем меньше процент брака, тем больше прибыль. Т.е. для производства прибыль является управляющим сигналом, в котором учитывается выходной сигнал производства, в данном случае выходным сигналом является уровень брака.

Положительная обратная связь (ПОС).

Замкнутой системой с положительной обратной связью называет­ся такая система управления, когда информация, поступающая в управляющее звено от управляемого объекта, используется для формиро­вания управляющего сигнала, способствующего усилению управляемого процесса при возрастании выходного сигнала и ослаблению управля­емого процесса при уменьшении (ослаблении) выходного сигнала.

Примеры ПОС:

1 . В технике ПОС используется сравнительно мало, например, кулач­ковый тормоз.

2. В живой природе ПОС возникает при патологии, болезнях и искусственно:

-ненормальный рост клеток (чем большее питание, тем больше кле­ток, чем массивнее тело, тем требуется больше питания и т.д.),

- алкоголизм

- курение

- наркотики

- нарушение экологического равновесия.

3 . В экономике ПОС используется в системах материального стимулирования и в балансовых моделях народного хозяйства, например, система материального стимулирования за перевыполнение плана.

Коэффициент обратной связи (КОС).

КОС представляет собой передаточный коэффициент звена обрат­ной связи и коэффициент пропорциональности в уравнении связи.

0 ≤ |α| ≤ 1

при положительной ОС α > 0

при отрицательной ОС α < 0

жёсткая ОС

гибкая ОС ,

где – производная от выходной величины по времени (скорость изменения выходной величины)

Ещё о схемах управления в ОС.

1 .

Рис. 25 Полностью автоматическая система.

I - Управляющее звено,

II - Управляемое звено (объект),

III - Управляющий входной сигнал,

x - выходной сигнал,

e - сигнал рассогласования,

l - воздействие среды на управляемый объект,

- измерение выходного сигнала и сравнение его с задающим,

d - канал передачи информации о состоянии объекта (величина выходного сигнала),

W - задающий параметр,

f - канал передачи управляющей информации.

Для сознательно управляемых социальных и экономических систем является обязательным наличие посредника в связях d и f, т.е. отсутствие автоматизма их функционирования (рис. 26).

Заключение:

1. Системы управления с отрицательной обратной связью способствует стабилизации и устойчивости управляемого процесса.

2 . Системы управления с положительной обратной связью склонны к неустойчивым возрастающим или убывающим режимам управляемого процесса.

Рис. 26 Схема системы поведения высших животных.

Понятие процесса регулирования в технических и экономических системах.

z – входные сигналы (помехи)

при е ≤ | ∑| - регулятор не работает

при е ≥ | ∑| - регулятор работает

∑ - зона чувствительности регулятора

Регулированием называется процесс управления с обратной связью, при котором регулируемый параметр X непрерывно измеряется и сравнивается с задающим воздействием. При появлении рассогласования е регулятор R вырабатывает управляющее воздействие U на объект управления S так, чтобы регулируемый параметр X приравнять к задающему воздействию и тем самым рассогласование е свести к допустимой величине ∑. Принцип работы регулятора R может быть различным и определяется тем законом управления, по которому он работает.

Может быть, например, регулятор с пропорциональным законом управления

где - передаточный коэффициент регулятора или коэффициент усиления.

Регулирование двух параметров.

Если регулируемые параметры в технической системе не связаны друг с другом, то регулирование их рассматривается как вариант регулирования одного параметра.

Пример:

1. Управление автомобилем (по скорости, по направлению).

2. В управлении предприятием (регулирование фонда заработной платы, регулирование материальных запасов).

Часто два или более параметров бывают связаны между собой, т.е. взаимозависимы, тогда регулирование их имеет ряд существенных особенностей.

Д опустим, имеем два взаимозависимых параметра: Q и T (рис. 28).

Рис. 28 Схема регулирования двух параметров.

Предположим, что мы регулируем смешение двух потоков воды, холодной и горячей, желая получить общий поток воды заданной температуры и определенного расхода. Вводим регуляторы температу­ры R_I - для потока холодной воды и R_II – для потока горячей воды.

- регулятор температуры.

Но нам нужно регулировать ещё и расход воды. Для этого вводится регулятор расхода горячей воды Q₁ и холодной воды Q₂.

Чтобы сохранить общий поток воды постоянным, кроме основных регуляторов R_T и R_Q вводятся развязывающие регуляторы R_QT и R_TQ.

При изменении потока теплой или холодной воды регуляторы R_QT и R_TQ действуют соответственно на противоположные потоки с тем, чтобы расход воды остался, т.е. при необходимости повышения температуры можно с помощью регулятора R_QT увеличить расход горячей воды, одновременно с помощью регулятора R_TQ - уменьшить расход холодной воды.

На схеме регулирования двух параметров приняты следующие обозначения:

R_T -

R_Q -

X_Q - выходной сигнал – расход воды

X_T - выходной сигнал – температура воды

e_T -

e_Q -

W_T -

W_Q -

Z_T -

Z_Q -

R_TQ -

R_QT -

Таким образом, в системе регулирования многих параметров (по меньшей мере, двух) кроме выбора типов регуляторов появляется задача определения структуры регулирования. Она включает в себя согласование регулирующих и управляющих воздействий, т.е. выбор основных регуляторов, а также развязывающих регуляторов. Предшествующим этапом является исследование взаимовлияний регу­лируемых параметров, т.е. выявление степени взаимной корреляции.

Проблема устойчивости систем регулирования.

При использовании отрицательной обратной связи в системах управления не всегда достигается устойчивый режим работы системы.

Примеры

Неумелый рулевой на корабле и начинающий велосипедист при отклонении транспортного средства в какую-либо сторону, как пра­вило, резко поворачивают руль в противоположную сторону, удержи­вая его в таком положении, пока корабль или велосипед заметно не отклонится в другую сторону. Поворот руля обратно не дает желаемого эффекта, так как транспорт продолжает по инерции двигаться в прежнем направлении. Воспринимая этот сигнал обратной связи как свидетельство недостаточного поворота руля, рулевой корабля или велосипедист еще больше поворачивают руль, удерживая его в таком положении, пока не заметят, что транспорт опять уклонился от курса. При этом за счет большего угла поворота руля боковая скорость транспорта увеличится, а так как и время перекладки руля тоже увеличится, отклонение корабля или велосипеда от курса также увеличится. По-видимому, продолжение процесса управления в таком духе может кончиться неприятностями для корабля, а для ве­лосипедиста падением, что довольно часто случается на практике.

Примерно такой же процесс раскачки происходит в капиталистической системе при рыночном регулировании экономики, что приво­дит к частым экономическим кризисам.

Существенную роль в динамике управления играет коэффициент усиления передачи. Для пропорционального закона управления с увеличением коэффициента усиления передачи контур управления реагирует быстрее, но, чем больше , тем больше колебания, которые долго затухают, либо даже возрастают (рис. 29).

О чевидно, имеется оптимальный коэффициент усиления. При вы­боре целевой функцией может быть время успокоения .

Рис. 29 Изменение выходного сигнала системы в зависимости от К_R.

В большинстве объектов регулирования регулятор с пропорцио­нальным законом регулирования не может дать хорошего качества регулирования.

Поэтому применяют интегральный (или ещё более сложный) закон управления:

Преимущества замкнутого контура регулирования в сравнении с разомкнутым контуром снижаются вследствие появления проблемы устойчивости.