В.Д.Кишенько идентификация и моделирования объектов автоматизации конспект лекций

для студентов специальностей 6.092500

“Автоматизированные системы управления технологическими процессами”,

6.092500 “Комп'ютерно-Интегрированные процессы и производства”

напрямую 0925 “Автоматизация и

комп'ютерно-интегрированные технологии”

дневной и заочной формы обучения

ИДЕНТИФИКАЦИЯ и моделирования объектов автоматизации:Конспект лекций для студ. спец. 6.092500 «Автоматизированные системы управления технологическими процессами», 6.092500 «Компьютерно-интегрированные процессы и производства» направления 0925

“Автоматизация и комп'ютерно- интегрированные технологии” / Уклад.: В.Д. Кишенько – К.: НУХТ, 2006.- с.

Составитель: В.Д. Кишенько, канд. техн. наук

Ответственный за выпуск А.П. Ладанюк, д-р техн. наук, проф.

Тема 1. Моделирование как один из методов познания.

В любой деятельности человек использует в той или другой мере модели. Особенно это относится к системам управления, в которых модель позволяет на основе полученной информации от объекта принять лучше всего заранее определенное согласно целями решения по управлению.

Модель является результатом познавательной умственной деятельности человека, есть одним из видов научного познания. Научно-техническое развитие в любой области науки, техники идет по пути:

• - формирование целей исследований;

• определение проблемы;

• выдвижение гипотезы;

(Гипотеза -это предположение, которое основано на некотором количестве данных опытов, наблюдений, догадок).

• - наблюдение и эксперимент;

• - разработка (создание) теории;

(Теория — это совокупность понятий, суждений, фактов, которые позволяют осуществить описание системы с помощью небольшого количества основных результатов).

• практическое решение проблемы.

На всех этих этапах человек-субъект пользуется знаниями. Знание — это определенного рода совокупность понятий, отношений, приемов, методов, которые определенным образом отображают предмет исследования(объект) и дают возможность решить поставленные задачи, которые следуют из поставленной цели.

Знания хранятся в памяти человека в виде определенных конструкций — моделей. Содержание, понимание знаний является семантической стороной, аспектом знаний, а образы и методы, с помощью которых знания вводятся в модель является синтаксической стороной аспекта модели.

При использовании знаний, оформленных в определенные схемы модели, субъект (исследователь) использует аналогии. Аналогией называется суждения о какой-то частичной похожести двух объектов. Объектом называют (от латинского objectum- предмет), все то, на что направлена деятельность человека (субъекта).

Похожесть может быть существенной или несущественной. Понятия существенная и несущественная похожесть объекта условны и относительны. Существенная похожесть зависит от уровня абстракции и определяется целью исследований и ее глубиной. Благодаря аналогии можно отобразить объективно существующий мир в виде удобных для исследователя (субъекта) логических схем. Такие логические схемы, которые упрощают суждение и логическое построение или позволяют проводить эксперименты для уточнения явлений, событий называют моделями.

Другими словами модель — это заместитель объекта (оригинала), который обеспечивает изучение некоторых особенностей объекта.

Понятие модель ( от латинского modulus — мера) чрезвычайно широкое, мы будем использовать понятие модели, которое в определенной мере в соответствующей среде воссоздает существенные для нашей задачи стороны, свойства и т.п. Модель должная все время воссоздавать свойства объекта и смену этих свойств. Если результаты моделирования совпадают с характеристиками и реакциями объекта, то говорят, что модель есть адекватной объекту. То есть адекватность — это мера соответствия модели оригинала. Адекватность моделирования зависит от его цели и принятых критериев адекватности.

Критерий адекватности — это показатели или совокупность показателей, которые дают возможность осуществить количественную или качественную оценки меры соответствия модели оригинала (например точность, динамику, надежность).

Обобщенно моделирование можно определить как метод научного познания, при которому объект-оригинал, который изучается, находится в некотором соответствии с другим объектом-моделью. Причем, модель способная в той или другой мере заменять оригинал на некоторых стадиях процесса познания.

Особое внимание надо уделять в процессе познания смены объекта-оригинала. Эти смены могут происходить двумя путями: эволюционным и революционным путем. В первом случае (эволюционное изменение) синтаксис модели ( схема модели, структура модели) есть неизменным, а меняются только параметры модели. При революционных (альтернативных) сменах объектов предыдущая структура модели не удовлетворяет объекта – оригинала на данном этапе развития и должна быть замененная на другую структуру.

На разных стадиях познания могут существовать такие две формы соответствующих модели и оригинала:

1. Модель как образ в сознании субъекта. Такая модель получается в результате познавательного процесса, который представляет собой обработку информации, которая поступает от объекта моделирования, а также от окружающего среды. В результате такой познавательной деятельности у сознательного субъекта создается образ — определенное отражение, отображение объекта, который воссоздает определенные существенные стороны оригинала.

2. Моделирование состоит в построении некоторой схемы некоторого объекта ( как объективного, так и воображаемого), который мы называем моделью. Эта модель связана с оригиналом определенными соотношениями сходства. В последнем случае моделирования состоит в выявлении зависимостей соотношений между двумя системами “оригинал – модель”, по которым определяются характеристики объекта.

Как видим, в процессе моделирования необходимое наличие трех обязательных компонентов: 1) субъекта (исследователя, наблюдателя), который использует определенные процедуры: знание, опыт, интуицию, известный ему инструментарий, решение поставленной перед ним задачи исследования; 2) объекта исследования – оригинал; 3) модели.

Необходимым свойством объекта моделирования есть его наблюдаемость; не менее важной особенностью для объектов управления есть способность объектов менять свои состояния при наличия управлений.

Модели используют: как средства анализа свойств оригинала; прогнозирование поведения объекта в разных ситуациях; для синтеза (создание) языки объектов, систем; для непосредственного управления (использование в контурах управления); для обучения и тренировку.

В процессе моделирования в общем случае можно выделить такие основные этапы:

1. изучение процессов, явлений, которые необходимо моделировать;

2. составление (определение) модели;

3. проверка адекватности модели оригинала;

4. исследование модели с переносом результата исследования на оригинал;

5. практическое использование результатов моделирования.

Преимущества моделирования:

1. уменьшение затрат на эксперимент;

2. возможность создания критических ситуаций включая и аварийные, которые возможные на объекте исследования;

3. возможность исследования сложных объектов без непосредственного изучения их (кибернетические модели).

Недостатки: вместе с тем моделирование как метод познания есть ограниченным, потому что модель отображает лишь определенные стороны объекта, а не отображает всего спектру свойств станов объекту в целом. Кроме того при получении модели принимается система предположений, которая упрощает или идеализирует общую картину характеристик объекта.

[6,c.6-34; 7,c.5-9]

Контрольные вопросы

1. Какие этапы нуково- технического развития?

2. Что такое знание?

3. Что такое объект?

4. Что такое модель?

5. Чем определяется адекватность модели объекту?

6. Две формы моделей.

7. Какие основные компоненты характеризуют процесс моделирования?

8. Основные этапы процессов моделирования.

9. Какие преимущества моделирования?

10. Какие недостатки моделирования?