Раздел I. Тема 1.

Функциональное описание системы характеризует:

• назначение S,

• отношение S к другим системам,

• контакты S с внешней средой,

• направления изменений функций,

• связь воздействий на S с ее реакцией, ответом, поведением, с воздействием на элементы S.

Виды описаний системы:

функциональное,

морфологическое,

информационное,

генетико-прогностическое.

Функционал эффективности.

Принцип Ле-Шателье.

G_Ф = {T, X, x, Y, y, Q, g, } – оператор ФО

T – множество моментов времени;

X – множество значений допустимых входных сигналов; xX;

Y – множество значений выходных сигналов; yY;

Q – множество возможных состояний; gQ;

 - переходная функция состояния.

Оператор G_Ф представляется в:

алгебраической,

логической,

дифференциальной,

интегро-дифференциальной

формах и входит в:

скалярное,

векторное,

матричное уравнения.

Морфологическое описание системы характеризует:

элементы и подсистемы,

связи между элементами,

тип структуры,

конфигурацию.

Структура морфологического описания системы.

Морфологическое описание системы

G_M = {PS, V, , K}

{PS} – множество элементов (подсистем);

{V} – множество связей;

{} – множество типов связей – структур;

{K} – виды композиций.

Состав элементов:

гомогенный;

гетерогенный;

смешанный.

Классификация элементов.

а) по содержанию: информационные, энергетические, вещественные, смешанные;

б) по операциям: однотипные, разнотипные, близкие;

в) по степени свободы: программные, инициативные, адаптивные;

г) по времени действия: регулярные, нерегулярные, непрерывные, смешанные.

Подсистемы –

достаточно обособленная совокупность элементов, выполняющая некоторую частную функцию.

Смысл выделения подсистем:

Пусть полное количество элементов в системе n = 20, то количество состояний 2^(n-1)n = 2³⁸⁰ , количество подсистем k = 4 по n’ = 5 элементов, количество состояний 2^{kn’(n’-1)} = 2⁹².

Типы подсистем:

1. Эффекторные – способные преобразовывать воздействия в другие (в форме вещества и или энергии) для воздействия на другие подсистемы;

2. Рецепторные – преобразующие воздействия в сигналы, содержащие информацию о параметрах воздействия;

3. Рефлексивные – реагирующие на информационные сигналы и воспроизводящие внешние процессы на информационном уровне;

4. Неопределенные – отсутствует четко выраженная функция подсистемы в системе.

Определение понятия «отношение» характеризует взаимосвязь или взаимодействие двух и более объектов либо явлений абстрактного или конкретного типов.

Отношения могут быть рефлексивными, симметричными и транзитивными.

Если все три свойства выполняются, то такое отношение определяется как отношение эквивалентности.

Основные виды отношений:

• подобие – отношение сходства;

• аналогия – соответствие существенных признаков, свойств, структур, функций S;

• гомоморфизм – каждую часть (и отношение) в S₁ можно отобразить на некоторую часть в S₂;

• изоморфизм – каждой части (и отношению) в S₁ можно поставить в соответствие некоторую часть (и отношение) в S₂;

• связь - отношение, при котором определенные выходы элемента (системы) одновременно являются входами какого-либо элемента (системы).

Классификация связей.

а) по содержанию: информационные, энергетические, вещественные, смешанные;

б) по напрвленности: прямые, обратные, нейтральные.

Прямая связь – направленность связи совпадает с направлением развития функции(передача энергии, вещества, инормации).

Обратная связь – направленность связи противоположно направлению развития функции.

Определение понятия «структура».

Характеризует внутреннюю организацию, порядок и построение S, определяется набором элементов и отношений между ними.

Один и тот же объект может быть определен несколькими системами и, следовательно, несколькими структурами. Один и тот же элемент может входить в несколько различных систем и, следовательно, в несколько структур, выполняя разные целевые функции.

Структура – характеризует множество отношений между элементами. Классификация:

детерминированная С., вероятностная С., хаотическая С.

многосвязная С., иерархическая С., смешанная С.

Лидирующая подсистема.

Композиция - пространственное расположение элементов S: точечная, линейная, плоская, объемная, смешанная.

Информационное системы характеризует:

• уровень организованности S;

• вероятность той или иной реакции S на определенное воздействие;

• информационные потоки в S;

• алгоритмы взаимодействия элементов;

• погрешности функционирования и т. п.

Два вида информации: J

• морфологическая составляющая, характеризующая изменения в структуре S; J_М

• функциональная составляющая, характеризующая процессы выполнения целевых функций. J_Ф

Энтропия:

Пропускная способность:

Генетико- прогностическое описание системы характеризует:

• процессы зарождения S;

• эволюцию ее развития;

• прогноз дальнейшего существования;

• распад, деградация S.

Системные аспекты управления.

Развитие S предполагает изменение морфологии, расширение функций, изменение информационного описания.

Управление S - формирование процессов, определяющих целенаправленное поведение системы; при этом остаются неизменными информационное и морфологическое описания.

Можно выделить управляющую и управляемую подсистемы (или системы).

Управление - воздействие на S, в результате которого изменяется ее состояние.

Переход в новое состояние сопровождается:

Появлением новых связей и исчезновением типа связей;

Изменением типа связей;

Изменением элементарного состава;

Изменением функций и т. п.

Динамическая S - система, способная изменять свое состояние под влиянием воздействий.

Состояние S определяется значениями ее характеристических параметров составляющих ее элементов, положением S в пространстве, а также значениями их производных во времени и в пространстве.

Процесс – переход S из одного состояния в другое под воздействием внутренних или внешних факторов.

Совокупность процессов составляет сущность управления.

Закон управления – зависимость управляющего действия от состояния системы, выражается в алгебраической, логической, лингвистической формах.

Алгоритм управления - последовательность сравнительно простых фактов переработки управляющих воздействий.

Осведомительная информация (измерительные сигналы).

Управленческая (управляющая) информация (командные сигналы).

Эффекторные подсистемы – эфферентные связи.

Рецепторные подсистемы - афферентные связи.

Внешнее управление S осуществляется со стороны другой системы или среды.

Внутреннее управление S происходит со стороны одной из подсистем.

Принцип организованности: свойством управляемости обладают организованные системы, т. е. обладающие определенной структурой , целесообразным составам элементов Р и наличием необходимых связей V между ними. Для управляемой S – определены множества: положений S, состояний S, из которых делается выбор при управлении.

Длительность цикла управления - время от поступления очередной порции информации до формирования управляющей команды.

Эффект запаздывания сигнала управления.

Формирование команд требует анализа информации и распознавания ситуации и поведением S – основа для управления.

Особая роль обратной связи для управления S:

Положительная обратная связь ПОС; (увеличивает чувствительность S)

Отрицательная обратная связь ООС.

Гомеостазис – способность системы (свойство S ):

Обеспечивать:

• стабильность структуры и элементного состава;

• удержание существенных переменных в допустимых пределах;

• качественное выполнение функций вне зависимости от случайных факторов воздействия.

• Можно определить: морфологический гомеостазис; гомеостазис состояния; функциональный гомеостазис.

Адаптивность – способность системы (своство S)

Самооптимизировать свое поведение и структуру в условиях воздействия случайных факторов и направленных систематических воздействий.

Случайные факторы воздействия:

• изменение внешних условий,

• случайные колебания нагрузки,

• вариации параметров внутренней среды.

Верхний предел адаптивности – оптимизация процесса управления по критерию: высокое качество управления при минимальных энергетических затратах за минимальное время.

Самоорганизующиеся S – система, способная устойчиво сохранять характер взаимодействия с внешней средой и другими системами, несмотря на возможные изменения внутренних и внешних факторов.

Механизмы формирования команд:

Централизация и децентрализация;

Иерархическая структура;

Текущие данные о среде и состоянии S;

Программное управление;

Синергии, блочное управление;

Предсказания развития ситуации

Реакция,

Стереотип,

Моделирование.