
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.
GФ = {T, X, x, Y, y, Q, g, } – оператор ФО
T – множество моментов времени;
X – множество значений допустимых входных сигналов; xX;
Y – множество значений выходных сигналов; yY;
Q – множество возможных состояний; gQ;
- переходная функция состояния.
Оператор GФ 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
GM = {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 2kn’(n’-1) = 292.
Типы подсистем:
Эффекторные – способные преобразовывать воздействия в другие (в форме вещества и или энергии) для воздействия на другие подсистемы;
Рецепторные – преобразующие воздействия в сигналы, содержащие информацию о параметрах воздействия;
Рефлексивные – реагирующие на информационные сигналы и воспроизводящие внешние процессы на информационном уровне;
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; JМ
функциональная составляющая, характеризующая процессы выполнения целевых функций. JФ
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.