17.Модельні системи управління

Системи управління типу D-системи, до якої належить модельний блок, який містить у собі певну сукупність знань щодо об’єкта, що використовується під час управління ним, називають модельними системами управління. Структурну схему такої системи управління представлено на рис. 3.7.

Доцільність виокремлення блоку М з блоку D ґрунтується на тому, що у переважній більшості випадків представлення знань про об’єкт у моделі є більш комплексним за їхнє представлення в алгоритмі. Це дає змогу істотно спростити опис і функціонування системи управління. Зауважимо, що зберігання знань у моделях називають декларативним представленням знань. Зберігання знань в описі алгоритмів називають процедурним представленням знань. Пошук знань, внесення змін інформації у моделях є значно простішим, ніж писати нові процедури для блоку D. Крім цього, у випадку перенасичення процедурами блоку D потрібні незначні затрати зусиль для введення нової інформації у модель, щоб вона стала придатною для адаптації до нового об’єкта управління. Модельні системи управління називають D-M- системами.

18.Семіотичні системи управління

У D-M-системах управління передбачено, що у процесі управління інформація блоку М є незмінною, тобто апріорна система знань щодо об’єкта має властивість повноти і достовірності. У реальній ситуації блок М змінюється у процесі роботи системи управління. Інформація блоку М неперервно поновлюється, уточнюється. Для відображення цього у структурну схему модельної системи управління вводять блок, який називають інтерпретатором. Його призначення – інтерпретація реакції – відповіді середовища та об’єкта управління на вплив системи управління і процесів, що відбуваються в об’єкті Ω і моделі M. Це здійснюється з допомогою спеціальних процедур, які реалізуються в інтерпретаторі. Структурну схему семіотичної системи управління подано на рис:

Головна роль у таких системах переходить від блоку D до сукупності блоків М і І. За необхідності під блоками М і І можна розуміти цілу ієрархічну систему інтерпретаторів і моделей, кожна з яких працює зі своєю групою процедур із D. Системи ситуаційного управління використовують семіотичні системи, описані у певній спеціальній модифікації.

19. Етапи управління

Управління складною системою налічує такі етапи:

1. Формування цілей управління. У деяких випадках для розв’язання практичних задач можна дещо спростити представлення цілей: наприклад, представити їх за допомогою деяких цільових змінних, які визначають суб’єкт управління.

Наприклад, нехай – вимірюючi виходи об’єкта управління, які визначають його стан:

А – вимірюючi входи об’єкта, які характеризують стан середовища:

Позначимо – цільові змінні , визначені суб’єктом управління. Між ними і станом об’єкта є строго визначений і відомий зв'язок:

Розрізняють 3 види цілей:

1. Ціль-стабілізація (прирівняти) – полягає у підтримуванні певних виходів об’єкта на заданому рівні:

Де – необхідний суб’єктові рівень цільової змінної при стані середовища і потреб

2. Ціль-обмеження (обмежити) вимагає виконання нерівності:

Де – верхня межа зміни цільової змінної , яка визначається суб’єктом в ситуації < >.

3. Екстремальна ціль (екстремізувати) зводиться до підтримки в екстремальному стані цільових змінних:

Отже, ціль - це набір вимог зазначеного виду і однозначно визначається числами i

Множина цілей у цьому випадку визначається шляхом задання зон зміни параметрів:

2. Визначення об’єкта управління. Цей етап пов'язаний з виокремленням тієї частини середовища суб’єкта, стан якого він може змінити і сам впливатиме на свої потреби. Загалом це і буде об’єктом управління.

У деяких випадках, коли межі об’єкта є очевидними, проблеми виокремлення об’єкта з середовища не виникає. Проте в інших випадках зв’язки об’єкта з середовищем настільки сильні і різноманітні, що інколи важко зрозуміти де закінчується об’єкт і розпочинається середовище. Власне цей випадок змушує вводити спеціальний етап – визначення управління.

Розглянемо головні міркування щодо вибору об’єкта управління. Очевидно, що об’єкт повинен бути у певному розумінні мінімальним, тобто мати найменший об’єм. Про це необхідно турбуватися хоча б для того, щоби мінімізувати трудомісткість вивчення цього об’єкта в наступних етапах під час синтезу його моделі.

Однак у цьому випадку суттєвим обмеженням тут є досягнення множини цілей управління в рамках виокремленого для цього ресурсу R. Це означає, що для будь якого стану середовища X існує управління , за допомогою якого можна досягнути будь-якої цілі .

Введемо предикат:

,

Який приймає значення «1», якщо цілі управління в об’єкті досягнуто, тобто і значення «0» - у протилежному випадку. Тоді обмеження на вибір об’єкта матиме вигляд:

Це обмеження повязує стан середовища Х, ціль і об’єкт .

Введемо об’єм об’єкта у вигляді . Тоді задача визначення зводиться до наступної оптимізаційної задачі:

(1)

А – множина станів середовища.

Наступні 3 етапи управління пов’язані з розв’язком задачі створення його моделі, яка є необхідною для синтезу управління U. Тільки за допомогою моделі об’єкта можна побудувати управління , яке переводить об’єкт в необхідний (цільовий) стан .

Модель F, яка зв’язує входи X i U з виходом Y, визначається структурою STі параметрами тобто представляється у вигляді :

3. Структурний синтез моделі. На цьому етапі визначається структура ST, тобто модель об’єкта з точністю до значень її параметрів С.

Етап труктурного синтезу – це насамперед:

- визначення зовнішньої структури моделі,

- декомпозиція моделі,

- визначення внутрішньої структури елементів моделі.

Синтез зовнішньої структури моделі зводиться до змістового визначення її входів X i U,а також виходу Y без урахування внутрішньої структури обєкта, тобто обєкт розглядають як чорну скриньку з n+g входами і m виходами.

Декомпозиція моделі полягає в тому, щоби, використовуючи апріорні відомості щодо структури об’єкта, спростити задачу синтезу структури моделі.

Синтез внутрішньої структури моделі зводиться до визначення виду ST оператора F моделі об’єкта чи її елементів з точністю до її параметра C . Це означає, що параметри стають змінними моделі, тобто:

Y = F(X,Y.C), (2)

де F – оператор перетворення зі структурою ST, параметри якого для зручності внесено у змінні C .

Представлення оператора перетворення моделі у вигляді (2) можна назвати параметризацією моделі, що є еквівалентом задання її структури.

4. Ідентифікація параметрів моделі об’єкта. Цей етап пов’язаний з визначенням числових значень параметрів в режимі нормального функціонування об’єкта, тобто без організації спеціальних експериментів з ним.

5. Планування експерименту. Тут головним є синтез плану експерименту, який дає змогу з максимальною ефективністю визначити шукані параметри моделі об’єкта управління. Для статичного об’єкта цей план U являє собою набір станів управляючого виходу об’єкта

, а для динамічного – план-функцію ,

тобто програму зміни в часі входу об’єкта.

Експеримент над об’єктом дає змогу визначити реакцію об’єкта на цей вплив. У статичному випадку ця реакція має вигляд:

а в динамічному –

Отримана внаслідок цього інформація і є вихідною щодо визначення параметрів C моделі F :Y = F(U,C).

План експерименту визначається трьома чинниками:

а) структурою ST моделі F;

б) ресурсом планування R, утвореним засобами, виділеними на експеримент (часовими, матеріальними, енергетичними), а також областю планування, яка визначає межі зміни входів об’єкта в процесі планування;

в) критерієм планування k, який визначає ефективність плану U. Задають його зазвичай на дисперсійній матриці Dc шуканих параметрів C моделі. Синтез оптимального плану здійснюється розв’язанням такої оптимізаційної задачі: ,

Де – оптимальний план.

6. Синтез управління. На цьому етапі приймається рішення про те, яким повинно бути управління U*, щоби досягти заданої цілі управління z* в об’єкті. Це рішення спирається на наявну модель об’єкта F, задану ціль z*, отриману інформацію щодо стану середовища X і виділений ресурс управління R, що є обмеженням, накладеним на управління U, яке також пов’язане зі специфікою об’єкта і можливостями системи управління.

7. Реалізація управління або відпрацювання в об’єкті оптимального рішення, одержаного на попередньому етапі. Зреалізувавши управління і переконавшись, що цілі управління не досягнуто, необхідно повернутись до одного з попередніх етапів. Навіть у кращому випадку, коли поставленої цілі досягнуто, необхідність звертання до попереднього стану спричинено зміною стану середовища x чи зміною цілі управління z* .

8. Адаптація. Час від часу необхідне корегування структури моделі, тобто приведення її у відповідність з новою інформацією. Далі корегування може торкнутись самого об’єкта, точніше, межі поділу об’єкта і середовища, що є необхідним при значній зміні (еволюції) об’єкта і середовища, в якому він перебуває. У цьому випадку корегування узаконить нові взаємовідносини нового об’єкта із середовищем. І, нарешті, створена система управління з певних причин може не реалізувати всю множину цілей управління, в результаті якої споживач дізнається, які ж цілі зазначена система управління може реалізувати в об’єкті . Це і є адаптація цілей.