4. Основы проектирования систем управления техническими объектами
4.1. Оценка эффективности систем управления
Под эффективностью системы управления понимается успешность выполнения системой поставленной задачи в заданных условиях эксплуатации. Эффективность системы управления оценивается количественно на основе критериев эффективности.
Критерий эффективности системы управления в общем виде имеет вид
,
(4.1)
где
,
,…,
– весовые коэффициенты (коэффициенты
влияния);
,
,…,
–
частные характеристики (критерии).
Частные характеристики системы управления выделяются по четырем признакам:
по точности (производительности);
надежности;
массе и габаритам;
стоимости.
Производительность системы управления обычно оценивается числом вычислительных операций в секунду.
Надежность невосстанавливаемых систем управления характеризуется средним сроком службы (безотказной работы) и вероятностью безотказной работы в заданном интервале времени. Для восстанавливаемых систем помимо указанных показателей необходимо учитывать дополнительные показатели, обусловленные восстановлением работоспособности (ремонтом), в частности коэффициент готовности
,
(4.2)
где
–
среднее время работы до отказа (наработка
до отказа);
–
среднее время восстановления (обнаружения
и устранения неисправностей). Соотношение
(4.2) справедливо при отсутствии ограничений
на количество обслуживающего персонала,
необходимое для проведения ремонтных
работ.
Более полным показателем надежности систем управления, учитывающим также простой за счет профилактических (регламентных) работ, является коэффициент использования
,
(4.3)
где
–
среднее время профилактики, приходящееся
на один отказ за рассматриваемый
промежуток времени.
Стоимость систем управления определяется рядом составляющих:
на разработку
;
на производство одного экземпляра системы
;
на эксплуатацию одного экземпляра системы в год
.
Стоимость разработки
обычно
относят к стоимости производства одного
(первого) образца системы
,
т. е.
. (4.4)
В величину
входят
затраты на проведение научно-исследовательских
работ, проектирование, изготовление и
испытание образцов системы. Коэффициент
зависит
от новых принципов и технических решений,
реализуемых при проектировании системы,
может изменяться в широких пределах и
является функцией увеличения эффективности
вновь проектируемой системы Э
по сравнению с существующей 
:
.
(4.5)
Стоимость производства одного экземпляра системы
,
(4.6)
где
–
стоимость производства N
устройств, начиная с первого α –
показатель степени (обычно близок к
0,7).
Для ориентировочной оценки стоимости производства системы, имеющей аналог, т. е. построенной на тех же принципах, сравнивают их массы:
,
(4.7)
где 
,
– стоимости
соответственно проектируемой и
существующей систем;
,
–
массы соответственно проектируемой и
существующей систем; β = 0,4
0,7.
Стоимость
эксплуатации
одного экземпляра
системы управления в год обычно относят
к стоимости одного образца
,
т. е.
,
(4.8)
где
,
(4.9)
где
,
,
– соответственно
стоимость электроэнергии (или единицы
горючего), стоимость ремонта и средняя
зарплата обслуживающего персонала;
,
,
– коэффициенты;
–
показатель увеличения затрат по мере
износа,
,
(4.10)
где
– эмпирический коэффициент.
Слабым местом оценки эффективности системы управления является определение и выбор коэффициентов. Коэффициенты назначаются на основе имеющегося опыта либо экспертных оценок.
Характеристики масс и габаритов системы управления особенно важны для подвижных объектов и в меньшей степени для стационарных объектов.