Понятие об объекте управления и процессе управления.
Объект (object) – это любое понятия (предмет, лицо, предприятие, явление, абстракция), о котором могут быть собраны данные.
Управление (control) – это процесс целенаправленного воздействия на объект (систему) с целью изменения его состояния, согласно заданным закономерностям.
Процесс (лат.-processus-продвижение) – последовательная смена состояний, стадий развития объекта.
Система (греч.-systema) – совокупность объектов, которая каким-то образом организована.
Определение понятия система:
- это множество элементов, находящихся в отношениях и связях между собой, и это множество образует определённую целостность, единство.
Системе, как понятию, свойственны следующие принципы:
целостность - принцип не сводимости свойств системы к простой сумме свойств составляющих элементов;
структурность – возможность описания системы через сети связи и отношений элементов друг с другом;
иерархичность – каждый элемент системы рассматривается в свою очередь как система.
множественность описания – каждая система может быть описана множеством различных моделей с разной степенью адекватности;
взаимозависимость – в системе поведение каждого элемента зависит от поведения других элементов системы;
Любая деятельность человека направлена на процесс упорядочения информации об объектах, нахождения связей между ними.
Связи между объектами устанавливаются на основе двух понятий: гипотез и аналогий.
Гипотезы – определённые предсказания, основывающиеся на небольшом количестве опытных данных, причём недостаток информации здесь компенсируется за счёт догадок, опыта и ассоциаций.
Аналогии – это суждения, о каком либо частном сходстве двух или более объектов. Практически - это попытка узнать свойства объекта, который не изучен, но который требуется изучить с помощью свойств и условий, принадлежащих известному объекту.
С помощью гипотез и аналогий строят различные схемы, структуры, абстракции, которые характеризуют исследуемый объект.
Так мы приходим к понятию модели.
Модель (лат.modulus-мера) – это объект-заместитель объекта-оригинала, обеспечивающий изучение некоторых свойств оригинала.
Модель заместитель имеет либо материальную природу (физические модели), либо абстрактную форму представления (формулы, уравнения, схемы и т. п.).
Моделирование – процесс замещения одного объекта другим с целью получения информации о важнейших свойствах объекта-оригинала с помощью объекта-модели.
При исследовании процессов управления интерес, прежде всего, представляет взаимодействие двух объектов:
объекта, изменения состояния которого являются целью процесса управления и
объекта, который осуществляет целенаправленное воздействие на первый объект.
– это «объект управления» (control object)
– это «система управления» (control system).
На рисунке покажем обобщённую модель процесса управления в виде блок-схемы (рис. 1):
Существует ряд способов представления моделей, но простейшим способом является представление в виде блок-схем.
На рис.1. объект управления и система управления представлены в виде «чёрных ящиков», т. е. объектов о внутреннем строении которых ничего не известно и всю информацию о их строении и функционировании можно узнать, только анализируя внешние входы и выходы.
Объект управления и СУ связаны между собой пятью различными по своему назначению входами и выходами, представлены в виде информационных потоков.
входные величины: х1, х2, …хn;
выходные величины: Y1, Y2, … Ym
значение параметров, характеризующих регулирующие функции: R1, R2, …Rq;
управляющие воздействия на объект: U1, U2, … Uk;
внешние возмущения: G1, G2, …Gr.
На систему управления поступает информация о значениях параметров Хi, Yi, Ri.
Значение параметров внешних возмущений Gi не могут быть измерены, поэтому их влияние может быть учтено, например, специальными вероятностными методами.
На основе поступившей информации СУ вырабатывает управляющие воздействия на объект в виде параметров Ui.
Целью системы управления обычно является обеспечение возможных переходов состояний ОУ, либо поддержания определённых параметров объекта в рамках тех ограничений, которые заранее определены.
СУ должна иметь в своей структуре программно-аппаратный комплекс, который реализует последовательность процедур (протокол) по выработке управляющих воздействии.
Протокол – совокупность правил, регламентирующих формат и процедуры обмена информацией между двумя или несколькими независимыми устройствами.
Такой протокол реализуется в виде программы по переходу объекта из одного состояния в другое на основе всех видов входных сигналов.
Интервалы времени по переходу объекта из одного состояния в другое определяются либо схемой синхронизации СУ в случае пассивного объекта, либо сигналами, поступающими от самого объекта управления. В последнем случае сам объект определяет стратегию процесса управления.