9.4. Самоорганизующиеся и самообучающиеся сау

В самоорганизующихся системах по заданному по­казателю качества система сама путем автоматиче­ского поиска, используя специальные вычислительные устройства - анализаторы, выбирает из нескольких возможных структур ту, которая обеспечивает экстре­мальное значение показателя качества. В таких систе­мах изменение структуры может осуществляться не­прерывно или периодически. При проектировании в самоорганизующейся системе предусматривается возможность автоматически из отдельных элементов («кирпичиков») собирать структуру системы, которая обеспечивает экстремум заранее заложенного в систе­му критерия качества.

В самообучающихся системах структура и алго­ритм управления на основе накопленного опыта по­степенно совершенствуются, то есть системы «учатся». В начальный период использования после изготовле­ния они практически совсем не приспособлены к ра­боте, однако затем постепенно «учатся» решать по­ставленные перед ними задачи. В принципе в таких системах вначале используется любой случайный алгоритм управления и любая случайная структура, однако целесообразно выбрать такой исходный ва­риант, который интуитивно «близок» к требуемому. Если данный вариант системы не решил задачу, то система перестраивается и выбирает другой вариант работы и так далее. Если, наконец, выбранный очередной вариант структуры или алгоритм привел к решению поставленной задачи, то он запоминается. Если в дальнейшем перед системой возникнет такая же или похожая задача, то система использует этот ее ва­риант структуры или алгоритм.

Если в процессе обучения в систему вводится до­полнительная информация, то говорят, что система обучается учителем. Учителем называют любой источ­ник дополнительной внешней информации независимо от его физической природы. Учителем САУ может быть человек или другая САУ. Если система в про­цессе работы улучшает свое функционирование толь­ко на основе исследования рабочей информации, то говорят, что она обучается без учителя, то есть само­обучается. Самообучающиеся системы - наиболее со­вершенные и наиболее сложные автоматические си­стемы управления.

9.5. Автоматизированные системы управления

Обычная автоматическая система после изготовле­ния и наладки может функционировать без участия человека (кроме профилактических осмотров и ремон­тов). Обучающаяся система, если в роли «учителя» выступал человек, после некоторого начального периода обучения также может функционировать са­мостоятельно, без участия человека. Однако, как говорилось в гл. 1, существуют объекты, управление кото­рыми необходимо осуществлять совместными дей­ствиями человека и технических устройств. Это так называемые автоматизированные системы управления (АСУ). В качестве основного технического средства переработки информации в АСУ используется ЭВМ. Обычно на ЭВМ в АСУ возлагаются функции подготовки информации, необходимой для выбора рацио­нального управляющего воздействия. Принятие реше­ния, как правило, остается в АСУ за человеком. Од­нако в современных АСУ имеется четкая тенденция переложения принятия многих «простых» решений на ЭВМ.

Роль человека в АСУ. Человек может выполнять различные функции в АСУ или, как говорят, может быть несколькими способами включен в контур управ­ления. На рис. 9.7, а, показана система, где ЭВМ по­лучает информацию о состоянии объекта управления, обрабатывает ее и передает человеку-оператору в виде, удобном для принятия решения. Человек в этой системе выполняет функции управляющего устрой­ства. Один из вариантов распределения функций меж­ду человеком и машиной представлен на схеме, по­казанной на рис. 9.7, б.

Здесь ЭВМ получает и обрабатывает информацию о всех параметрах управляемого объекта и осущест­вляет (по простым алгоритмам) управление несколь­кими параметрами объекта (на схеме у₁ и у₂). Чело­век-оператор получает от ЭВМ информацию, которую он использует для управления остальными парамет­рами (на схеме у₁ и y₄). В этих двух примерах контур управления был разомкнут, точнее, замыкался через человека-оператора полностью или частично.

В схеме, показанной на рис. 9.7, в, основной контур управления (обозначен цифрой I) замкнут. ЭВМ уп­равляет параметрами объекта по заложенному в нее алгоритму (программе). При изменении условий ра­боты объекта человек изменяет программу работы ЭВМ. Здесь ЭВМ и человек образуют второй контур системы (обозначен цифрой II) - контур настройки управляющего устройства. Это адаптивная система, в ней второй контур включается в работу по мере необ­ходимости. Этот контур обладает памятью - опытом человека.

По виду объекта управления АСУ принято делить на системы управления технологическими процессами (АСУТП) и системы управления организационными, процессами (АСОУ).

Автоматизированная система управ­ления технологическим процессом (АСУТП). В таких системах объектом управления яв­ляется технологический процесс в широком смысле этого понятия (управление станком, поездом, ракетой, энергетической установкой, прокатным станом и тому подобное). АСУТП осуществляет не отдельные операции, а весь комплекс операций по управлению процессом. Она определяет пуск и остановку агрегата, выбор опти­мального режима ведения процесса, определение сроков проведения ремонтов и профилактических осмотров, а также проводит расчет комплекса техни­ко-экономических показателей ведения управляемого процесса.

Рисунок 9.7

Автоматизированная система органи­зационного управления (АСОУ). Основная задача таких систем состоит в обеспечении оптималь­ных условий функционирования объекта управления цеха, завода и так далее путем оптимального распределе­ния заданий между отдельными частями, из которых: состоит объект, и обеспечения их эффективного вза­имодействия. В зависимости от вида объекта управле­ния АСОУ подразделяют на: автоматизированные системы управления предприятиями (АСУП); автоматизированные системы управления отраслями на­родного хозяйства (ОАСУ).

По функциональному назначению АСОУ можно подразделить на: автоматизированные системы плановых расчетов (АСПР); автоматизированные систе­мы управления строительством (АСУС); автоматизи­рованные системы управления материально-техниче­ским снабжением (АСУМТС) и другие.

Принцип иерархии в АСУ. Суть этого принципа изложена далее в разделе, посвященном гибким производственным системам (подглава 9.6).

Принцип адаптивности. Одной из важ­ных особенностей АСУ является то, что параметры объекта управления в процессе функционирования системы существенно изменяются, причем часто заранее непредвиденным образом, то есть их можно считать слу­чайными функциями времени. Например, может в лю­бое время выйти из строя какой-то станок, заболеть рабочий или служащий и так далее. Внешние воздействия также, как правило, можно считать случайными функ­циями. Например, даты поставки какого-либо мате­риала или отказа в системе энергоснабжения являют­ся случайными величинами. Поэтому для того, чтобы АСУ эффективно выполняла возложенные на нее за­дачи, она должна приспосабливаться к изменениям внешней среды и характеристик объекта управления, то есть должна быть адаптивной системой. В АСУ в про­цессе функционирования должны непрерывно совер­шенствоваться алгоритмы управления и структура уп­равления. АСУ следует проектировать как самоорга­низующуюся и самообучающуюся, то есть адаптивную систему.