1.1.1.3. Общие принципы системной организации
Естественно, что решение задач управления, получение законов управления базируется на некоторых формально-математических основах, образующих теорию управления. В основном это математика, ориентированная на нужды задач управления.
Принципы управления, как уже отмечено, не зависят от содержательного существа задачи. Для их иллюстрации рассмотрим процесс управления автомобилем. Водитель смотрит на дорогу и видит, куда нужно ехать, одновременно он следит за тем, куда едет автомобиль. Из сравнения реальной траектории и скорости движения автомобиля с наблюдаемой ситуацией на дороге, водитель принимает (формирует) решение о том, что ему делать: вращать руль, жать на акселератор или на тормоз. Далее он реализует, исполняет принятое решение. В этом примере можно усмотреть четыре принципиальных элемента (шага), которые имеются при любом управлении.
1) цель управлении - что нужно получить, куда двигаться;
2) получение информации о состоянии объекта - что получаем, куда
движемся;
3) определение отклонения желаемого от действительного и выработка
управляющего воздействия;
4) отработка, исполнение управляющего воздействия.
Если все четыре шага реализуются автоматически, то система является автоматической, в противном случае - автоматизированной.
На основании выше изложенного общую схему системы автоматического регулирования можно представить в виде:
Рис. 1.2. Общая схема системы автоматического регулирования
Если элементов много, то каждый из них имеет входы и выходы; при соединении выходы одного предыдущего соединяются с входами последующего и становятся внутренними для системы. Такие переменные на стыке внутренних элементов, на которые может быть разделена система, называются состояниями, т.к. они характеризуют состояние системы. Мы будем использовать эти термины.
Входы самого первого внешнего элемента системы являются внешними входамивсей системы, аналогично - выходы последнего элемента -выходы всей системы. Если их по одному - система одномерная, если несколько, то система многомерная или векторная.
При построении автоматических и автоматизированных систем используются различные принципы, о которых мы сейчас и поговорим.
1.1.2. Общие принципы управления
1.1.2.1. Управление с обратной связью
Всегда, когда имеется информация о состоянии объекта, о результатах управления ее следует использовать для повышения качества управления. В рассмотренной выше схеме мы использовали такой принцип - принцип обратной связи. В этом случае при выработке управления используются информация о текущем состоянии объекта и о его желаемом состоянии, а управляющее воздействие вырабатывается функцией невязки.
1.1.2.2. Программное управление
Если нет возможности получения информации о результатах управления, можно попробовать обойтись без них (как человек с завязанными глазами). На этом основан принцип программного управления,управления по разомкнутому циклу. Важнейшими определяющими характеристиками такого управления является точность модели и правильность цели.
Пример:станки с программным управлением.
1.1.2.3. Адаптивное управление
Пусть имеется модель следующего вида:
= Sai
fi(x,
u)(1.1)
где
– выход объекта,
x– вектор состояний,
u– вектор управлений.
Из
наблюдений мы имеем
и
-
измеренные значенияxи
.
Задача адаптивного управления сводится
кминимизации квадрата невязки,
т.е.
Q(ai)
= (
-
)2
min(1.2)
1.1.2.4. Оптимальное управление
Оптимальное управление значит наилучшее в каком-либо смысле.
Пусть
-
наилучшее значения выхода, тогда критерий
оптимальности можно сформулировать в
следующем общем виде:
F(u)
= F {
- S ai
fi(x,u)}(1.3)
Функция Fможет быть произвольной. Её иметь вид (квадрат, модуль и т.д.) выбирается с учетом целей дальнейшего применения.
Требований бывает много и часто их приходится свёртывать в один комплексный критерий. При этом разным требованиям назначают разные приоритеты.
Пусть
.
Каждый
является каким-либо критерием. В этом
случае критерий оптимальности можно
представить в следующем виде:
(1.4)
где mможет быть минимумом, максимумом и т.п.