Тема 3. Управление

1. Сущность управления.

Управление - процесс организованного целенаправленного воздействия на объект, в результате которого последний переводится в требуемое (целевое) состояние.

Рис. 3.1. Кибернетический подход к процессу управления.

Объектом управления является та часть окружающего мира, состояние которой нас интересует и на которую воздействует управление.

Связь между Y и X можно в общем виде представить в виде выражения:

Y=F(X).

Обозначим цель субъекта как Y^*. Проверить выполнение цели Y^* в объекте можно, только сопоставив ее с реальным состоянием Y. Очевидно, что равенство

Y = Y^*

свидетельствует о том, что цели субъекта выполнены в объекте. Если же

Y ≠ Y^*,

то его цели не реализованы в этом объекте. Это обстоятельство заставляет субъекта выбрать одно из двух:

1. смириться с тем, что объект не соответствует целям, и в результате терпеть определенный ущерб, связанный с недостижением своих целей;

2. создать систему управления, которая реализовала бы его цели Y^* в объекте, затратив определенные средства на ее создание и эксплуатацию.

Для реализации управления необходимы каналы управления. Обозначим эти каналы буквой U. Состояние объекта управления зависит от двух факторов: среды (X) и управления (U), т. е.

Y = F(X, U),

где F – по-прежнему оператор работы объекта, но теперь он учитывает еще и управляющие воздействия U (рис. 3.1).

2. Управление как информационный процесс.

Управляющая система реализует процесс обработки информации, воспринимая информацию, характеризующую состояние системы, перерабатывая ее и генерируя новую информацию. Управляемая система под действием этой информации реализует процессы функционирования всей системы.

Управление в организованных системах рассматривается, прежде всего, как процесс преобразования информации (рис. 3.2).

Рис. 3. 2. Управление как процесс преобразования информации

Процессы управления всегда протекают следующим образом. Некоторые чувствительные органы (например, органы чувств человека или измерительные приборы) воспринимают информацию о состоянии управляемого объекта.

Эта первичная информация передается по тем или иным каналам связи к органу, задача которого состоит в том, чтобы принять решение на основе полученной информации или, другими словами, переработать информацию.

Желаемое изменение состояния системы достигается посредством определенных управляющих воздействий.

Совокупность правил, по которым информация о состоянии управляемой системы внешней среды, программы управления преобразовывается для получения информации об управляющих воздействиях, называется законом или алгоритмом управления.

3. Система управления.

Система управления (СУ) – совокупность взаимодействующих между собой управляемой системы (объекта управления) и управляющей системы (управляющего органа), деятельность которых направлена на достижение заданной цели управления.

Управляющая система включает в себя такие типичные элементы и подсистемы, как:

• источники информации о состоянии объекта управления;

• подсистема сбора и передачи этой информации;

• подсистема обработки и отображения этой информации;

• подсистема выработки управляющих воздействий;

• исполнительная подсистема.

В СУ решаются четыре основные задачи управления: стабилизация, выполнение программы, слежение, оптимизация.

Задачи стабилизации – это задачи поддержания выходных величин системы вблизи некоторых неизменных заданных значений, несмотря на действие внешних помех.

Задача выполнения программы возникает в случаях, когда заданные значения управляемых величин изменяются во времени заранее известным образом.

В тех случаях, когда изменение заданных значений управляемых величин заранее неизвестно и когда эти величины должны изменяться в зависимости от значений других величин, возникает задача слежения, т.е. как можно более точного соблюдения соответствия между текущим состоянием данной системы и состоянием другой системы.

В системах оптимального управления требуется наилучшим образом выполнить поставленную перед системой задачу при заданных реальных условиях и ограничениях. Понятие оптимальности должно быть конкретизировано для каждого отдельного случая.

В задачах, связанных с исследованием систем управления требуется установить наличие условий для осуществления эффективного управления. Эти условия следующие:

1. Должна быть четко сформулирована цель управления.

2. Должны существовать реальные варианты достижения желаемого состояния посредством использования существующих средств.

3. Должна существовать возможность воздействия на объект управления.

4. Интенсивность управляющего воздействия должна быть достаточной для осуществления необходимых преобразований за располагаемое время.

5. Воздействие должно осуществляться в реальном масштабе времени.

6. Должна существовать возможность получения реальной информации о состоянии объекта управления и результатах воздействия на него.