Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Принятие рациональных решений в системах с управлением. Учебное пособие
.pdf
Активное использование в настоящее термина «менеджмент» в описании
разных процессов (явлений) и задач управления привело к тому, что этот термин
стал неоднозначно трактоваться. Поэтому при применении этого термина на
практике следует уточнять, что вкладывается в это понятие.
Следует заметить, что в сложных системах указанное разделение в ряде
случаев можно провести только на концептуальном уровне, так как эти подсистемы
могут представлять собой единое целое. Режим функционирования таких систем
называют саморегулированием [17].
Общая структурная схема системы с управлением может быть представлена в
виде, показанном на рисунке 3.
Рисунок 3 – Структура системы с управлением
На рисунке 3 использованы следующие обозначения:
S1 – объект управления;
S2 – управляющая система;
N – информация о состоянии внешней среды (внешние воздействия на объект
управления);
N' – информация о состоянии внешней среды, имеющаяся в управляющей системе;
U –командная информация;
Y – информация о состоянии объекта управления;
21
Y'– информация о состоянии объекта управления, имеющаяся в управляющей
системе.
Основное назначение управляющей системы состоит в достижении
вышеупомянутых целей:
– удержание выходных характеристик системы при изменениях внешней среды в
требуемых пределах;
– перевода системы в заданное целевое состояние (изменение значений ее
характеристик или характеристик внешней среды).
Примерами таких систем, ориентированных на удержание выходных
характеристик системы при изменениях внешней среды в требуемых пределах,
могут служить система кондиционирования воздуха в помещении или автопилот
воздушного судна.
К системам, ориентированным на перевод системы в заданное целевое
состояние, относится подсистема наведения на цель системы противоракетной
обороны.
В рамках достижения этих целей решаются задачи:
− целеполагания,
− стабилизации,
− выполнения программы,
− слежения (контроль),
− оптимизации
и тем самым обеспечивается либо удержание выходных характеристик системы при
изменениях внешней среды в требуемых пределах, либо выполнение системой
действий по изменению значений ее характеристик или характеристик внешней
среды.
Основное назначение объекта управления – реализовывать основную
функцию системы, то есть, по сути, объект управления является исполнительным
инструментом.
Основное назначение связи – осуществлять своевременный обмен
управляющей информацией между управляющей системой и объектом управления.
22
Суть задачи управления системой – отделение ценной информации от
«шумов» (бесполезного или даже вредного для системы возмущения) и выделение
информации, которая позволяет этой системе существовать и развиваться.
С учетом сделанного уточнения получаем, что управление – это
целенаправленная актуализация знаний.
Задачами теории управления при таком рассмотрении являются синтез
структуры и параметров системы с управлением:
– объекта управления, соответствующего цели (закону функционирования)
создаваемой системы с управлением;
– управляющей системы, то есть построение структуры управления с учетом
ограничений по затратам различного вида (численность управленческого персонала
и др.); определение мест размещения центров обработки информации; определение
массивов информации, подлежащих передаче, хранению и обработке;
– системы связи, то есть обеспечение надежных каналов связи для своевременного
обмена актуальной информацией между объектом управления и управляющей
системой.
Своевременная и оперативная информация может позволить:
– стабилизировать систему;
– приспосабливаться и (или) адаптироваться;
– восстанавливаться при нарушениях структуры и (или) подсистем.
От степени информированности системы, от богатства опыта взаимодействия
системы и окружающей среды зависят развитие и устойчивость системы.
Информация обладает также определенной избыточностью в целях повышения
достоверности сообщений для более полного и точного управления системой [53].
Единых методов решения перечисленных задач для всех типов систем на
настоящее время не существует. Однако для всех типов систем с управлением
признается существование ряда аксиом и принципов управления, знание которых
позволяет квалифицированно решать задачи управления.
23
1.3 Основные этапы управления
Из материала предыдущего пункта следует, что понятие «управление»
относится к категории сложных слабо формализуемых терминов общей теории
систем. В рамках данного пункта настоящего пособия ставится задача – рассмотреть
основные этапы управления.
В общем случае управление сложным объектом имеет вид, представленный на
рисунке 4
Рисунок 4 – Этапы управления
24
1 этап. Формулировка целей управления.
Т
min
,ИФ ИФ
min
ИФ ИФ
min
ИФ ИФ
Т
Название этапа полностью характеризует его назначение. При определении
целей управления следует их выбирать и формулировать так, чтобы они не
противоречили друг другу (если цели сформулированы в символьном виде, то это
условие будет легко контролироваться). Под целями управления понимается модель
предполагаемого результата процесса управления. При этом принципиальным
является тот факт, что переход системы из текущего состояния в желаемое или
поддержание параметров системы в требуемых рамках без управления невозможно
или затратно по ресурсам (в качестве ресурсов могут выступать денежные,
временные, моральные и другие). Другими словами, цели данного этапа могут быть
достигнуты в предполагаемом виде только в результате грамотного управления.
Пример 3. Поддержание импакт-фактора (ИФ) научного журнала на
протяжении длительного промежутка времени
в некотором приемлемом для
редакции журнала диапазоне для большей части научных журналов возможно с
помощью управления. Это управление может осуществляться как в автоматическом,
так и в неавтоматическом режиме, целью такого управления является цель Z*:
причем значение ИФ* может изменяться в зависимости от
обстоятельств: политики редакции журнала и внешних причин. Задание множества
целей {Z*} в данном случае сводится к определению диапазона значений импактфактора научного журнала, внутри которого должна находиться целевое значение
ИФ*. Управление связано с реализацией алгоритма:
– начинать менять издательскую политику научного журнала в отношении
поступаемых в редакцию рукописей статей при выполнении условия
;
– сохранять издательскую политику научного журнала в отношении поступаемых в
редакцию рукописей статей при выполнении условия
.
Пример 4. Поддержание индивидуального рейтинга преподавателя R на
протяжении промежутка времени
в некотором приемлемом для преподавателя
диапазоне для большей части ППС возможно с помощью управления. Это
управление может осуществляться как в автоматическом (личный кабинет
25
преподавателя), так и в неавтоматическом режиме (лично преподавателем, если нет
min max
,R R R
min
RR
max
RR
доступа в личный кабинет преподавателя или научные труды на стадии разработки),
целью такого управления является цель Z*:
причем значение R*
может изменяться в зависимости от обстоятельств: самого преподавателя и внешних
причин. Задание множества целей {Z*} в данном случае сводится к определению
диапазона значений индивидуального рейтинга преподавателя, внутри которого
должно находиться целевое значение R*. Управление связано с реализацией
алгоритма:
– активизироваться в выполнение видов деятельности, влияющих на значение
индивидуальный рейтинг преподавателя, если
– позволить передышку, если
.
;
Рассмотренные примеры призваны показать принципиальный подход к
формулировке целей управления, и представляют собой простейшие иллюстрации к
первому этапу управления.
2 этап. Определение объекта управления.
На этапе определения объекта управления происходит выделение той части
среды, состояние которой представляет для субъекта интерес в связи с реализацией
сформулированных им целей. Это и есть объект управления. В примере 3,
приведенным выше, выбранный диапазон целевого значения импакт-фактора
научного журнала представляет собой объект управления. По-другому говоря,
объект управления – это часть пространства возможных значений целевого
параметра, которая нуждается в контроле и оказании влияния для достижения целей
управления {Z*}. В рассмотренном примере 3 контроль состоит в вычислении
значение импакт-фактора, влияние выражается в изменении или сохранении
издательской политики научного журнала, цель указана в примере. В реальности
определить объект управления не представляет особой трудности. В качестве
объектов управления могут выступать импакт-фактор научного журнала,
индивидуальный рейтинг преподавателя как в рассмотренных выше примерах. В
учебном процессе объектами управления могут выступать получаемые знания
26
(измеряются в оценках), дисциплина (измеряется в уровне посещаемости занятий) и
( , ),Y F N U
(1.15)
( , ),Y F G C
(1.16)
другие. В реальной жизни объекты управления могут иметь совершенно разную
природу: автомобиль, кафедра в вузе, масса тела, поведение в обществе, уровень
сахара в крови и т.д. Но в некоторых случаях, когда объект управления связан с
внешней средой многочисленными и сильными связями, определить объект
управления становится затруднительно.
Прежде чем перейти к следующим трем этапам управления, следует ввести
понятие модели объекта управления. Процесс формализации объекта управления
дает возможность точнее построить управление U, переводящее сложный объект в
целевое состояние Z*. Отсутствие модели объекта управления существенно
затрудняет процесс управления им, поскольку в данном случае управление
осуществляется «в слепую» или интуитивно, что не обеспечивает рациональных
решений или непозволительно затратно по времени. Задача усложняется
многократно, если объект управления является сложным.
Под моделью объекта управления будем понимать зависимость F,
связывающую состояние объекта с его входами:
где Y – состояние объекта, N – неуправляемые входы, U – управляемые входы.
Модель F представляет собой высказывание относительно связи между
входами N и U модели и ее выходом на любом удобном языке.
В общем случае модель F определяется некоторым алгоритмом (правилом,
инструкцией), который указывает, как располагая информацией о входах N и U
определить выход Y, не обращаясь к реальному объекту.
3 этап. Структурный синтез модели.
На этом этапе определяется вид зависимости F без учета значений ее
параметров. Для этого модель F представляется в виде:
27
где G – структура модели,
12
( , ,..., )
k
C C C C
0 1 2
( , ) ,Y F N U c c N c U
(1.17)
0 1 2
,,c c c
12
( , ,..., )
k
C C C C
– параметры модели.
На этапе структурного синтеза определяется лишь структура G модели, а
конкретными значениями параметров С не интересуются.
Под структурой в общем случае принято понимать:
– вид элементов, из которых состоит объект;
– отношения (связи) между элементами.
Описывать структуру удобнее всего графом, вершины которого представляют
элементы объекта, а дуги – отношения, в которые вступают элементы [47].
Например, вуз как объект управления состоит из институтов, деканатов, кафедр,
отделов, служб и т. д. (элементы), связанных между собой отношениями
подчиненности, материальных и информационных потоков и т. д.
Структура объекта управления может быть различной в зависимости от целей
управления. Существует много разнообразных структур моделей объекта
управления. Например, структура объекта может иметь вид F:
где конкретные значения параметров
на данном этапе не важны, а важен
вид зависимости F, в данном случае линейный.
Таким образом, на этапе структурного синтеза определяются только вид и
характер модели F, а ее параметры С определяются на последующих двух этапах
управления.
4 этап. Идентификация параметров модели.
Этот этап связан с определением численных значений параметров
в режиме нормального функционирования, то есть, без
специальных управляющих воздействий на объект. Исходной информацией для
идентификации являются структура G и наблюдения за поведением входа N(t) и
выхода Y(t) объекта при его взаимодействии со средой. Следовательно, основным
источником информации для идентификации в типичном случае является величина:
28
( ) ( ), ( ) ,I t N t Y t
(1.18)
где I(t) – информация, N(t) – неуправляемый вход, Y(t) – выход объекта при его
( ),Y F N
(1.19)
взаимодействии со средой.
Выполняемая на этапе идентификации параметоров модели работа – это
пассивное наблюдение, что обеспечивает выполнение двух требований:
− не затрагивает естественный ход наблюдаемого процесса и не искажает его своим
вмешательством;
− исключает тенденциозность в проведении экспериментов за счет действия
психологических факторов (подсознательного стремления субъекта получить
желательный для него результат).
Следует учесть, что в большинстве случаев сложные объекты не позволяют
проводить с ними эксперименты, поэтому возможность пассивно наблюдать
обоснована.
На этом этапе информация I(t) позволяет определить зависимость состояния
объекта лишь от управляемого входа, то есть представима в виде формулы (1.19).
где Y – состояние объекта, N – неуправляемые входы.
Очевидно, что рассматриваемая ситуация отличается от искомой модели
(1.15). Для выяснения зависимости выхода Y объекта от управляемых входов U
необходимо преднамеренно их менять, то есть, проводить с объектом некоторые
эксперименты. В силу практической сложности в большинстве случаев эксперимент
проводится с минимальными возмущениями объекта, однако с тем, чтобы
обеспечить достаточный объем получаемой информацию о влиянии варьируемых
параметров на выход объекта. Эту проблему решает следующий этап.
5 этап. Планирование экспериментов.
На этом этапе главным является синтез плана эксперимента, позволяющего с
максимальной эффективностью определить параметры модели объекта управления.
29
Для статического объекта план эксперимента представляет собой набор
0
12
, ,... ,
N
U U U U
(1.20)
0
( ), 0 ,U U t t T
(1.21)
12
, ,..., ,
N
Y Y Y Y
(1.22)
0
( ), 1,2,...,
i
Y F U i N
0
( ) ( ( )).Y t F U t
(1.23)
, , 1,2,... ,
i i i
I U Y i N
(1.24)
()Y F U
i
I
состояний управляемого входа объекта:
а для динамического объекта – функцию (программу) изменения во времени
управляемого входа объекта:
Эксперимент на объекте позволяет определить реакцию объекта на каждое из
воздействий.
Для статического объекта эта реакция образует последовательность:
где
– реакция объекта в i-ом эксперименте.
Для динамического объекта:
Таким образом, основным источником информации для идентификации на
этом этапе является величина:
В случае динамического объекта в формуле (1.24) следует учитывать условие
(1.23).
Для построения полной модели объекта
необходимо рассматривать
тройки наблюдений
модели.
(1.25) для статической модели и (1.26) для динамической
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]