VPSSSR_dotu

7. Структурный и бесструктурный способы управления

подчинённым статистическим закономерностям, существует веро- ятностная предопределённость и вероятность того, что циркуляр-

ное безадресное прохождение в среде информационного модуля определённого содержания приведет к тому, что элементы множе- ства на основе самоуправления сложатся в одну или более струк- тур, ориентированных на некий, соответствующий указанному информационному модулю вектор целей в течение вполне прием- лемого интервала времени, а вектор ошибки в возникшем процес- се управления не выйдет за допустимые пределы.

Другими словами: при бесструктурном управлении множество более или менее аналогичных один другому элементов вероятно- стно предопределённо порождает из себя замкнутые системы, от- вечающие заданному вектору целей и множеству допустимых век- торов ошибки.

Главное отличие бесструктурного управления от струк-

турного: структура формируется не директивно-адресно до нача- ла процесса управления, а возникает управляемо и вероятностно

предопределённо в ходе процесса управления на основе преимущественно безадресного циркулярного распространения инфор- мации. Поэтому множество элементов, в котором протекает про- цесс бесструктурного управления, само является замкнутой системой1 иерархически упорядоченных контуров прямых и обрат-

1 Не в том смысле, как термин «замкнутая система» понимается в со- временной физике, а в ранее определённом смысле достаточно общей теории управления.

Поясним разницу в понимании этого термина в физике и достаточно общей теории управления.

«Замкнутые системы» с точки зрения физики — это такие системы, которые не способны к обмену энергией с другими системами, и собст- венная энергия которых сохраняется не только качественно (как размер- ность), но и количественно.

Система является замкнутой в том и только в том случае, если поток энергии на входе и выходе системы равен нулю. Однако такая ситуация является лишь частным случаем. В общем случае поток энергии на входе и выходе системы не равен нулю. Замкнутые системы являются частным случаем открытых систем. Система является открытой тогда и только тогда, когда она обменивается потоками энергии с окружающей её сре- дой.

81

Достаточно общая теория управления

ных связей, архитектура которой меняется в ходе процесса управ- ления. Также это множество элементов является средой, порож- дающей из себя структуры в процессе её самоуправления.

Бесструктурное управление в его существе — управление статистическими характеристиками множественных (массовых)

явлений на основе господствующих над множеством элементов вероятностных предопределённостей хранения, распространения

ипереработки информации и их оценок на основе чувства меры и статистических моделей. Совместное управление структурным и бесструктурным способом мы рассмотрим далее.

Яркий пример бесструктурного управления — автобус без кон- дуктора с кассами. Цель управления: распространение билетов, взимание платы за проезд, оповещение об остановках. Всё это ло- жится на плечи пассажиров, поскольку в большинстве случаев трансляция в автобусах не работает, кроме того, водителю просто не следует отвлекаться от управления машиной: продавать билеты

иобъявлять остановки — помеха его работе. Концепция управле- ния включает в себя: приём денег, их размен, выдачу сдачи, вру- чение билетов, контроль за тем, чтобы не было безбилетников «зайцев», и консультации пассажиров о том, где им надо выйти. Она же — обязанности кондуктора; их исполняет вся совокуп- ность пассажиров автобуса, на основе информации их памяти. Этот пример показывает, что одна и та же цель управления может быть осуществлена структурным (кондуктор, хоть и один, но всё же структура) и бесструктурным способом. Здесь же виден и субъ- ективизм в оценках качества управления, достигаемых при каж- дом из способов. Если вы хотите, чтобы максимальный процент пассажиров ехал с билетами и никто не ошибся в остановке, то кондуктор лучше. Если вас интересует доход с автохозяйства, то в случае, когда экономия на зарплате сокращенных кондукторов компенсирует убытки, возникшие из-за дополнительных «зайцев»

ирасширения штата контролеров, — лучше ездить с кассами без кондуктора на принципе самообслуживания пассажиров.

Т.е. реально «замкнутая система» в таком её определении — абстрак- ция теоретической физики, позволяющая приближённо описать течение реальных процессов в природе со множеством оговорок, поскольку в природе реально все системы — «открытые».

82

7. Структурный и бесструктурный способы управления

Если же вы смотрите на всю систему общественного городско- го транспорта с точки зрения хозяина1 государства- суперконцерна, то печатать и распространять билеты — вредная растрата какой-то части общественного фонда рабочего времени и природных ресурсов, поскольку отпечатанный и тут же выбро-

шенный билет не удовлетворяет ни чьих личных потребностей ни в пище, ни в одежде, ни в жилье, ни в Знании — ни в чём, чего так не хватает людям, но зато при их производстве и распростра- нении изводится рабочее время, лес, энергия, замусоривается сре- да обитания.

1 В этом качестве может пребывать только концептуально властный народ.

83

8. Устойчивость управления

ная множеством допустимых векторов ошибки управления, — область допустимого управления.

Если формально пользоваться правилом трансформации век- тора ошибки управления в оценку качества управления, то вслед- ствие многомерности пространства параметров, в котором нахо- дится вектор, одному значению оценки качества управления могут соответствовать вектора ошибки как принадлежащие их допусти- мому множеству, так и находящиеся вне его. Поэтому внутри об- ласти потенциально устойчивого и допустимого управления мож- но выделить область, в которой использование принятого правила оценки качества управления не приводит к выходу за пределы об- ласти допустимого управления. Это область безусловно качест- венного управления.

Пример, иллюстрирующий соотношение границ областей. В прямоугольное отверстие на плоскости необходимо ввести мани- пулятор. Область потенциально устойчивого управления — часть пространства, в котором находится поверхность с отверстием в пределах досягаемости манипулятора. Зона допустимого управле- ния — само прямоугольное отверстие. Вектор целей — радиус- вектор центра отверстия в избранной системе координат. Если оценка качества управления — расстояние от центра отверстия до внешней поверхности «руки» манипулятора, то зона безусловно качественного управления — круг, вписанный в прямоугольник. Область — кольцо между вписанным и описанным кругами — зона, где при одной и той же формальной оценке качества, управ- ление может быть допустимым и недопустимым. Полное совме-

щение зон безусловно качественного и допустимого управления требует построения иного правила преобразования векторов ошибки в оценку качества управления. Поэтому, если обеспечива- ется устойчивое, безусловно качественное управление, то потеря управления в результате возмущающих воздействий — это после- довательный переход из зоны безусловно качественного управле-

ния в зону допустимого управления и из неё в зону потенциально устойчивого управления и выход их неё.

Вектор ошибки управления возникает в результате двух при- чин:

85

Достаточно общая теория управления

∙во-первых, сама устойчиво функционирующая замкнутая система представляет собой колебательную систему, поэтому

даже в условиях заведомого отсутствия внешних возмущений она совершает колебания относительно вектора целей (вопрос только в том, позволяет ли постановка задачи управления пренебречь этими колебаниями, либо же нет);

∙во-вторых, на замкнутую систему действуют внешние возму-

щения из окружающей среды, а в ней самой могут происхо- дить какие-то внутренние изменения1.

Есть понятие «запас устойчивости замкнутой системы», это — собственная характеристика замкнутой системы, построенная на основе какой-либо (их может быть несколько) меры возмущающе- го воздействия, превышение которой ведёт к выходу вектора ошибки управления за допустимые пределы или к гибели систе- мы.

1 Например самолёт расходует топливо в полёте, в результате чего ал- горитмика управления им, применяемая при полных баках, будет оши- бочной, если её применить при управлении, когда на борту останется минимальный запас топлива. Этот эффект становится ещё более ярко выраженным, если самолёт в полёте сбрасывает груз (большой по отно- шению к его максимальной взлётной массе) — это касается бомбарди- ровщиков, ракетоносцев, танкеров-заправщиков, пожарных.

86

Достаточно общая теория управления

Управляющий сигнал является функцией времени и, возмож- но, информации, поступающей по каналам внутренних обратных связей. Учёт влияния на поведение объекта всех возмущающих

воздействий производится на стадии проектирования и создания объекта и (или) системы управления им и программы управления.

Уровень максимально возможного качества управления является функцией соответствия программы управления реальным усло- виям её реализации, поскольку замкнутая система не реагирует на реальное воздействие внешней среды. Гибкость поведения отсут- ствует.

ПРОГРАММНО-АДАПТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ

Внешние обратные связи в системе есть. Управляющий сигнал является функцией реальных параметров внешней среды и замк- нутой системы, информация о которых поступает по цепям внеш- них и внутренних обратных связей. Но в то же время управляю- щий сигнал является и однозначной функцией программы (закона управления) в том смысле, что одинаковой информации, посту- пающей по цепям обратных связей, всегда соответствует один и тот же управляющий сигнал. Эту тождественность реакции «вход

— выход» можно понимать и в смысле соответствия статистиче- ских характеристик управляющего сигнала информации, посту- пающей по цепям обратных связей. Реакция системы на возмуще- ние до некоторой степени гибкая в том смысле, что управляющий сигнал и реакция замкнутой системы на возмущения — функция этих возмущений.

Программно адаптивная схема может реализовывать разные принципы управления. Отметим два наиболее часто встречаю- щихся: управление по возмущению, и управление по отклонению.

В первом случае система управления вырабатывает управляющий сигнал на основе измерения в процессе управления возмущающе- го непосредственно воздействия. Во втором случае система управ-

ления вырабатывает управляющий сигнал на основе измерения контрольных параметров и оценки их отклонений от значений, характеризующих идеальный режим управления. При необходи-

мости оба принципа могут сочетаться в одной и той же системе управления.

88

9. Схемы управления

Предположим, что мы проектируем систему автоматического управления температурным режимом в помещении. Мы можем построить её так, что обогреватели будут включаться в результате

регистрации системой падения температуры в помещении ниже заданного значения. Это будет реализацией принципа управления по отклонению. Но мы можем построить систему такого назначе- ния и иначе. Поскольку температура в помещении обычно падает после того, снизится среднесуточная температура наружного воз- духа, остынут стены помещения и в него попадёт холодный на- ружный воздух, то мы имеем возможность регистрировать темпе- ратуру наружного воздуха, вычислять среднесуточную температу- ру, и, не дожидаясь того момента, когда стены остынут и начнётся снижение температуры в помещении, давать команду на включе- ние обогревателя в каком-то режиме немедленно в случае сниже- ния среднесуточной температуры до заданного порогового значе- ния. Кроме того, режим функционирования обогревателя может

быть функцией разницы среднесуточной наружной температуры и текущего значения температуры в помещении. В последнем вари- анте в программно-адаптивной схеме управления будут сочетать- ся оба принципа управления — по возмущению и по отклонению.

Если нет возможности измерять контрольный параметр непо- средственно в процессе управления (то есть в отношении него разорваны внешние и внутренние обратные связи), то в таком

случае вместо не поддающегося непосредственному измерению значения контрольного параметра может быть использована его косвенная оценка на основе его производных, интегральных и иным образом информационно с ним связанных параметров, ко- торые измеряются непосредственно. Однако в этом случае про- граммно-адаптивное управление имеет свойство неограниченно накапливать с течением времени ошибку рассогласования по кон- трольному параметру. Причина неограниченного накопления ошибки управления по контрольному параметру — накопление ошибок измерения и преобразования измеренных величин в про- цессе косвенной оценки необходимой характеристики.

Примерами такого рода ошибок полна летопись морских ката- строф, когда навигаторы, не видя берега в течение многих недель, из-за плохой погоды не видя звезд, вынуждены были определять

89

Достаточно общая теория управления

место корабля по счислению (на основе расчетов), и из-за ошибок в измерении скорости хода, ошибок в оценке влияния ветра и те- чений, неточности хода корабельных хронометров (часов) и оши- бочного показания компасов теряли точные координаты (место) и гибли на камнях, которые по их расчетам должны были находить- ся за много миль от них. Таков же механизм накопления ошибок инерциальными навигационными системами, употребляемыми в ракетно-космической технике, на подводных лодках и системах оружия, в которых текущие координаты объекта определяются на основе ввода исходных координат, измерения ускорений и их двукратного интегрирования.

Качество управления при употреблении программной схемы ниже в сопоставлении с программно-адаптивной при одинаковой алгоритмике моделирования поведения объекта, положенной в основу формирования управляющего сигнала. Но и возможное качество управления при программно-адаптивной схеме может

оказаться ниже минимально необходимого уровня в сложившихся условиях.

Допустим, что в какой-то момент времени вектор ошибки упра- вления равен нулю. Но в какой-то момент времени, даже в тот же самый, замкнутая система будет подвергаться ненулевому возму- щающему воздействию. Если бы в состав замкнутой системы вхо- дила идеальная система управления, то она формировала бы управляющий сигнал так, что управляющее воздействие в каждый

момент времени в точности компенсировало бы возмущающее воздействие, вследствие чего вектор ошибки управления сохранял бы своё нулевое значение неограниченно долгое время.

Но в большинстве случаев возмущающее воздействие прямому измерению не поддаётся. Но даже если что-то и возможно изме- рить, то существует порог чувствительности средств измерения величин всех факторов, на основе информации о которых форми- руется управляющий сигнал. Информация при передаче искажа- ется в некоторых пределах в самой системе. Системе управления требуется время на формирование и передачу управляющего сиг- нала. Средства управления также обладают ограниченным быст- родействием. Сам объект управления обладает характеристиками инерции, и ему необходимо время, чтобы отреагировать на воз-

90