2. Модель системы управления

Схема системы управления показана на рис. В.2.1. Здесь Дх и Дт — датчики, с помощью которых измеряет­ся состояние среды и объекта соответственно. Для обучающей системы объектом является ученик, управляющим устройством – педагог, алгоритм – программа обучения, Dx и Dy – средства контроля знаний учеников (проверка домашних заданий, контрольные работы, тестирования…)

Резуль­таты измерений

Xd=Dx(X); Yd=Dy(Y), (В.2.1)

где Dx и Dy — операторы этих датчиков, являются исходной информацией для управляющего устройства (УУ), которое на этой основе вырабатывает управляющее воздействие U.

Эти формулы выражают очевидную связь между со­стоянием (среды или объекта) и информацией об этом со­стоянии. А это далеко не одно и то же. Разницу легко увидит тот, кто попытается оценить навыки обучающегося практического применения полученных знаний по информации, содержа­щейся в контрольной работе по теоретическому материалу определенной темы. В этом случае X — действительные знания ученика практического выполнения задания, а Xd — оценка контрольной работы.

Таким образом, в основе процесса управления лежит информация о сложившейся ситуации:

I={ Xd ,Yd ) (B-2.2)

хотя она всегда является неполной. Эта неполнота, прежде всего, связана с ограниченными возможностями всякой системы сбора информации I и необходимостью «платы» за эту информацию. А при ограниченных ресур­сах, выделяемых обычно на управление, указанное об­стоятельство приводит к постоянному дефициту инфор­мации о поведения среды и объекта.

Сказанное заставляет образовать еще один вход объ­екта— ненаблюдаемое возмущение Е (см. рис. В.2.1), под которым подразумеваются все ненаблюдаемые внеш­ние и внутренние факторы объекта, влияющие на его состояние У, т. е. Y=F°(Xt U, E), что уточняет (В.1.5). Относительно входа Е могут выдвигаться лишь опреде­ленные предположения, но непосредственно этот вход не измеряется. Вход Е образуют прежде всего неизменяемые параметры среды и всякого рода случайные изме­нения характеристик самого объекта.

Таким образом, объект управления имеет три входа: наблюдаемый (X), управляемый, а следовательно, и наблюдаемый (U⁰) и ненаблюдаемый (Е). Заметим, что управляющее воздействие (команда, вырабатываемая управляющим устройством) U представляет собой ин­формацию о том, в какое положение должны быть при­ведены управляемые входы объекта U°. «Отработка» этой команды осуществляется исполнительными меха­низмами (ИМ), которые и изменяют состояние управ­ляемого входа U⁰объекта. Будем для простоты пред­полагать, что исполнительные механизмы мгновенно выполняют команду U и поэтому U⁰= U.

Для целенаправленного функционирования управля­ющего устройства ему кроме информации (В.2.2) необ­ходимо сообщить цель Z* управления, т. е. к чему ему следует стремиться в процессе управления, и алгоритм управления, т. е. указание, как добиться этой цели.

Под алгоритмом в данном случае мы понимаем четкое недвусмысленное правило, инструкцию, указание, что и как следует делать, чтобы добиться заданной цели Z* в сложившейся ситуации I

Теперь, располагая информацией о состояниях сре­ды, объекта и цели, можно представить управление U как результат работы алгоритма:

U=φ(I,Z*), (В.2.3)

где φ — алгоритм управления. Он представляет собой оператор φ = φ (•, •), перерабатывающий информацию о среде, объекте и цели в управление U, реализация ко­торого U° должна переводить объект в требуемое со­стояние Z*.

Таким образом, основными факторами всякого управ­ления, которые присущи любой системе управления объектом, являются:

— цель управления (Z*);

— информация о состоянии объекта и среды (I);

— воздействие на объект, т. е. собственно управление

— алгоритм управления (φ).

Заметим, что слово «управление» обычно используют в двух смыслах. В широком смысле это процесс дости­жения поставленных целей (в этом смысле мы его при­меняли раньше), а в узком —всякое целенаправленное воздействие на объект (задание упражнений для домашней работы, проверка решений задач, контрольные работы по пройденным темам…).

Таким образом, управление в широком смысле опре­деляется множеством целей {Z*}, которые поступают в систему управления извне. Эти цели ставит субъект, являющийся потребителем бу­дущей системы управления объектом. Субъект выступает в качестве заказчика на создание системы управления. Созданием же этой системы управления занимается про­ектировщик.

Однако, прежде чем принять решение о создании системы управления, необходимо рассмотреть все этапы управления, независимо от того, с помощью каких ма­териальных средств будут реализованы эти этапы. Та­кой алгоритмический анализ управления является осно­вой для принятия решения о создании системы управле­ния и степени ее автоматизации. При этом анализе следует учитывать фактор слож­ности объекта управления.