1. Децентрализованная структура.

При такой структуре объекты управления являются независимыми по материальным, энергетическим, информационным и другим ресурсам.

Для выработки управляющего воздействия для каждого объекта необходима информация о состоянии только этого объекта. Такая система представляет собой совокупность независимых систем и редко используется.

2. Централизованная структура.

Все процессы управления проводятся в одном центральном органе, который делает следующее:

1. Осуществляет обработку информации об управлении объектами

2. Выдает непосредственно каждому объекту управляющие сигналы.

Преимущества: простота процессов информационного взаимодействия, возможность оптимального управления системой в целом, нет необходимости пересылки промежуточных результатов, легко корректируемые оперативные данные, максимальная эксплуатационная эффективность при минимальной избыточности технических средств.

Недостатки: большой объем запоминающих устройств, необходимость высокой надежности и производительности средств обработки данных для достижения приемлемого качества управления, высокая суммарная протяженность каналов связи, если ОУ территориально рассредоточены.

3. Централизованно-рассредоточенная структура.

При такой структуре сохраняется основная особенность принципа централизованного управления: управляющее воздействие вырабатывается на основе информации о состоянии всей совокупности объектов управления. Но в данном случае, не имеет четкой локализации в данном органе управления. Алгоритм управления системой с такой структурой – это совокупность взаимно связанных алгоритмов каждого управляющего органа. И каждый управляющий орган работает с подчиненными ему объектами. По мере необходимости любой управляющий орган может вступить в процесс взаимодействия с другими органами управления.

Преимущества: низкие требования к скорости памяти, к производительности и надежности каждого органа управления, низкая суммарная протяженность и стоимость каналов связи.

Недостатки: сложность информационных процессов, избыточность технических средств, сложность синхронизации процессов обмена.

3. Иерархическая структура.

Дерево органов управления с множеством уровней и подчиненных этой структуре органов управления. Причины появления: несоответствия между сложностью управляемого объекта и способностью любого управляющего органа получать и перерабатывать информацию для все более увеличивающихся масштабов ОУ и времени обработки информации, а также сложностью алгоритма управления. Процесс управления требует своевременного формирования правильных решений, а каждое такое решение требует постановки соответствующих задач управления. Совокупность задач управления образует свою иерархию задач управления. Иногда эта совокупность получается сложнее, чем совокупность ОУ.

Главная функция органа управления – решение задач управления, но каждый отдельный орган решает только ограниченное число задач => иерархия задач порождает иерархию органов управления, которая может быть сложнее, чем иерархия задач управления и иерархия структур объектов управления. Таким образом, имеем неравноценные объекты управления, неравноценные задачи управления и неравноценные органы управления. Эти структуры могут не совпадать друг с другом.

Особенности организации многоуровневого структурного управления

1. Вертикальная соподчиненность

2. Приоритет действия (право вмешательства подсистем верхнего уровня в действие подсистем низшего уровня)

3. Зависимость действий подсистем верхнего уровня от фактического исполнения подсистемы низшего уровня своих функций

4. Элементы верхнего уровня имеют права на более широкий спектр управления системы в целом.

5. Чем выше уровень управления, тем больше период для принятия решения, так как степень неопределенности информации о состоянии системы повышается с ростом уровня.

6. Описание задач управления на верхних уровнях содержит больше неопределенностей, следовательно это более трудная задача формализации и поиска лучшего решения.

На практике верхние уровни вмешиваются в работу низших только в исключительных ситуациях.

Наибольшее распространение в настоящее время получила иерархическая система с 2-х уровневым контурным управлением, иногда называемая централизованной структурой с автономным управлением.

Для такой структуры характерно следующее: сочетание централизации управления системы в целом с локальным управлением отдельными объектами. Функции управления разделены между центральным органом реализации алгоритма глобального управления системы и локальным органом управления. Эти локальные органы решают задачи управления некоторым подмножеством объектов в соответствии с управляющим воздействием центрального органа.

Преимущества: максимальная автономность локальных центров в процессе управления с возможностью управления системой в целом, централизованное хранение и обработка информацией для автономного управления отдельными объектами, пониженные требования пропускной способности и производительности локальных органов в сочетании с высокой общей пропускной способностью, повышенная надежность системы, т.к. локальные центры могут функционировать даже при выходе из строя центрального органа. Такая структура сочетает плюсы рассредоточенной и централизованной структур.

Наша система содержит:

1. Вышестоящую систему .

2. n управляемых систем нижнего уровня ,….

3. Управляющий процесс P.

В системе существует 2 вида вертикального взаимодействия между подсистемами.

1. Передача вниз командных сигналов: сигналы от управляющей подсистемы с управляющим процессом P называется управляющими воздействиями. А сигнал от к называется координирующими сигналами (вмешательствами).

Подсистемы низшего уровня могут иметь свои локальные цели, которые могут не совпадать с общей целью управления, и следовательно находятся в конфликте. В этом следующая задача координации для подсистемы , состоящая в воздействии на нижестоящие подсистемы так, чтобы достигнуть общую цель для всей системы в целом.

2. Передача наверх информационных сигналов или сигналов ОС. Это обеспечивает возможность того, что любая управляющая подсистема имеет сведения о ходе протекания процессов в ОУ и качестве управления.

- множество координирующих сигналов.

- множество информационных сигналов второго уровня.

- множество управляющих сигналов.

- множество информационных сигналов первого уровня.

- множество внешних возмущений.

- множество выходных сигналов.

Весь управляющий процесс P можно записать:

где: ,

Модель функционирования i-той локальной подсистемы управления:

, ,

Модель координатора вырабатывается на основе сигналов ОС второго уровня.

Модели ОС первого и второго уровня:

,

Для создания такой модели функционирования всей системы необходимо принять, что состояние внешней среды определяется и общими задачами управления и частными задачами управления на нижнем уровне – задачами оптимизации. Тогда глобально заданный оптимум будет отражать глобальную цель управления двухуровневых систем.

,

g – функция качества системы, глобальная целевая функция системы.

При решении локальных задач будем предполагать, что процесс P есть некоторый композиционный процесс , которые взаимодействуют друг с другом между собой, а также управление каждым подпроцессом находится в ведении соответствующего управляющего элемента нижнего уровня . Взаимодействие между подпроцессом реализуется с помощью связей . Тогда i-тым управляющим органом нижнего уровня решается оптимальная локальная задача .

,

- множество заданий целевых функций. Существует два способа воздействия на локально заданную оптимизацию со стороны верхних уровней.

1. Через функцию качества - изменение целей управления.

2. Через именной параметр в выделенном подклассе подпроцессов . Это однозначно изменяет ограничение на целевую функцию.

При первом способе воздействия задается некоторое множество локальных функций качества и координирование системы.

например на выбор функции из заданного числа i-той управляемой подсистемы. Если так нельзя, то используется второй способ: ограничение можно менять на основных принципах разветвленной функции или принципах прогнозирования взаимодействия.