Билет 4. 2) Управление объектом при наличии его модели. Динамическая система как метод описания поведения управляемых систем.
Приведенные выше модели естественно являются моделями без управления. Теперь мы опишем способы, которыми мы можем влиять на эволюцию системы. Рассмотрим динамическую систему как кибернетический черный ящик. Если внешние факторы могут воздействовать на АС, то они это осуществляют через определение входа системы. Эти входы будем классифицировать на неконтролируемые и контролируемые (управляемые). Пример: имея целью полета самолета конкретный пункт посадки следует принимать во внимание боковой ветер, способный сносить самолет с заданного курса. На этот фактор летчик влиять не может, он может лишь компенсировать его с помощью поворота горизонтального руля. Поэтому боковой ветер может представляться как неконтролируемый вход. Скорость полета самолета является контролируемым входом, так как летчик может увеличить подачу топлива в двигатель и, тем самым, увеличить скорость полета. Под термином «вход» можно понимать определенное состояние внешней среды и внешних факторов по отношению к ДС, на которые система реагирует каким-либо образом. Состояние системы, которое в свою очередь воздействует на внешнюю среду или на положение ДС относительно цели будем понимать как «выход» динамической системы.
Выделяя и описывая состояния входов и выходов – каналов связи ДС с окружающей средой, мы решаем задачу обособления ДС от окружающей среды. Если мы адекватно решили эту задачу, то изменение состояния системы (показателей состояния) может произойти из-за: изменения состояния входов системы, либо эволюции системы за интервал наблюдения. Число входов и выходов можно пересчитать, а их состояния выразить в определенных числах. Если система имеет один вход и один выход, то мы будем их обозначать как x, y. В противном случае, поскольку состояние каждого входа и каждого выхода определяется одним числом, то состояние всех n входов и m выходов можно определить посредством задания векторов x = (x1, x2, …, xn) и y = (y1, y2, …, ym). В ряде задач выходы y1, y2, …, ym могут мыслиться как параметры состояния системы, но в общем случае это не так. Пример: инспектора по соблюдению санитарных норм интересует не температура воздуха в помещении как таковая, а вопрос «снижается ли эта температура ниже порогового значения?». Только в этом случае он должен принимать меры.
Если ставим задачу управления системой, т.е. оказание такого на нее воздействия, которое вызывает желаемое для нас изменение ее состояния, то ко множеству управляемых выходов в систему присоединим такие ее свойства, на которые мы можем оказывать влияние и изменять их. Пример: угол поворота передних колес автомобиля относительно направления движения, скорость движения автомобиля или скорость полета самолета, доля ВВП расходуемого на потребление или накопление.
Билет 4. 3) Уровни управления организацией Под организацией будем понимать коллектив людей (больше одного) деятельность которых направлена на достижение общих целей. Безусловно, в своей деятельности коллектив, составляющий организацию, использует различные механизмы и устройства: компьютеры, телефоны, телефаксы, автомашины, и др. Но нас интересуют именно люди и их взаимодействие, складывающееся между ними в результате процессов управления. По степени отвлеченности от основного процесса деятельности будем выделять уровни управления: высший, средний, низший. По функциональному признаку: операционный, управленческий, административный; по масштабу решаемых управленческих задач: стратегический, тактический, оперативный. Каждому уровню управления приписываются соответствующие функции и задачи, реализации и решения, которых, необходимо для "перемещения организации во времени" – её функционирования во времени. Это приводит к понятию управленческая пирамида организации.
Билет 5. 1) Основные типы управляемых систем. Примеры управляемых систем и процессов. 1) Примеры управляемых систем: I Технические системы автоматического регулирования. В этих примерах управление реализуется без участия человека. В этом случае говорят об автоматическом способе управления.
А Поплавковая камера карбюратора Служит для регулировки (управления) уровнем бензина в карбюраторе. Целью является поддержания фиксированного уровня бензина. Впервые подобная идея управления уровнем жидкости была реализована более 2 тысяч лет назад в устройстве водяных часов.
Принцип работы системы достаточно прозрачен: 1) при уменьшении уровня бензина, поплавок, плавающий в бензине, понижается и воздействует на запорную иглу, которая открывает отверстие подачи бензина из бензобака, что и приводит к повышению уровня бензина; 2) при увеличении уровня бензина поплавок поднимается и запорная игла закрывает отверстие подачи из бензобака, что и приводит к уменьшению уровня бензина. Такое поведение поплавка приводит в целом к стабилизации уровня бензина в поплавковой камере. Уровень бензина в поплавковой камере определяет равномерность подачи бензина в камеру сгорания двигателя. Поэтому, если бы регулятора уровня бензина не было, то мы бы почувствовали ощутимые рывки и толчки при поездке на автомобиле. Устройством управления здесь служит поплавок + запорная игла, средством «измерения» уровня — поплавок, исполнительным устройством — запорная игла.
B Терморегулятор Необходимость регулировки температуры возникает достаточно широко, например, в жилом помещении, теплице, инкубаторе, печке и т.д. Электрический терморегулятор — это биметаллическая пластинка (составленная из двух металлов с различными коэффициентами температурного расширения), которая размыкает электрическую цепь подачи электроэнергии на нагревательный элемент, если температура терморегулятора превышает заданную, и замыкает сеть, если его температура снизилась ниже некоторого порогового значения. Печь с автоматической регулировкой температуры была придумана в 1620 году голландцем Корнелиусум Дреббелем.
Принцип регулирования температуры в камере печи основывается на том, что перекрытие щели для выходящих газов изменяет температуру в камере, увеличение щели — увеличивает. Измеряя длину плеча тяги можно менять значение желаемой температуры в камере. Современные исследования печки Дреббеля установили, что это устройство регулирует (поддерживает) температуру с точностью до 0,60С.
С Центробежный регулятор Уатта Это устройство было сконструировано в 1784 году для стабилизации частоты вращения вала парового двигателя. В современных двигателях внутреннего сгорания центробежный регулятор Уатта исп-ся при рег-ке угла опережения зажигания.
Эти примеры являются примерами так называемых регуляторов прямого действия, когда измерительное устройство непосредственно воздействует на исполнительно устройство, регулирующее желаемое состояние системы. В настоящее время между измерителями и исполнительными устройствами включают различные усилители, например, гидроусилители руля и тормозов в автомобиле. Анализируя принцип действия регуляторов в приведенных примерах обнаруживаем связь выхода системы с ее входом:
Выход––>Вход: уровень бензина ––>состояние отверстия; температура––>условие горения угля; положение биметаллической пластинки––>температура регулятора; угол отклонения грузиков от оси––>положение заслонки, регулирующей поступление пара в паровой двигатель. Такие связи в теории управления принято называть обратными. Связи в примерах А – С обладают еще одним замечательным свойством: изменение показателей системы на выходе приводит к изменению состояния на входе системы, ведущему к прямопротивоположному воздействию на показатели системы на выходе. Будем такие связи называть отрицательными. Таким образом, примеры А – С иллюстрируют управление по принципу обратных связей. Далее если управление производит непосредственно человек, то этот способ управления естественно называть ручным управлением. Если при управлении человек ряд своих функций реализует с помощью каких либо механизмов то такой способ далее будем называть автоматизированным. D Банкомат. После включения банкомата, выполняется заданная последовательность действий: 1)банкомат запрашивает PIN код клиента, 2)проверяет PIN код клиента (иногда говорят - авторизует клиента), 3)запрашивает сумма, требуемая клиентом, 4)проверяет состояние счета клиента, 5)если состояние счета допускает выдачу запрашиваемой суммы, то подсчитывается эта сумма денег, 6)выдается эта сумма клиенту, 7)состояние счета уменьшается на выданную сумму денег, 8)банкомат выключается. Примерами систем, управляемых подобным способом, могут служить автопилот самолета или морского судна. Устройство, реализующее принцип программного управления,будем также называть ЗПУ – задатчиком программного управления.
Е Автоматическая система противопожарной и охранной сигнализации. В отличие от банкомата, эта система должна всегда находиться в рабочем (ждущем, следящем) состоянии и реагировать на возникновение огня или источника дыма, а также на нарушение охраняемого периметра или пространства. В связи с этим, система должна распознать эти объекты или события. Нарушение периметра или пространства, появление огня или дыма будем далее называть «событием», и управление подобными системами будем называть «событийным управлением». В этом случае имеет смысл говорить о форме реализации управления. Предыдущий пример аналогичен тому, с чем мы сталкиваемся, постоянно работая на компьютере, которым управляет операционная система Windows. Мы наводим курсор на значок нужного нам приложения или файла и кликаем нужной нам кнопкой. Далее операционная система уже знает, что ей дальше делать без указаний пользователя — загружать файл или выполнять приложение. Управление, реализованное в банкомате, будем далее называть «программным». В этом случае система управления выполняет некоторую фиксированную последовательность действий — программу. Такой принцип управления восходит к старым механическим музыкальным аппаратам из кинофильмов.