Билет 6. 1) Основные принципы управления. Примеры управляемых систем и процессов.

С труктурная диаграмма демонстрирует управление по принципу обратной связи, при котором выбор управляющего воздействия осуществляется исходя из информации о текущем состоянии ОУ относительно цели. В этом случае процесс управления может быть описан как процесс, состоящий из шагов: 1)Получение информации о состоянии ОУ; 2)Анализ состояния ОУ относительно цели; 3)Выбор управляющего воздействия из списка допустимых управляющих воздействий; 4)Применение управляющего воздействия к объекту управления. И в целом процессе управления можно мыслить как циклический процесс, состоящий из реализации этих шагов. Совокупность этих шагов будем называть командным циклом, а его длительность будем называть быстродействием системы управления. Быстродействие системы управления является важнейшей характеристикой системы управления. Для управления по принципу обратной связи характерно наличие так называемого замкнутого контура управления – движение информации с соответствующей трансформацией и изменениями материального носителя от ОУ к СУ и обратно. Этот контур управления изображен на диаграмме в виде кружка со стрелками и помечен «_*». Для других принципов управления такого замкнутого контура нет!

Принцип управления методом проб и ошибок подразумевает управление при полном или частичном незнании поведения ОУ при оказании на него управляющего воздействия. – «Нажми на эту клавишу компьютера и посмотри, что будет дальше». Такой способ управления реализуется СУ, если он например «не обучен» управляющим воздействиям или не представляет закона эволюции ОУ, не знает режим функционирования ОУ, неправильно заданы цели управления. Иногда этот способ управления приводит к печальным или трагическим последствиям.

Принцип программного управления подразумевает выдачу управляющих воздействий по заранее заданной программе. В этом случае СУ будем называть задатчиком программного управления – ЗПУ. Структурная диаграмма в данном случае упрощается до следующей:

Программный принцип управления широко используется при управлении движением транспортных средств в авиации и морском флоте в виде «управления с помощью автопилота». Но при создании программы управления невозможно учесть воздействие ОС на ОУ, если оно характеризуется большой степенью случайности.

Если в нашем распоряжении имеется модель ОУ, адекватно описывающей поведение ОУ при воздействии со стороны ОС и реакции на УВ, то возможно управление при наличии модели.

Структурная схема управляемой системы в этом случае примет вид:

П одобный принцип управления характерен для ряда непрерывных производств (химических, и т.д.) или для управления социосистемами, где в качестве модели выделяется группа лиц и только их состояние отслеживается для организации управления (например, система рейтингов на телевидении, социологические опросы населения). Следует отметить, что только при управлении по принципу обратной связи, реализуется замкнутый контур управления. В программном управлении и управлении при наличии модели ОУ замкнутого контура нет и необходимы периодические коррекции состояния ОУ по принципу обратной связи.

Управление — функция организованных систем различной природы (биологической, технической, социальной), обеспечивающая сохранение определенной их структуры, поддержание режима деятельности, реализацию их программ и достижение их целей. Термин «управление» можно толковать несколько шире. Мы можем говорить об управлении не только системами, но и процессами, с целью придания им желаемых свойств. Говорят об управлении качеством, управлении безопасностью и т.д.. конечно, в каждом конкретном случае необходимо раскрывать смысл этого управления. Однако, общим является то, что имеется ввиду целенаправленное воздействие на процесс и/или организация этого целенаправленного воздействия. Цель должна присутствовать обязательно. Без цели нет управления!

Билет 6. 2) Моделирование систем автоматического регулирования. Типы регуляторов. Под регулированием будем понимать процесс поддержания или изменения по заданным условиям некоторой величины (показателя) с помощью целенаправленного воздействия — управления. Показатель – величина (информация), на знании которой основывается процесс регулирования. Критерий – заданное условие, ограничение, накладываемое на показатель регулирования Ω. Если регулирование происходит без непосредственного участия человека то оно называется автоматическим. Уравнение в вариациях. Предположим, что мы изучаем систему автоматического регулирования, структурная диаграмма которой приведена ниже:

Пусть нам известны функциональные зависимости, связывающие входные и выходные параметры ОУ и управляемые переменные УУ, причем переменные x, y, z могут мыслиться как количества информации, поступающей и перерабатываемой ОУ и УУ.

Пусть цель УУ – поддержание стационарного состояния ОУ в окрестности неподвижной точки (x₀, z₀, y₀), т.е.

“Секрет” автоматического регулятора заключается в конструировании такого механизма, для которого желаемое значение регулируемой величины явилось точкой равновесия в фазовом пространстве и эта точка равновесия была бы аттрактором! Математическим оформлением этого факта служит понятие устойчивости и асимптотической устойчивости соответствующего решения (по Ляпунову).

Упростим ситуацию, и управление будем осуществлять в режиме компенсации, т.е. управляющее воздействие будем присовокуплять с сигналом х на входе ОУ.

Тогда . Компенсационное управление может принимать разнообразные формы. Например, повышая требования, предъявляемые к студентам на экзаменах, можно повышать одновременно им и размер стипендии. Примером компенсационного управления может служить и разнообразные системы страхования, широко используемые в обществе. Мы рассмотрели эффект наличия обратной связи в общем случае и пришли к соотношению, связывающему небольшое воздействие со стороны ОС на ОУ с реакцией ОУ: .

Таким образом наша система, представленная схемой, может служить примером управляемой системы, называемой замкнутой системой автоматического регулирования с обратной связью. У этой системы задана цель, а именно: необходимость поддерживать выходной сигнал yо равным или по крайней мере близким к задающему сигналу yi в течение всей работы системы.

Если основная задача управления заключается в том, чтобы выходной сигнал системы «следил» за меняющимся задающим сигналом y_i= y_i(t) , то такая система управления называется следящей. Если же основная задача управления заключается в том, чтобы выходной сигнал поддерживался равным или приблизительно равным постоянному задающему сигналу (уставке) y_i= const, то такая система управления называется регулятором. Примером системы первого типа может служить система управления противовоздушной обороны, а второго – карбюратор, терморегулятор инкубатора и т.п. Для того, чтобы разобраться в следующей системе управления добавим к пружине амортизатор,усилие которого определяется скоростью изменения растяжения Тогда модель этой системы – модель ОУ примет следующий вид: (4) где f_d – шум, а управляющее воздействие f_с осуществляется пропорциональным регулятором f_с = k (y_i - y_о) (5)

Подобные системы управления, движения которых имеют первый порядок, назовем системами первого порядка.

Регулятор, задаваемый соотношением (5) называется пропорциональным или П-регулятором. Добавление контура пропорционального управления к системе первого порядка не изменяет вида дифференциального уравнения, описывающего систему в целом. Меняется лишь постоянная времени, что приводит к изменению переходных процессов и установившаяся погрешность в системе не устраняется.

В заключении рассмотрим еще один тип управления, который устраняет эту установившуюся погрешность. Этот тип управления называется интегральным. При таком управлении сигналу ошибки пропорциональна скорость изменения управляющего сигнала (а не сам сигнал!) (18). Из (18) ясно, что управляющее воздействие y_c регулятора будет изменяться до тех пор, пока ошибка отличается от нуля. Происхождение термина «интегральный» становится ясным, если проинтегрировать (18) по времени, что дает: (19) или управляющее воздействие определяется как пропорциональное интегралу сигнала ошибки во времени. Интегральный регулятор как бы «запоминает» поведение ошибки во времени, и эта память, сохраняемая регулятором и после того, как сигнал ошибки стал равен нулю, позволяет поддерживать корректирующее воздействие, необходимое для компенсации сигнала ошибки. В этом состоит коренное отличие И-регулятора от П и Д-регуляторов.

Билет 6. 3) Необходимость управления в организации. Под организацией будем понимать коллектив людей 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 в фокусе нашего внимания будут именно люди и их взаимодействие, складывающееся между ними в результате процессов управления. Люди создают организации для того, чтобы с их помощью решать свои проблемы. Это значит, что процессы, происходящие в организации, имеют целевую направленность, а значит должны быть управляемыми. Даже люди входят в члены организации для того, чтобы за счет этого достигать для себя определенный результат. Это тоже придает организации определенную целевую направленность. Наконец, люди, не входящие в состав коллектива организации, могут взаимодействовать с организацией, преследуя свой личные цели, если организация предоставит им соответствующие сервисы – решение интересующих людей проблем. Все это говорит о том, что целевое начало в деятельности организации должно быть ярко выражено. Конечно, имеет место, и исключение из правил – секретные службы, криминальные сообщества. Но и там целевое начало присутствует в их деятельности. В организации реализуется многоуровневое – иерархическое управление. Это связано со сложностью организации как системы (много элементов, много взаимодействий). Основной механизм управления в организациях это принятие управленческого решения и его последующая реализация. Под управленческим решением понимаем: 1)выбор альтернативы, осуществленный руководителем в рамках его должностных полномочий, компетенции и направленный на достижение целей организации; 2)директивный акт целенаправленного воздействия на ОУ, основанный на анализе данных, характеризующих конкретную управленческую ситуацию, определение цели действий и содержащих программу достижения цели.