1.2. Объекты управления
Объект управления, иначе, управляемый объект реализует процесс, который необходимо организовать для достижения поставленных целей.
В теории управления объект рассматривается как преобразователь переменных входа u(t), f(t) в переменную выхода y(t), как это показано на рис. 1.4. Цель управления, в первую очередь, определяет ограничения на переменную выхода объекта y(t). Неконтролируемые воздействия среды f(t), называемые возмущениями, вызывают нежелательные отклонения выхода объекта. Для уменьшения этих отклонений на объект оказывают соответствующие управляющие воздействия u(t).
Рис. 1.4. Абстрактный объект управления
Если переменные входа и выхода объекта являются векторами, то объект называют многомерным. Например, задача управления подводной лодкой или самолетом — воздушным судном — связана с рассмотрением в качестве управляемых переменных не только курсового угла , но также углов крена и тангажа .
Теория управления изучает общие закономерности, присущие системам управления независимо от их природы. Объекты управления могут быть техническими, экономическими, биологическими, социальными, военными и др.
1.2.1.Технические объекты
Примерами технических объектов являются движущиеся объекты (суда, самолеты, автомобили), объекты энергетики (печи, теплообменники, парогенераторы, электрические генераторы, двигатели и другие преобразователи энергии), объекты химической промышленности (реакторы, автоклавы, мешалки и другие аппараты), объекты машиностроения и металлургии (станки и обрабатывающие центры, прокатные станы), бытовая техника (утюги, холодильники, кондиционеры, устройства бытовой электроники). Управляемыми переменными для технических объектов являются физико-химических переменные, характеризующие их состояние или поведение (механические координаты, температура, электрическое напряжение, давление, концентрация компонентов в смесях и т. д.). Теория автоматического управления долгое время развивалась применительно именно к техническим системам, объекты которых наиболее изучены — во многих случаях для них имеются достаточно адекватные математические модели или возможность их аналитического построения.
1.2.2. Экономические объекты
Экономическими объектами являются: цех, завод, отрасль, предприятия торговли и сферы услуг, банки, страховые компании и т.п. Общим для них является то, что в качестве одной из обобщенных управляемых переменных рассматривается прибыль.
Приведем простейшие примеры таких объектов и соответствующих задач (целей) управления [6, 14].
Задача определения оптимального объема заказа. Фирма потребляет некоторую продукцию в одном и том же объеме M единиц в неделю и должна регулярно возобновлять заказы для пополнения запасов. Каждый очередной заказ независимо от его объема сопряжен с некоторыми накладными расходами в размере K по размещению заказа и его реализации. С другой стороны, с хранением приобретаемой продукции связаны расходы на складирование, страхование и содержание складских помещений. Допустим, что за хранение единицы потребляемой продукции в течение недели взымается плата в размере h. Обозначим через Q объем заказа. Управляемой переменной в таком объекте является среднее значение суммарных затрат в расчете на одну неделю СЗ. Накладные расходы K и расходы на хранение h принимаются за возмущения. Целью управления является минимизация значения управляемой переменной
Динамическая задача управления запасами. Пусть необходимо разработать календарную программу выпуска некоторого изделия на плановый период, состоящий из N отрезков. Предполагается, что для каждого из этих отрезков имеется точный прогноз спроса на выпускаемую продукцию, причем для разных отрезков спрос неодинаков. На экономические показатели производства влияют объемы изготавливаемых партий, поэтому фирме нередко бывает выгодно изготовить на каком-то отрезке продукцию в объеме, превышающем спрос в пределах этого отрезка, и хранить излишки, используя их для удовлетворения последующего спроса. Задачей управления является реализация такой программы выпуска, при которой общая сумма затрат на производство и содержание запасов минимизируется при условии полного и своевременного удовлетворения спроса на продукцию. Здесь оптимальное управление ищется в виде функции дискретного времени.
Планирование производства. Фирма, выпускает два типа тяжелого оборудования — землеройные машины (Е) и машины для лесоразработок (F). Прогнозирование спроса показало, что можно продать столько машин типа E и F, сколько фирма может произвести. Фирма получает прибыль $5000 от продажи каждой машины E и $4000 — машины типа F. Оборудование производится в двух филиалах фирмы А и В, каждый из которых располагает бюджетом времени в 100 часов. Производство одной машины E требует 10 часов в филиале А и 20 часов — в филиале В. Производство одной машины F требует 16 часов в филиале А и 10 часов — в филиале В. Для сохранения позиций фирмы на рынке необходимо производить не менее одной машины F на каждые три машины E. Основной потребитель заказал в сумме не менее 5 машин в любой комбинации. Объект управления в данном примере имеет два управляющих воздействия — объемы выпуска машин типа E и F. Управляемая переменная — прибыль P должна быть максимальной
при удовлетворении ограничений. Это цель управления.
Разнообразные по характеру своей деятельности организации производственной и непроизводственной сфер, представляют собой сложные объекты, экономическая эффективность функционирования которых существенно зависит от качества организационного управления. Научной дисциплиной, занимающейся решением задач такого управления, является исследование операций [6]. Методами исследования операций решаются задачи управления деятельностью той или иной организации, в частности, задачи календарного планирования производства и управления запасами, задачи комплектования штатов и др. Сюда же относится определение ассортимента выпускаемой продукции, разработка долгосрочных программ расширения производства, проектирования сети складских помещений в системе оптовой торговли и т.д.
Управление экономическими объектами является задачей, вообще говоря, более сложной, чем управление техническими объектами. Одна из причин заключается в том, что в современной экономике производственно-технические, конъюнктурно-коммерческие и прочие факторы находятся в сложной взаимной зависимости, а внешние экономические факторы содержат элементы неопределенности. Принятие управленческих решений, которые были бы одновременно и реальными, и экономически выгодными, является достаточно сложной задачей.