6. Закон системности. Первый закон преобразования композиции систем

4.2. Общесистемные законыЗакон системности (см. выше): любая система, с одной стороны, может быть системой среди себе подобных, т.е. состоять из множества взаимосвязанных и взаимодействующих элементов (агрега тов, модулей, комплексов, подсистем), с другой стороны, может быть подсистемой некоторой более сложной системы.

Этот закон, в частности, нацеливает проектировщика на то, чтобы при проектировании сложных систем (например, авиадвигатель) были учтены не только взаимосвязи между элементами внутри системы (ВЗ, компрессор, КС, турбины, ФК, РС), но и системами, относящимися к окружающей среде (например, планер). Другим примером, может служить предприятие (например, химпром).

Частным случаем проявления закона системности является принцип комплексности (комплексный подход), который состоит в рассмотрении конкретной проблемы, программы, плана, процесса, системы и т.д. в комплексе с другими проблемами, программами, планами, процессами, системами и т.д. Например, при проектировании ИСУ ГАП согласно этим принципам следует рассматривать научно-исследовательские, конструкторско-технологические, организационные, информационно-управленческие, финансово-экономические, социально-психологические и экологические проблемы в комплексе друг с другом, т.е. как единую систему проблем.

2. Первый закон преобразования композиции систем

В природе существует только семь способов образования новых композиций систем, построенных из элементов множеств Ф и Н. Эти способы основаны на изменении:

1. только количества (числа) элементов,

2. только элементов связи (отношений) множества Н,

3. только элементов (первичных подсистем) множества Ф,

4. количества и элементов связи,

5. количества и первичных элементов подсистем,

6. элементов связи и первичных подсистем,

7. количества, элементов связи и первичных подсистем.

Примечание.

а) Когда идет речь о замене элементов связи и первичных элементов, то имеется ввиду замена их подобными же элементами, но с другими характеристиками, свойствами и т.д. Например, в оргсистемах смена кадров. Таким образом, при данной замене структура не меняется.

б) Данный закон справедлив, если не различать порядок комбинаций. Если же его различать, то получится 15 способов.

в) Три первых способа являются основными, а остальные – производственными.

8.Структура управляемой системы с информационной точки зрения.

Управление - такая организация изучаемого процесса на основе имеющейся информации, которая направлена на достижение определённых целей, т.е. целенаправленное воздействие на объект или процесс.

Основными элементами САУ являются: ОУ и УУ (сравнивает выход управляемого объекта с желаемым и в зависимости от результата вырабатывает управляющий сигнал на объект)

Рассмотрим подробнее ОУ и выделим характеризующие его переменные:

• управляющие воздействия (u₁, … u_m) – это такие переменные, с помощью которых можно влиять на поведение объекта;

• выходные переменные (у₁, … у_р) – доступные измерению величины, которые отражают реакцию объекта на управляющие воздействия;

• переменные состояния (х₁, … х_n) – внутренние и часто недоступные измерению переменные, которые определяют состояние объекта в каждый момент времени, причем nm;

• возмущающие воздействия (f₁, … f_l) – отражают случайные воздействия окружающей среды на объект управления и обычно недоступны измерению. Требование парирования их влияния приводит к необходимости создания систем автоматического управления.

Каждый объект управления (ОУ) как некоторая конструкция имеет регулирующий орган (РО), изменение положения которого приводит к изменению переменных состояния. В качестве РО в организационных системах выступает организация, администрация. Если количество РО и переменных состояния больше двух, то ОУ называется многомерным, в противном случае - одномерным.

С информационной точки зрения процесс замкнутого управления состоит из следующих этапов (подпроцессов).

1. получение информации о задачах и целях управления (планирование) ( поток информации);

2. получение информации о результатах управления, т.е. о состоянии ОУ на данный момент (анализ состояния ОУ);

3. анализ полученной информации и принятие решения ( возмущения в системе);

1. исполнение принятого решения в виде перемещения (движения) РО и установление их в требуемое положение (состояние).

Каждому из указанных процессов соответствует своя система, которая может иметь различную физическую природу. Например, если ОУ является техническим объектом, то II - информационно-измерительная система (система датчиков и преобразователей), I - формирователь программы управления, III - управляющее устройство, вычислительная система (спецмикропроцессор), выдающая сигнал управления, IV - исполнительная система (система приводов: гидро-, электро-, пневмо-), перемещающая РО (регулирующий орган).

Пример САУ: Система стабилизации скорости вращения двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. Ее цель – поддержание заданной скорости вращения двигателя при действии «нагрузки» на валу (металлорежущие станки, где независимо от глубины резания металла нужно выдержать заданную скорость вращения). Система стабилизации температуры в холодильнике при изменении массы и температуры закладываемых продуктов или при открывании дверей.

Здесь U_зад – сигнал, соответствующий заданной температуре; УМ – усилитель мощности с релейной характеристикой, который используется в качестве управляющего устройства, он включает или отключает холодильный агрегат (ХА), «прокачивающий» хладоагент через трубки камеры; ДТ –датчик температуры, выходной сигнал U_к которого пропорционален температуре камеры.

Если ОУ - производство, то I - планирование производства, II оценка текущего состояния производства, III - оценка отклонения от выполнения плана и принятие решений по ликвидации этих отклонений (например, за счёт перераспределения ресурсов), IV - исполнение управленческого решения (доставка ресурсов на рабочие места). РО - люди, машины.

Если ОУ - Армия: I, – штаб по выработке стратегии (плана боевых действий); III – тактики (алгоритма) конкретного поведения в боевых условиях по данным разведки – (II) и выдача приказов, исполнение приказа (IV) на местах.

Если ОУ – (биосистема), то I – человеческий организм, III – мозг, где записана программа и алгоритм её реализации, II – система рецепторов, IV - система мышц, а нервная система осуществляет передачу сигналов.

Отметим, что в устройстве III принятие решения может осуществлять человек (ЛПР): лётчик - ЛА.

В чём проблема управления?

Главная задача (цель) управления состоит в том, что в каждый момент времени вектор выходных координат (у нас: вектор состояния) был бы равен заданному вектору x°(t), т.е. x(t) = x°(t).

x°(t) – плановое значение управляемой координаты.

Главная проблема управления - как своевременно и с высокой точностью достичь цель при действии возмущений, т.е. в условиях помех, противодействия и дефицита ресурсов? Эта задача решается с использованием принципов управления.

9. Принцип обратной связи (управления по отклонению)

Принцип обратной связи заключается в такой организации взаимодействия элементов в управляемой системе, при которой принятие решения осуществляется не только по информации о целях и задачах управления, но и по информации о фактическом состоянии управляемого процесса.

Принцип иллюстрируется рис. 3. Получаемые значения у_вых корректируются на основе измерения отклонений у от требуемого результата у_треб, называемого в теории автоматического управления «уставкой».

Рис. 2. САУ

Принцип обратной связи: в каждый момент времени текущее значение управляемой координаты x(t) сравнивается с заданным (программным) значением x°(t), в результате чего получается ошибка (рассогласование, отклонение) управления: (t)=x°(t)-x(t), далее УУ в функции от ошибки (t) формирует и реализует через ИМ управляющее воздействие u(t), которое изменяет положение регулирующего органа таким образом, чтобы вызвать отклонение выходной координаты x(t) объекта в сторону уменьшения ошибки (t), т.е. если (t), то x(t)=x°(t) и задача управления будет выполнена.

ОС может быть положительной и отрицательной. При ПОС увеличение y приводит к таким значениям х, которые влекут дальнейший рост y, при отрицательной – рост приводит к значениям х, вызывающим уменьшение y.

Примеры ПОС: цепные реакции, взрыв, система аварийной сигнализации. Во всех подобных случаях небольшое отклонение должно вызвать как можно более энергичную реакцию управляемого объекта.

ООС осуществляется, например, при управлении запасом товаров на складе: при возникновении существенного отклонения запаса от нормативного предпринимаются меры по устранению этого отклонения – завоз товаров, либо реализация излишка.

Принцип ОС используется при построении систем автоматического управления (САУ) техническими, технологическими, организационными и т.д. системами. На основе этого принципа функционируют и биосистемы.

По принципу обратной связи функционируют основные регуляторы организма человека (при прикосновении к горячему утюгу человек автоматически отдергивает руку и т. п.).

Примером строя, основанного на использовании стабилизирующей (отрицательной) обратной связи в управлении, является классический капитализм: обратная связь обеспечивается регулированием рынка рабочей силы, т.е. увольнением работников при перепроизводстве товаров, или, напротив, дополнительным приемом на работу при необходимости увеличить производство товаров.

Достоинство: высокая точность управления (можно добиться высокого качества управления), т.к. система автоматически парирует действие возмущений, приложенных к любой точке системы.

Недостаток: необходимость решать проблему устойчивости, согласовывать точность и качество управления. Система замкнутая и существует противоречие между высокой точностью и высоким быстродействием с одной стороны и устойчивостью системы с другой.

Примечание. Система комбинированного управления.

САУ решает три класса задач:

1) стабилизации процесса, состояния ОУ (задача регулирования): x^o(t) = Const

2) программного управления: x^o(t)=x_прогр.(t)

3) слежения за состоянием ОУ или процесса: x^o(t)= Var

Совмещение принципов обратной связи и управления с упреждением. Для совершенствования управления используют различные способы совмещения принципов управления (например, модель типа приведенной на рис. 4).

Такая модель является основой адаптации (см.).

Совмещение принципов используют и в социально-экономических системах. Поскольку реализация принципа обратной связи связана с безработицей и социальными проблемами, при развитии капиталистического строя используются компенсационные механизмы в форме социальных программ (пособие по безработице и т. п.), уменьшающих возможность кризисов.