- •Исследование систем управления
- •Учебник
- •Москва 2003
- •Глава 1. Концептуальные основы исследования систем управления
- •1.1. Понятия, определяющие структуру системы
- •Понятие структуры системы
- •Понятие внешней среды
- •1.2. Понятия, определяющие процесс функционирования системы состояние системы
- •Движение (функционирование) системы
- •1.3. Характеристика процессов системы понятие процессов системы
- •Процессов
- •I подсистема-j |
- •I подсистема-l
- •I подсистема-n
- •Обратная связь
- •Обратная связь
- •Функции процесса обратной связи
- •Обратная связь
- •Обратная связь
- •Обратная связь
- •Функция процесса ограничения системы
- •Системный
- •1.4. Классификация систем характеристика различных классов систем
- •Классификация систем
- •1.5. Понятие системы управления
- •Положительная сторона
- •Отрицательная сторона
- •1.6. Цель системы управления
- •1.7. Закон управления системой
- •У правляющий орган (управляющая система)
- •1.8. Критерии эффективности управления системой
- •Глава 2. Методологические основы исследования систем управления
- •2.1. Системный подход как общеметодический принцип исследования систем управления понятие и основные черты системного подхода
- •Сущность системного подхода
- •Порядок выделения исследуемой задачи (объекта) из внешней среды
- •2.2. Задачи анализа и синтеза систем управления задачи анализа систем управления
- •Определение объекта анализа
- •Структурирование системы
- •Определение функциональных особенностей системы управления
- •Исследование информационных характеристик систем
- •Формирование замысла и цели создания системы управления
- •Формирование вариантов облика новой системы
- •Приведение описаний варианта облика системы во взаимное соответствие
- •Разработка требований к системе управления
- •Реализация разработанных требований к системе управления
- •2.3. Принципы анализа и синтеза систем управления
- •Принцип физичности и его постулаты Принцип физичности
- •Принцип моделируемости и его постулаты Принцип моделируемости
- •Принцип целенаправленности и его постулаты Целенаправленность системы
- •2.4. Виды анализа и синтеза систем управления структурный анализ и синтез систем управления Структурный анализ систем управления
- •Структурный синтез систем управления
- •Функциональный анализ и синтез систем управления
- •Функциональный анализ систем управления
- •Функциональный синтез систем управления
- •Информационный анализ и синтез систем управления
- •Коммуникационная (информационная) схема передачи информации в системе управления
- •Классификация информационных процессов
- •Структура информационного процесса
- •Информационный анализ систем управления
- •Информационный синтез систем управления
- •Параметрический анализ систем управления
- •Параметрический синтез систем управления
- •2.5. Уровни исследования и структура показателей систем управления уровни исследования систем управления
- •Структура показателей систем управления
- •Оценка информативности показателей анализируемой системы управления
- •Глава 3. Особенности анализа и синтеза различных видов систем управления
- •Зл. Особенности анализа и синтеза технических систем управления особенности технических систем управления
- •Специфика отдельных видов анализа и синтеза технических систем управления
- •Основы синтеза облика перспективной технической системы управления Цели и характер обоснования облика новой технической системы управления
- •Общая процедура обоснования облика перспективной тсу
- •3.2. Особенности анализа и синтеза эргатических систем управления особенности эргатических (человеко-машинных) систем управления
- •Инженерно-психологические проблемы, требующие решения в процессе создания и эксплуатации эргатических систем управления
- •Специфика отдельных видов анализа и синтеза эргатических систем управления
- •Типовые противоречия разрешаемые в процессе создания новых эргатических систем управления
- •Типовые противоречия, разрешаемые в процессе создания новых эсу
- •Содержание нововведений в зависимости от глубины реорганизации эсу [10]
- •Основные вопросы, решаемые в цикле исследования [10]
- •3.3. Особенности анализа и синтеза организационных систем особенности организационных систем управления
- •Методология анализа и синтеза организационных систем управления
- •Специфика отдельных видов анализа и синтеза организационных систем управления
- •Параметрический анализ и синтез организационных систем управления
- •Основные черты организационного управления
- •Основные требования к организационному управлению
- •Глава 4. Системный анализ и синтез проблемы
- •4.1. Общая характеристика проблемы как системы понятие проблемы и проблемной ситуации
- •Представление проблемы как системы
- •Этапы процесса решения проблемы Характеристика этапов процесса решения проблем
- •Этапы системного анализа проблем совершенствования и развития систем
- •Этапы системного анализа инновационных проблем
- •Системный синтез и анализ проблемы
- •4.2. Исходная постановка (формирование) проблемы
- •4.3. Формирование целей и условий решения проблемы условия формирования целей
- •Выявление и систематизация подцелей
- •Построение «дерева целей»
- •Состав подцелей
- •Последовательная декомпозиция целей
- •«Дерево целей» промышленного предприятия [6]
- •Установление условий решения проблемы
- •4.4. Структуризация проблемы и систематизация путей достижения целей основные понятия и этапы структуризации проблем Основные понятия структуризации проблемы
- •Этапы структуризации проблемы
- •Уточнение структуры системы
- •Уточнение структуры объекта управления
- •Уточнение функционально-информационной структуры системы управления
- •Критический анализ функционирования системы управления Цели анализа функционирования системы
- •Анализ причинно-следственных связей
- •Пример. Анализ причинно-следственных связей нарушений технологической дисциплины [6]
- •«Дерево путей достижения целей»
- •Пример. Построение «дерева достижения целей» применительно к проблеме управления качеством продукции
- •Оценка значимости проблем
- •4.5. Выявление и выбор альтернатив решения проблемы этапы выделения альтернатив
- •Решения, зависящие от области их использования
- •Принятие решения на основе исходной информации различной полноты
- •Формирование решения проблемы в целом
- •Выбор оптимальных решений Постановка и решение задачи оптимизации
- •Решение задачи и анализ результатов
- •Глава 5. Методы исследования систем управления
- •5.1. Системный подход к проявлению идеи
- •Сущность идеи
- •Первый цикл проявления идеи
- •5.2. Эвристические методы исследования систем управления методы активизации техологии творчества
- •Ассоциативные методы
- •Метод мозгового штурма
- •Метод синектики
- •5.3. Формализованные методы исследования систем управления параметрический метод
- •Морфологический метод и его модификации
- •Метод организующих понятий
- •Метод десятичных матриц поиска
- •Комбинаторный метод
- •Методы логического поиска Метод и — или — дерево
- •Метод логического мышления
- •Алгоритм решения изобретательских задач (ариз)
- •Обобщенный алгоритм поиска новых технических решений
- •5.4. Статистические методы анализа систем управления сущность и область применения
- •Корреляционный анализ
- •Дисперсионный анализ
- •Ковариационный анализ
- •Метод временных рядов
- •Метод главных компонентов
- •Факторный анализ
- •5.5. Детерминированные методы анализа систем управления сущность и область применения
- •Инфлюентный анализ
- •5.6. Синтез систем управления методами оптимизации синтез систем управления методами безусловной оптимизации Сущность и область применения
- •Методы нулевого порядка
- •Методы первого порядка
- •Методы второго порядка
- •Синтез систем управления с помощью многокритериальной оптимизации
- •5.7. Синтез систем управления методами математического программирования
- •Общая характеристика методов математического программирования
- •Методы решения задач линейного программирования
- •Методы решения задач нелинейного программирования
- •Методы решения задач дискретного (целочисленного) программирования
- •Методы динамического программирования
- •Методы стохастического программирования
- •5.8. Анализ и синтез систем управления с помощью математических теорий теория принятия решений
- •Теория массового обслуживания
- •Теория эффективности
- •Теория игр Сущность синтеза игровых задач управления
- •Содержание
- •Глава 1. Концептуальные основы исследования
- •Глава 2. Методологические основы
- •Глава 3. Особенности анализа и синтеза
- •Глава 4. Системный анализ и синтез проблемы 209
- •Глава 5. Методы исследования систем управления 297
2.5. Уровни исследования и структура показателей систем управления уровни исследования систем управления
В настоящее время выполнено значительное количество работ, в которых рассматриваются различные подходы к наименованию и содержанию уровней исследования систем управления.
Так, Месарович И. предлагает проводить исследование, начиная с верхнего уровня и далее в соответствии с убыванием порядковых номеров, т.е. n-й, (п - 1)-й, и т. д. [5]. В справочнике «Эффективность технических систем» вводят концептуальные, операциональные, детальные уровни и ДР-[9].
Однако данные наименования не в полной мере учитывают специфику исследования целенаправленных (управляющих) систем, поэтому остановимся на классификации уровней, предложенных Хохлачевым Е., которая учитывает основные принципы анализа и синтеза сложных систем управления.
Выделим следующие уровни анализа и синтеза систем управления:
внешний;
исходный;
общесистемный;
,
,..., п) системные уровни.
Общее число уровней может быть различным в зависимости от принятой степени детализации объекта исследования.
Дадим краткую характеристику каждому уровню исследования [16].
На внешнем уровне анализируется сверхсистема, в состав которой входит исследуемая систем управления. Основными задачами исследования сверхсистемы являются:
определение целей и задач сверхсистемы;
выделение (в сверхсистеме) подсистем (функций, задач), в интересах которых применяется система управления;
уточнение показателей и критериев данных подсистем;
определение внешних свойств и соответствующих показателей системы управления, которые могут повлиять на эффективность сверхсистемы.
На исходном уровне исследуемая система управления выделяется как отдельный целенаправленный элемент (ЦНЭ) сверхсистемы, которая включает различные, в общем случае, противоположные по интересам подсистемы.
Основными задачами исследования на исходном уровне являются:
выделение исследуемой системы в виде отдельного целенаправленного элемента (ЦНЭ);
выявление входных целезадающих, обеспечивающих и помеховых (разрушающих) воздействий, поступающих от различных подсистем сверхсистемы на
"ЦНЭ;
♦ установление показателей и критериев эффективности ЦНЭ, которые характеризуют внешние свойства системы управления и ее влияние на сверхсистему.
ЦНЭ рассматривается без учета внутренней структуры в виде модели элемента «вход — состояние — выход».
Сверхсистема в любой произвольный момент времени t может формировать вектор входных воздействий x(t) = {c(t), r(t), v(t)}, где c(t) — целезадающие; r(t) — обеспечивающие; v(t) — помеховые (разрушающие) частные воздействия, поступающие от различных подсистем.
Целезадающие воздействия c(t) включают информацию, необходимую для уяснения ЦНЭ поставленной перед ним общей цели. При этом в отдельных случаях ЦНЭ может самостоятельно корректировать, уточнять и формировать цели управления. Целезадающие воздействия формируются теми подсистемами, в интересах которых функционирует ЦНЭ.
Обеспечивающие воздействия r(t) также формируются подсистемами, заинтересованными в достижении поставленной цели, и включают дополнительные материальные, энергетические, людские, денежные и другие ресурсы, необходимые для успешного функционирования ЦНЭ. Обеспечивающие воздействия могут отсутствовать, если ЦНЭ имеет достаточное количество своих внутренних ресурсов.
Помеховые (разрушающие) v(t) воздействия формируются в основном теми подсистемами сверхсистемы, которые препятствуют достижению цели поставленной перед ЦНЭ или могут формироваться хаотически нейтральными подсистемами.
Под влиянием перечисленных воздействий ЦНЭ совершает движение Z(t) к намеченной цели и формирует вектор ответных реакций
y(t)={c-(t),m,vxt)}.
Целекорректирующие реакции c(t) воспринимаются сверхсистемой для коррекции ранее намеченной цели и формируются ЦНЭ в зависимости от достигнутых промежуточных результатов.
Целеобеспечивающие реакции r"(t) формируются для улучшения свойств или повышения качества и эффективности подсистем, в интересах которых функционирует ЦНЭ.
Нейтрализующие реакции v"(t) обеспечивают подавление помеховых (разрушающих) воздействий и могут совпадать с целеобеспечивающими реакциями.
На исходном уровне формируются показатели и критерии эффективности ЦНЭ и исследуются его внешние свойства, обеспечивающие наилучшее достижение поставленной цели.
На общесистемном уровне производится детализация ЦНЭ на управляющую систему (УС) и объект управления (ОУ).
Основными задачами исследования на общественном уровне являются [16]:
декомпозиция ЦНЭ на управляющую систему и объект управления;
формирование управляющих воздействий;
определение маршрутов движения к цели;
определение показателей, раскрывающих структуру системы и эффективность управляющих воздействий.
УС и ОУ рассматриваются как отдельные элементы, описываемые моделями «вход — состояние — выход». При этом УС исследуется как элемент, формирующий управляющие воздействия u(t) в момент t на основании заданного начального движения ф0, to, помеховых воздействий v„ состояний z, на соответствующих интервалах и характеристик цели и имеет вид:
и(г) = (t, t0, (ро, z„ v„ z„ с). Объект управления (ОУ), как элемент, совершающий движение к намеченной цели
z(r) = v(r, t0, фо, н„ v,) вырабатывает ответные выходные реакции
y(f) - ф it, to, фо, z„ vt). На основании полученных соотношений уточняются показатели и критерии выделенных элементов системы управления.
В качестве показателей эффективности могут использоваться показатели
Чк = qk[z(tk)],
зависящие только от конечного состояния объекта управления z{tk) и характеризующие результат управления в конечный момент времени и интегральные показатели
'*
'о
зависящие от значений текущего показателя эффективности q, и, соответственно, всех состояний объекта управления на интервале [to, /*], и характеризующие суммарный результат управления на данном интервале.
На системных уровнях осуществляется дальнейшая декомпозиция УС и ОУ путем выделения отдельных элементов и связей между ними. При этом для сложных иерархических систем управления возможно выделение частных пар «УС-ОУ» и соответствующих частных целей и задач управления с повторением для них исследований общесистемного уровня. Для системных уровней характерны углубленное исследование частных свойств системы управления и возрастающее число анализируемых показателей.