2.3. Системы управления

Любой процесс в природе развивается и протекает по некоторым присущим ему закономерностям. Однако в силу всеобщей связи между явлениями в природе на него воздействуют другие процессы и он сам воздействует на эти процессы. В результате таких воздействий происходят различные отклонения от первоначального развития процесса. Внешние воздействия на процесс можно разделить на случайные и управляющие. Случайные воздействия не преднамерены. Управляющие воздействия специально предназначены для изменения хода того процесса, на который они направлены.

Управление называется процесс целенаправленного воздействия на систему с целью перевода её желаемое состояние.

Управление предполагает наличие управляемого объекта, некоторого управляющего органа, вырабатывающего управляющие воздействия, наличия цели управления и критерия управления, позволяющего в численной форме оценить степень достижения цели управления. В системах административного или организационного управления управляющее воздействие заключается в принятии решений в процессах планирования и оперативного управления, реализуемых на более низших уровнях управления, а также в контроле за реализацией принятых решений. Людей, выполняющих эти функции, называют администраторами или руководителями. За рубежом применяют термины manager – руководитель, управляющий и management – административное управление в отличие от control – управление техническими системами.

В производственных системах человек с помощью технических средств непосредственно управляет технологическими или производственными процессами. Человека, осуществляющего такое управление, называются оператором.

Администратор получает и передает информацию в виде различных документов, в ходе переговоров с другими людьми, через компьютерную сеть и т.д. Оператор, как правило, получает сведения о состоянии управляемой системы в форме, представленной различными техническими средствами отображения информации – цифровыми и графическими табло, пультами со стрелочными, цифровыми и индикаторными приборами, средствами звуковой сигнализации. Принятые решения оператор реализует, воздействуя на производственный процесс, используя технические средства управления. Процесс принятия решений оператором гораздо легче формализуем, чем для администратора. Структурная схема системы управления приведена на рис. 2.

Рис. 2. Структурная схема системы управления

Система управления представляет собой совокупность объекта управления (ОУ), управляющего органа (УО) и исполнительного органа (ИО). В системе управления выделяются две подсистемы: управляющая подсистема, образованная управляющим и исполнительным органами, и управляемая подсистема, образованная объектом управления.

В процессе функционирования этой системы управляющий орган получает осведомительную информацию I_ос о текущем состоянии объекта управления и входную информацию I_вх о том, в каком состоянии должен находиться объект управления. Отклонения объекта управления от заданного состояния происходят под воздействием внешних возмущений V. Результатом сравнения информации I_вх и I_ос в управляющем органе является возникновение управляющей информации I_у, которая воздействует на исполнительный орган. На основе информации I_у, исполнительный орган вырабатывает управляющее воздействие U, которое ликвидирует отклонение в объекте управления.

Наиболее сложным звеном в системе управления является управляющий орган. Здесь степень сложности определяется количеством выполняемых функций. Управляющий орган должен уметь производить набольшее разнообразие действий. На любое воздействие управляющий орган должен отреагировать соответствующим образом, своевременно обработав поступившую в него информацию и выработав управляющую информацию.

Как видно из структурной схемы системы управления, для функционирования необходима информация. На приведенной схеме изображены три её потока: I_вх, I_ос и I_у. Информация I_вх сообщает управляющему органу о множестве возможных состояний объекта управления и управляющего органа, а также о том, в каком из состояний должен находиться объект управления при заданных внешних условиях. Информация I_ос – это информация обратной связи. Понятие обратной связи является фундаментальным в теории управления. В общем случае под обратной связью понимают передачу воздействия с выхода какой-либо системы обратно на её вход. В системах управления обратная связь является информационной, и с её помощью в управляющую подсистему поступает информация о текущем состоянии управляемой подсистемы. Третий информационный поток I_у.– это информация, возникающая в результате обработки в управляющем органе информации I_вх и I_ос и управляющая работой исполнительного органа.

Важным компонентом входной информации I_вх является информация о цели управления. Управление без цели бесцельно, а значит, бессмысленно. Если управление наилучшим образом соответствует поставленной цели, оно называется оптимальным. Критерием оптимальности управления является некоторая количественно измеряемая величина, отражающая степень достижения цели управления. Математическая запись критерия оптимальности называется целевой функцией. При оптимальном управлении целевая функция достигает экстремума.

Системы управления, в которых используются автоматизированные информационные технологии, подразделяются на системы автоматического управления и автоматизированные системы управления.

Автоматическое управление осуществляется в простых технических системах, в которых заранее известны описание объект управления и алгоритм управления. Благодаря этому системы автоматического управления могут работать автономно, без участия человека, хотя, конечно, их создание и наблюдение за их функционированием невозможно без человека.

Автоматизированные системы управления включают в контур управления человека, как необходимый элемент. Наличие лица, принимающего решения, является отличительной чертой автоматизированных систем управления.