- •А. С. Малин, в. И. Мухин исследование систем управления
- •Введение
- •Часть 1.
- •Элемент системы
- •Связь, взаимодействие и структура системы
- •Понятие внешней среды
- •Понятия, определяющие функционирование системы
- •Состояние системы
- •Входы и выходы системы
- •Функционирование (движение) системы
- •1.3 Характеристика процессов системы
- •Понятие процессов системы
- •Формы входных и выходных процессов
- •Функции обратной связи
- •Функция ограничения системы
- •1.4 Классификация систем
- •Признаки классификации и классы систем
- •Классификация систем
- •Характеристика различных классов систем
- •1.5 Система управления
- •Понятие системы управления
- •Цель системы управления
- •Закон управления системой
- •Эффективность управления системой
- •Вопросы для повторения
- •Литература
- •2.Методологические основы исследования
- •Сущность системного подхода
- •2.2 Анализ систем управления
- •Понятие, цели и задачи анализа
- •Решение задач анализа систем управления
- •2.3 Синтез систем управления
- •Понятие, цели и задачи синтеза
- •Решение задач синтеза систем управления
- •2.4 Принципы анализа и синтеза систем управления
- •Принцип физичности и его постулаты
- •Принцип моделируемости и его постулаты
- •Принцип целенаправленности и его постулаты
- •2.5 Виды анализа и синтеза систем управления
- •Структурный анализ и синтез систем управления
- •Функциональный анализ и синтез систем управления
- •Параметрический анализ и синтез систем управления
- •2.6 Уровни исследования и структура показателей систем управления
- •Уровни исследования систем управления
- •Структура показателей систем управления
- •Оценка информативности показателей анализируемой системы управления
- •Вопросы для повторения
- •Литература
- •3.Особенности анализа и синтеза различных систем управления
- •3.1 Особенности анализа и синтеза технических систем управления
- •Особенности технических систем управления
- •Специфика анализа и синтеза технических систем управления
- •Основы синтеза новой технической системы управления
- •3.2 Особенности анализа и синтеза эргатических систем управления
- •Особенности эргатических (человеко-машинных) систем управления
- •Специфика анализа и синтеза эргатических систем управления
- •Типовые противоречия в процессе создания новых эргатических систем управления
- •Типовые противоречия, разрешаемые в процессе создания новых эсу
- •Содержание нововведений в зависимости от глубины реорганизации эсу
- •3.3 Особенности анализа и синтеза организационных систем управлениия
- •Особенности организационных систем управления
- •Методология анализа и синтеза организационных систем управления
- •Специфика анализа и синтеза организационных систем управления
- •Основные черты организационного управления
- •Основные требования к организационному управлению
- •Вопросы для повторения
- •Литература
- •4. Системный анализ и синтез проблемы
- •4.1 Обшая характеристика проблемы как системы
- •Понятие проблемы и проблемной ситуации
- •Классификация проблем
- •Представление проблемы как системы
- •Этапы решения проблемы
- •4.2 Исходная постановка (формулирование) проблемы
- •Цель постановки проблемы
- •Этапы постановки проблемы
- •4.3 Формирование целей и условия решения проблемы
- •Условия формирования целей
- •Выявление и систематизация подцелей
- •Последовательная декомпозиция целей
- •Установление условий решения проблемы
- •4.4 Структуризация проблемы и систематизация путей достижения целей
- •Основные понятия и этапы структуризации проблемы
- •Уточнение структуры системы
- •Критический анализ функционирования системы управления
- •Систематизация путей достижения целей, оценка их значимости
- •4.5 Выявление и выбор альтернатив решения проблемы
- •Этапы выделения альтернатив решения проблемы
- •Выбор альтернатив
- •4.6. Принятие решения и выбор оптимальных решений
- •Выявление и выбор вариантов решения проблемы (подпроблемы)
- •Выбор оптимальных решений
- •Вопросы для повторения
- •Литература
- •Часть 2
- •Методы, средства и уровни научного исследования
- •5.2 Методы эмпирического исследования
- •Наблюдение
- •Сравнение
- •Измерение
- •Эксперимент
- •5.3 Методы эмпирического и теоретического исследования
- •Абстрагирование
- •Анализ и синтез
- •Индукция и дедукция
- •Моделирование и использование приборов
- •Исторический и логический методы научного познания
- •5.4 Методы теоретического исследования
- •Восхождение от абстрактного к конкретному
- •Идеализация
- •Формализация
- •Аксиоматический метод
- •5.5 Основные формы научного исследования
- •Проблема
- •Идея, принцип, закон
- •Гипотеза, предположение, математическая гипотеза
- •Классификация моделей
- •5.6 Фактологическое обеспечение исследования
- •Философские аспекты фактологического обеспечения исследования
- •Понятие факта
- •Сбор и анализ фактов
- •Особенности использования фактов в исследовании систем управления
- •Вопросы для повторения
- •Литература
- •Специфические методы исследования систем управления
- •6.1 Методы появления системной идеи
- •Сущность идеи
- •Первый цикл проявления идеи
- •Второй цикл проявления идеи
- •6.2 Эвристические методы исследования систем управления
- •Методы активизации технологии творчества
- •Ассоциативные методы
- •Метод "мозгового штурма"
- •Метод синектики
- •6.3 Формализованные методы исследования систем управления
- •Параметрический метод
- •Морфологический метод и его модификации
- •Комбинаторный метод
- •Методы логического поиска
- •Метод "букета проблем"
- •Методы поиска новых технических решений
- •6.4 Статистические методы анализа систем управления Сущность и область применения
- •Регрессионный анализ
- •Корреляционный анализ
- •Дисперсионный анализ
- •Ковариационный анализ
- •Метод временных рядов
- •Метод главных компонентов
- •Факторный анализ
- •6.5 Детерминированные методы анализа систем управления
- •Сущность и область применения
- •Инфлюентный анализ
- •6.6Cинтез систем управления методами оптимизации
- •Синтез систем управления методами безусловной оптимизации
- •Синтез систем управления с помощью многокритериальной оптимизации
- •6.7 Синтез систем управления методами математического программирования
- •Сущность и содержание 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
- •6.8 Анализ и синтез систем управления с помощью математических теорий
- •Теория принятия решений
- •Теория массового обслуживания
- •Теория эффективности
- •Теория игр
- •Вопросы для повторения
- •Литература
- •7. Экспертные оценки решения проблем
- •7.1 Сущность и содержание метода экспертных оценок
- •Сущность метода экспертных оценок
- •Подготовка экспертизы
- •Проведение опроса экспертов
- •Виды и типы вопросов
- •7.2 Методы обработки информации, получаемой от экспертов
- •Сущность экспертного ранжирования
- •Метод непосредственной оценки
- •Перевод оценок в ранги
- •Оценка факторов
- •Метод последовательных сравнений
- •Метод парных сравнений
- •Матрица предпочтений для ранжирования с помощью парного сравнения
- •Матрица р: доля случаев, когда фактор I предпочтительнее фактора j
- •7.3 Метод Дельфи
- •Классический метод экспертных оценок Дельфи
- •Метод структуризации принятия решений
- •Показатели оценки элементов "дерева решений" на уровне подпроблем
- •Экспертные оценки целенаправленности тем научных исследований
- •7.4 Метод анализа иерархий
- •Сущность и содержание анализа иерархий
- •Средние согласованности матриц
- •Пример применения метода анализа иерархий
- •Покупка дома: матрица попарных сравнений для уровня 2, решение и согласованность
- •Покупка дома: матрицы попарных сравнений для уровня 3, решение и согласованность
- •Покупка дома: матрица глобальных приоритетов
- •Вопросы для повторения
- •Литература
- •Часть 1. 6
- •Часть 2 187
- •Исследование систем управления
- •144003, Г. Электросталь Московской обл., ул. Тевосяна, 25.
2.6 Уровни исследования и структура показателей систем управления
уровни исследования систем управления
структура показателей систем управления
оценка информативности показателей анализируемой системы управления
Уровни исследования систем управления
В настоящее время имеется целый ряд работ, в которых рассматриваются различные подходы к наименованию и содержанию уровней исследования систем управления.
Так, М. Мессарович 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. [2.7]. В справочнике "Эффективность технических систем" вводят концептуальные, операциональные, детальные уровни и др.[2.10]
Однако данные наименования не в полной мере учитывают специфику исследования целенаправленных (управляющих) систем, поэтому остановимся на классификации уровней, предложенной Е.Н. Хохлачевым [2.17], которая учитывает основные принципы анализа и синтеза сложных систем управления.
Выделим следующие уровни анализа и синтеза систем управления: 1-й -внешний; 2-й -- исходный; 3-й — общесистемный; 4-й, 5-й, ..., п-й системные уровни.
Общее число уровней может быть различным в зависимости от принятой степени детализации объекта исследования.
Дадим краткую характеристику каждому уровню исследования.
На внешнем уровне анализируется сверхсистема (надсистема), в состав которой входит исследуемая система управления. Основные задачи исследования сверхсистемы:
определение целей и задач сверхсистемы;
выделение (в сверхсистеме) подсистем (функций, задач), в интересах которых применяется система управления;
уточнение показателей и критериев данных подсистем; а 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 сверхсистемы, которая включает различные, в общем случае, противоположные по интересам подсистемы. Основные задачи исследования на исходном уровне: п 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) — целе-задающие; 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. Обеспечение 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 поставленной перед ЦНЭ, или могут формироваться хаотически «тральными подсистемами.
Под влиянием перечисленных воздействий ЦНЭ совершает движение Z(t) к намеченной цели и формирует вектор ответных реакций
y(t) = {c'(t), r'(t), v'(t)}.
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).
Основные задачи исследования на общесистемном уровне:
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 0, to помеховых воздействий vt, состояний zt на соответствующих интервалах и характеристик цели и имеет вид:
u(t) = (t, t0, 0, zt, vt, zt, с).
Объект управления (ОУ) как элемент, совершающий движение к намеченной цели
z(t) = (t, t0,0, ut, vt),
вырабатывает ответные выходные реакции
y(t) =(t, t0, 0 , zt , vt ).
На основании полученных соотношений уточняются показатели и критерии выделенных элементов системы управления.
В качестве показателей эффективности могут использоваться показатели
qk = qk[z(tk)],
зависящие только от конечного состояния объекта управления z(tk) и хаэактеризуюшие результат управления в конечный момент времени tk, и интегральные показатели
зависящие от значений текущего показателя эффективности qt и соответственно всех состояний объекта управления на интервале [t0, tk], 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.