Лекции по ИАСУ и АСПР / Раздел 2.Часть 1
.doc2. ПРОИЗВОДНЫЕ КАТЕГОРИИ ТЕОРИИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Производные категории теории систем управления определяются из основных и так или иначе связаны с категорией "система управления", занимающей в теории центральное место. Поэтому изучение производных категорий начнем именно с нее.
§ 1. Категория "система управления"
После выбора цели и постановки задачи осуществляется третий шаг описания осознанной, целенаправленной деятельности человека - это проектирование системы управления.
Система управления - это динамическая система, состоящая из трех основных (могут быть еще дополнительные - см. ниже § 6 и § 14) элементов: объекта управления, управляющего объекта и цели управления. Воздействия объекта управления на управляющий объект рассматриваются как передача информации о текущем состоянии объекта управления и называются информационными воздействиями, воздействия управляющего объекта на объект управления определяются на основе информационных воздействий и называются управляющими воздействиями. Цель управления рассматривается как новое состояние объекта управления и управляющие воздействия направлены на ее достижение.
Таким образом, структура системы управления выглядит следующим образом (см. схему). Аппарат систем управления является универсальной методологией описания человеческой деятельности в любой области - промышленности, медицине, сельском хозяйстве и т.п.
Объект управления является динамическим объектом и поэтому часто говорят о его движении как о процессе, о процессах, протекающих в объекте управления или об управляемом процессе. Если объект управления рассматривается как система, то вводится понятие "управляемая система".
Управляющий объект - это сложный динамический объект, внутренними объектами которого могут быть люди, автоматы и другие устройства, здания и сооружения, каналы связи, средства труда и т.п. Если управляющий объект рассматривается как система, то он называется "управляющей системой".
Цель управления, как правило, является общей целью проектировщика системы и людей, входящих в управляющий объект. По результатам декомпозиции (см. раздел 1, § 13) она может рассматриваться как пространство целей.
§ 2. Движение системы управления во времени
В каждый момент времени система управления находится в некотором состоянии, называемом текущим. Текущее состояние системы управления описывается некоторым набором значений характеристик и является основой для последующей выработки и реализации управляющих воздействий.
Поведение системы управления во времени (или ее движение) можно рассматривать как последовательность сменяющих друг друга ее текущих состояний, которая называется траекторией движения системы управления. Данная траектория является динамической характеристикой достижения системой цели управления (или удаления от нее). Последняя представляет собой внутренний объект конечного состояния системы управления.
Движение системы управления во времени удобно моделировать с помощью графа (см. рис.). На данном графе различные пути из начальной вершины в конечную изображают различные возможные траектории движения системы управления.
Интервал времени, на котором происходит движение системы управления от начального состояния до конечного, называется ее жизненным циклом.
Отметим, что конечное состояние объекта управления (часть конечного состояния всей системы) может и не совпадать с реализованной целью управления, если в процессе движения происходит отказ от цели в связи с невозможностью достижения или потерей актуальности. В этом случае говорят о снятии цели или задачи управления и неполном жизненном цикле системы.
Модель движения системы управления во времени может изменяться (в частности - пополняться новыми вершинами и дугами) в связи с наступлением новых, непредусмотренных состояний или корректировкой цели.
§ 3. Примеры простейших систем управления
Проектирование системы управления - это творческая задача, не имеющая однозначного решения. Каким образом сформулировать цель управления, что отнести к объекту управления, а что включить в управляющий объект - такие вопросы всегда встают перед проектировщиком систем управления. На следующем рисунке представлены два примера описания одной и той же деятельности человека.
В обоих случаях цель управления одна и та же – это объект небытия (яма заданной глубины).
На рис. А) управляющий объект представляет собой динамическую систему, одним из элементов которой является человек, а другим – лопата, оба элемента взаимодействуют между собой. Взаимодействие управляющего объекта с объектом управления (ямой) осуществляется в виде информационных воздействий солнечных лучей на радужную оболочку глаза, сообщающих человеку информацию о текущем состоянии объекта управления, описываемом с помощью параметра «глубина», и в виде управляющих воздействий лопаты на яму, переводящих последнюю в новое состояние, характеризующееся новым значением глубины.
На рис. Б) динамическую систему представляет уже объект управления, включающий взаимодействующие между собой яму и лопату. Информационные воздействия сообщают человеку (управляющий объект) сведения о текущем состоянии не только ямы, но и лопаты, а управляющие воздействия сводятся к воздействиям человека на лопату.
Отметим, что первый способ описания представляется удачнее, потому что в данном случае цель управления в данном случае действительно является новым состоянием системы управления, достижение которого желается человеком. Однако, второй способ также может быть применен и аналогичный подход используется, например, при построении АСУ ТП (см. раздел 3).