Этапы управления сложным объектом

Формулировка целей управления { Z*}.

На этом этапе определяется множество целей, которые не реализуются естественным образом и должны быть реализованы только в процессе управления. Цель – предполагаемое состояние объекта («модель будущего»), желательное для субъекта.

Пример: поддержание в помещении температуры на определенном уровне Z*: t=t*=const. Автоматически или в ручном режиме. Скорость автомобиля, прокатки.

Определение объекта управления.

Выделение той части среды потребителя, состояние которой его интересует в связи с реализацией сформулированных им целей. Часто объект ясен (автомобиль, стан, агрегат). Но в ряде случаев, когда он связан со средой многочисленными и сильными связями, определить его нелегко.

Примеры: 1) поддержание чистоты в квартире (лестница, дорожки, двор и т.д.)

2) «желоб» (стан холодной прокатки, стан горячей прокатки: хим.состав, валки, сопла).

Процесс синтеза модели объекта обычно проводят в три этапа.

Структурный синтез моделей.

Под моделью объекта управления будем понимать зависимость F, связывающую состояние У объекта с его входами – неуправляемыми и управляемыми.

У=F(X, U) (1.10)

В отличии от F⁰ в (1.5), который неизвестен, F представляет собой высказывание относительно связей между У и Х, U на удобном языке.

Сначала определяется зависимость без учета значений ее параметров. Условно разложим модель F на ее структуру St и параметры С1, …, Ск

F=< St, C>, (1.11)

где С – вектор параметров модели.

Под структурой принято понимать вид элементов, из которых состоит объект, и отношений между элементами.

Существует много разнообразных структур моделей и объектов управления. Линейность, статичность, детерминированность, дискретность и т.д. являются структурными категориями. Например, линейная статическая непрерывная детерминированная структура однозначно определяет следующий вид для F

У=F(X, U)=C0+C1X+C2U

Таким образом, на этом этапе определяется лишь вид и характер модели F, а ее параметры определяются на последующих двух этапах.

Идентификация параметров модели объекта связана с определением численных значений параметров С=(С1, …Ск) в режиме нормального функционирования, т.е. без организации специальных управляющих воздействий на объект. Исходной информацией являются структура St и наблюдения за изменениями во времени входа Х(t) и выхода У(t), т.е. пара

I(t)=< X(t), Y(t)> (1.12)

является в общем случаи основным источником информации при идентификации. Искусство идентификации – это искусство пассивного наблюдения. Кредо древней науки: уметь наблюдать не вмешиваясь. В противном случаи мы часто получаем не то, что есть на самом деле, а то, что хочется получить (это связанно не с добросовестностью экспериментатора, а с психологией процесса познания). Кроме того, сложные объекты не допускают экспериментов с ними.

Для получения зависимости выхода У от управляемых входов U можно получить информацию путем минимального вмешательства в «нормальное» функционирования объекта, но с максимальной отдачей. Этому служит планирование экспериментов – следующий этап.

Планирование экспериментов.

Для статического объекта план эксперимента Ũ представляет собой набор состояний управляемого входа объекта:

Ũ = < U1, …, U_N >, (1.13)

а для динамического – план – функцию

Ũ =U(t), 0≤ t≤ T, (1.14)

то есть программу изменения во времени управляемого входа объекта. Эксперимент на объекте позволяет определить реакцию объекта на это воздействие.

В общем случаи управление представляет собой программу управляемых параметров во времени U*=U*(t).

Пример: программа оптимального управления U=U* план медицинского лечения. U* - план мероприятий; Z* - цель – выздоровление, Х – состояние среды (время года, жилищные условия, наличие родственников; R – ресурс больного (возможность достать дефицитные лекарства и т.п.); F – модель объекта (представление врача о больном).

7. Реализация управления связана с реализацией программы оптимального управления, полученной на предыдущем этапе. К моменту реализации управления состояние объекта и среды могли измениться, поэтому требуется коррекция. Т.е. план оптимального управления U*(t) и его реализация часто существенно отличается. Реализовав управление и получив новое состояние объекта, можно обнаружить, достигнута поставленная цель или нет. Даже при самом благоприятном стечении обстоятельств, когда цель достигнута, необходимо обращаться к этапу синтеза управления для определения нового управления, отражающего новую ситуацию, сложившуюся в среде и новую цель.

8. Коррекция может затрагивать различные этапы. Простейшая коррекция с подстройкой параметров модели (стрелка 2) называется обычно адаптацией модели. В случаи изменения структуры объекта, необходима коррекция структуры модели объекта St/

Система по ряду причин (изменение свойств объекта и среды) может не реализовать все множество целей управления {Z*}, тогда корректируется это множество.

Реализация указанных этапов и образует адаптивную систему управления, которая приспосабливается к изменяющимся свойствам среды, объекта и потребностей потребителя. Заметим, чем больше номер стрелки, тем реже срабатывает обратная связь. Не все этапы могут присутствовать при синтезе системы управления.

Примеры: 1) проста модели объекта; 2) очевидность целей; 3) не надо выделять объект управления.