Этапы управления.

Управление сложной системы состоит из следующих этапов:

1. Формирование целей.

Множество целей управления, которое должна реализовать система управления определяется как внешними по отношению к системе, так и внутренними факторами и, в частности, потребностям субъекта. Различают три вида целей:

1) стабилизация — требование поддерживать выходы объекта на заданном уровне;

2) ограничение — нахождение в заданных границах целевых переменных;

3) экстремальная цель — поддержание в экстремальном состоянии целевых переменных.

1. Определение объекта управления.

Этот этап связан с выделением той части среды вокруг субъекта, состояние которой он может изменить и тем самым воздействовать на свои потребности. В ряде случаев, когда границы объекта очевидны, проблемы выделения объекта из среды не возникает. Это бывает, когда объект достаточно автономен (самолет, телефонная станция и т. д.). Однако в других случаях связи объекта со средой настолько прочны и разнообразны, что иногда бывает очень трудно понять, где кончается объект и начинается среда. Именно по этой причяине вводится специальный этап. Объект должен иметь наименьший объем. Это необходимо для того, чтобы в процессе синтеза модели, его изучение не было слишком трудоемким. При этом существенным ограничением выступает достижимость множества целей управления в рамках доступного для этого ресурса. Это означает, что для любого состояния среды должно найтись такое управление, с помощью которого можно добиться любой допустимой цели.

Следующие три этапа управления связаны с решением задачи создания модели системы. Эта модель необходима для синтеза управления.

3. Структурный синтез модели.

Построить управление можно только с помощью модели объекта. Изначально нам необходимо, чтобы управление переводило объект в требуемое (целевое) состояние. На этом этапе определяется структура, т. е. модель объекта с точностью до значений ее параметров. Этап структурного синтеза включает:

1. определение внешней структуры модели,

2. декомпозицию модели,

3. определение внутренней структуры элементов модели.

Синтез внешней структуры сводится к содержательному определению входов и выхода, без учета внутренней структуры объекта, т. е. объект рассматривается как своего рода «черный ящик». Декомпозиция модели нужна для упрощения задачи синтеза структуры модели. При этом используются априорные сведения о структуре объекта. Синтез структуры модели сводится к определению вида оператора модели объекта.

Во время синтеза структуры моделей объектов управления, могут применяться различные подходы — от классических методов теории автоматического управления (ТАУ) до современных методов имитационного моделирования (методы случайного поиска, статистических испытаний и др.), семиотического моделирования с использованием языка бинарных отношений и других методов современной математики, использующих сочетание, дополняющих друг друга возможностей (аналитических и статистических, семиотических и графических и других формализованных представлений системы).

4. Идентификация параметров модели объекта.

Этот этап связан с определением числовых значений параметров системы в режиме нормального функционирования объекта. Выполняется стандартными приемами идентификации. Для выяснения зависимости выхода объекта от управляемых входов необходимо преднамеренно их изменять, другими словами экспериментировать с объектом. К сожалению, сложная система «не любит» эксперименты, нарушающие режим ее нормального функционирования.

1. Планирование эксперимента.

На данном этапе главным является разработка плана эксперимента. Главное условие для эксперимента - максимальная эффективность определения искомых параметров модели объекта управления. Для статического объекта, этот он представляет собой набор состояний управляемого выхода объекта, а для динамического — программу изменения во времени входа объекта. Полученная информация является исходной для определения параметров модели, что осуществляется методами идентификации.

План эксперимента определяется:

1. структурой модели,

2. ресурсом планирования, который образуется выделяемыми на эксперимент средствами,

3. областью планирования, определяющей пределы изменения входа,

4. критерием планирования, который определяет эффективность плана.

1. Синтез управления.

На этом этапе принимается решение о том, каково должно быть управление, чтобы достигнуть заданной цели управления в объекте. Решение опирается на:

1. модель объекта,

2. заданную цель,

3. полученную информацию о состоянии среды,

4. выделенный ресурс управления

Ограниченность ресурса отражает все ограничения для управления, с учетом особенностей объекта и возможностей системы управления. Это приводит к экстремальной задаче, решение которой является оптимальным управлением. Способы решения задачи существенно зависят от структуры модели объекта. Если объект статический — получаем задачу математического программирования, если же — динамический — оператор решает вариационную задачу.

7. Реализация управления (отработка в объекте оптимального решения, полученного на предыдущем этапе)

Если после реализации процесса управления цель воздействия не была достигнута, возвращаются к одному из предыдущих этапов. Даже в лучшем случае, когда поставленная цель достигнута, изменение состояния среды или смена цели управления может привести к обращению на предыдущий этап.

Таким образом, при благоприятном стечении обстоятельств обращаются к этапу синтеза управления, где определяется новое состояние, которое отражает новую ситуацию, сложившуюся в среде. По такой схеме функционирует стандартный контур управления простым объектом.

8. Адаптация.

Специфика управления сложной системой состоит в том, что благодаря зашумленности и нестационарности информация, с предыдущих этапов, отражает состояние системы приближенно и только в предыдущие моменты времени. Поэтому необходимо проводить коррекцию.

Простейшая коррекция связана с подстройкой параметров модели системы. Ее еще называют адаптацией модели, а управление — адаптивным управлением. Если управление не обеспечивает необходимого разнообразия входа объекта для эффективной коррекции параметров модели, принимаются специальные меры планирования эксперимента путем добавления специальных тестовых сигналов. Такое управление называют дуальным.

В случае, если изменилась структура модели, коррекции параметров будет уже недостаточно. Поэтому время от времени необходима коррекция структуры модели, т. е. приведение ее в соответствие с новой информацией.

Также коррекция может коснуться самого объекта, а именно - границы разделения объекта и среды. Это необходимо при значительном изменении (эволюции) объекта и окружающей его среды. И наконец, созданная система управления по ряду причин может не реализовать все множество целей управления, в этом случае необходима адаптация целей.

Далеко не все из описанных восьми этапов управления присутствуют при синтезе системы управления. В ряде случаев некоторые из них выпадают. Например, объект управления может быть выделен из среды и тогда нет необходимости в этапе планирования эксперимента, так как модель объекта проста и все ее параметры можно определить без специально организованного эксперимента.