Система управления. Определение, классификация, структура, элементы системы управления. Взаимодействие управляющей и управляемой части системы управления. Понятие обратной связи в управлении.

Система (от греческого systema – целое, составленное из частей; соединение) – множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, образующих определенную целостность, единство (20 тыс деталей з\ч – металлолом, 20 тыс деталей соеденённых др с др – это автомобиль). Различают материальные и абстрактные системы.

К материальным системам относятся:

системы неорганической природы (физические, геологические, химические, техническая, технологическая); живые системы (простейшие биологические системы, организмы, популяции, виды, экосистемы, социальные, производственно экономические). Особый класс материальных живых систем составляют социальные системы (от простейших социальных объединений до социально-экономической структуры общества).

К абстрактным системам относятся: понятия, гипотезы, теории, научные знания о системах, лингвистические (языковые) системы, формализованные системы, логические системы и др. Кибернетика (теория управления) оперирует только системами управления.

С точки зрения особенностей функционирования, т.е. способов и приемов достижения целей управления, все системы управления можно подразделить на технические (технологические (процесс выплавки стали)) и производственно-экономические (социальные, экономич, политич).

Технические системы – например, автомобиль, трактор, транспортная и технологическая машина. В качестве примера технологической системы может служить процесс выплавки стали, получение бензина и др.

Отличительной особенностью управления какой-либо машиной или системой машин (технологическими или техническими системами) является то, что управляющее воздействие, вырабатываемое управляющим механизмом машины, направлено на поддержание заранее заданных законов изменения управляемых величин во времени, так как в любой машине взаимодействие исполнительных механизмов с механизмом управления заложено в их технической структуре. Таким образом, функционирование технических систем определяется физико-химическими закономерностями и не зависит от психологических, социальных и экономических факторов.

Производственно-экономические системы, например, управления технологического транспорта, техническая служба комплексного автотранспортного предприятия и др. обладают всеми признаками больших кибернетических систем. Но главной отличительной особенностью производственно-экономических систем является то, что объектом управления в таких системах является производственный процесс, основным элементом которого является трудовой процесс или непосредственные участники производственного процесса – люди.

К производственно-экономическим системам управления можно отнести и социальные, социально-экономические системы. Принципы и методы функционирования у них общие.

Функционирование производственно-экономических систем определяется экономическими, социальными и психологическими закономерностями, и существенным образом зависит от поведения участников процесса производства – людей (или, как часто говорят, «от человеческого фактора»).

Основное отличие управления производством как организационной системой от управления какой-либо машиной (технологическим процессом) заключается в том, что управляющее воздействие на процесс производства, рассматриваемое со стороны содержания, ведет к изменению этой организационной системы и переводу ее в новое состояние в соответствии с критериями цели. При этом возможности для изменения различных составляющих производственного процесса заложены в самом объекте управления (производственном процессе).

Имеются также принципиальные различия в механизме влияния помех на процесс функционирования этих объектов и способах их подавления.

Разомкнутые и замкнутые системы управления.

Если рассматривать процессы управления в системе с точки зрения взаимосвязи между входом и выходом, т.е. взаимозависимости процессов выработки и реализации программы управления, можно выделить:

системы управления, работающие по принципу разомкнутого контура;

системы, работающие по замкнутому контуру (управление с обратной связью).

Управление в разомкнутой системе (жесткое управление) возможно только в том случае, если имеется полная определенность будущих воздействий внешней среды и состояния системы, а также несущественность влияния непредвиденных возмущений (помех) или полная защищенность объекта управления от них.

Если свойства управляемой системы и внешние возмущения полностью известны, а цель управления достижима, то заранее рассчитывается закон изменения управления во времени, программа которого жестко реализуется.

По существу, решения принимаются здесь однократно, сразу на весь период достижения поставленной цели. Такое управление еще называют иногда программным. Принципиальная схема жесткого управления представлена на рис. 20.1.

Согласно схеме, управляющая система на основании входной информации Х непосредственно обеспечивает функционирование управляемого процесса в заданных пределах.

Примером жесткого управления является управление работой тормозной системой автомобиля без АВС, работа автоматического светофора в режиме, не учитывающем фактическое состояние транспортного потока на перекрестке и т.п.

Рис. 20.1. Схема разомкнутой (жесткой) системы управления.

Согласно схеме управляющая система на основании входной инфо х обеспечивает получение результата z. Такие схемы встречаются редко, т.к. они не эффективны. Эффективное управление – можеть быть обеспечено только при наличии в системе управления обратной связи.

Однако на практике условия работы, когда передаточная функция системы не изменяется в процессе работы, встречаются крайне редко. Эффективное управление может быть обеспечено только при наличии обратной связи, роль которой выполняет информация о результатах управления.

Управление с обратной связью базируется на следующих положениях.

Если возможно изменение только параметров состояния управляемой системы (объекта управления), т.е. известно следствие, а не причина, то, получая информацию о состоянии, можно изменять управление, которое здесь оказывается зависящим от определенного состояния системы управления, т.е. от полученной информации.

Принципиальная схема управления системы с обратной связью приведена на рис. 20.2.

В схеме управления с обратной связью выход системы Z (или некоторая его функция) подается на управляющую часть и сравнивается с входным воздействием X (или некоторой его функцией). При этом определяется отклонение выхода от заданной величины. Следовательно, управляющее воздействие в этом случае является функцией как входной величины (X), так и отклонения (X-Z).

Примеры систем управления с информационной обратной связью: автоматическая антиблокировочная система регулирования торможения (фиксированное отклонение выхода – начало проскальзывания колес при торможении); изменение параметров движения автомобиля водителем в зависимости от дорожной ситуации; регулирование цены, например, на сервисные услуги, на основе баланса спроса и предложения в рыночных условиях и т.п.

Схема система управления с обратной связью:

Управляющее воздействие Y явл ф-цией не только х, но и разницей м\д x и z = ∆.

Обратная связь – это инфо о результатах управления которая затем сравнивается с входной инфо х и полученая разница, отклонение м\д z и x используется в дальнейшем для обеспечения достижения цели.

В заключение следует отметить, что обратная связь может действовать в системе не только от выхода (выполнение плана по ТО и ремонту), но и от входа системы (данные о неисправностях, поступающих на ТО и ремонт автомобилей, их марках и т.п.). Указанное условие является важным фактором производственных систем, рассматриваемых с точки зрения управления.

Разновидностью управления систем с обратной связью является управление по возмущению (отклонению) контролируемого параметра от заданной величины. Если возмущения (помехи) заранее не известны, но могут проявиться в процессе управления, то управляющее воздействие формируется как функция возмущений. Например, в процессе оперативного управления производством ТО и ремонта могут выявляться отклонения от намеченного хода работ (несвоевременная постановка автомобилей на посты, выявление дополнительного объема работ, отказ оборудования и т.п.), которые вынуждают диспетчера принимать соответствующие решения.