Понятие управления. Система управления. Виды управления

Теория управления представляет собой область знаний, включающую систему категорий и законов относящихся к понятию "управление".

Наиболее общим определением управления является следующее:

управление - целенаправленное воздействие на объект или процесс, в результате которого поддерживаются необходимые качественные или количественные характеристики, определяющие их состояние, или происходят заданные их изменения.

Как видим из определения, управлять можно каким-либо объектом, в широком понимании этого определения (устройство, станок, автомобиль, группа людей и т.п.).

А можно управлять процессами, под которыми подразумевается последовательность выполнения каких-либо действий (процесс плавки металла, процесс получения пластмасс, производственный или учебный процесс и т.п.).

Необходимость управления может возникать при существенном изменении внешних условий для поддержания системы в требуемом состоянии и при значительных отклонениях в работе элементов внутри системы, приводящих к ухудшению или прекращению работы системы (снижение давления в гидросистеме при нарушении её герметичности). Целенаправленные воздействия на систему, т.е. управление ею необходимы и для перехода на другие режимы работы.

Управление должно обеспечивать целевое протекание технологических процессов преобразования энергии, вещества и информации, поддержание оптимальной работоспособности и безаварийности функционирования объекта путем сбора и обработки информации о состоянии объекта и внешней среды, выработки решений о воздействии на объект и их исполнении. Процесс управления подразумевает наличие умения и способности создавать целенаправленное воздействие на объект.

Одним из основных методов научного подхода к познанию окружающего мира является моделирование. В этой связи в последующем материале все рисунки и схемы представляют собой, в определенной степени, модели рассматриваемых процессов.

Систему, которую рассматривают с точки зрения процессов управления, называют системой управления (СУ).

Всякая СУ состоит из двух подсистем: управляющей (УС) и управляемой. Управляемую систему обычно называют управляемым объектом (УО).

Первая служит для воздействия на параметры второй с целью перевода её в новое состояние в соответствии с задачами (заданием) управления.

Здесь важно отметить, что управление от простого воздействия отличается направленностью на выполнение необходимой задачи. Задачей управления являются такие изменения в УО, которые переведут его в требуемое состояние, т.е. управление - это не просто выдача команды (управляющего воздействия), а достижение с её помощью определенной цели. В реальных условиях всегда также необходимо учитывать влияние внешней среды на объект, которое называют возмущающими воздействиями (помехами).

Различают следующие типы управляемых объектов:

• природные (естественные) - процессы в живых организмах, экологических и экономических системах;

• технические - механизмы (роботы, станки, транспортные системы), оптические системы, термодинамические, химические и любые другие производственные процессы.

Воздействие УС на УО осуществляется с помощью передачи соответствующих команд (сигналов). Передача таких сигналов называется прямой связью. Информация (сигнал) о фактическом состоянии объекта, поступающая от УО к УС, называется обратной связью. Схематически система управления представлена на рис. 1.2.

 

 

 

 

Рис. 1.2.

 

На рис.1.2. показано, что управляющее воздействие от УС поступает на исполнительный механизм (ИМ) УО, который реализует задание, содержащееся в команде. Информацию о состоянии объекта формирует и передает в УС блок контроля (БК). Как видим, схема управления характеризуется наличием кольцевой цепи передачи сигналов и составляет замкнутый цикл. Данный цикл может многократно повторяться до тех пор, пока контрольный параметр (температура, скорость, напряжение и т.п.) не примет заданной величины. При этом в общем случае процесс управления имеет колебательный характер с затухающей амплитудой.

Передача сигналов между УО и УС осуществляется по каналу связи, который является третьим основным элементом СУ. По нему могут передаваться сигналы механические, электрические и других видов в технических системах, нервных импульсов - в биологических. В системах, где в УО и УС присутствуют люди, канал связи может быть реализован устной речью, телефонной и радиосвязью, почтой, локальными сетями и т.п. Независимо от вида связи управляющий сигнал всегда несет информацию, характеризующуюся интенсивностью, конфигурацией, направлением, кодом и т.д. Особенностью сигнала в СУ является то, что он не оказывает энергетического воздействия, а несет определенное сообщение – информацию. Таким образом, управление - это воздействие с помощью информации. Данная существенная черта СУ обеспечивает ей большую экономичность по сравнению с энергетическими системами.

Для создания эффективной СУ необходима рационально спроектированная УС. Под УС понимаются объекты, имеющие определенную структуру и обладающие соответствующими функциями, т.е. свойствами выработки управляющих воздействий, несущих информацию соответствующую их физической природе. Например, к УС можно отнести центральную нервную систему, регулятор, управляющую ЭВМ, фразу языка, орган государственного управления и т.д.

УС реализует следующие функции:

а) сбор информации о фактическом состоянии УО;

б) обработку полученной информации и оценку отклонений в состоянии УО;

в) выработку решения или формирование управляющего сигнала, команды;

г) передачу команды управления на исполнительный орган.

Кроме понятия структуры, для характеристики УС в кибернетике используются понятия координат элементов и функций УС. Координаты определяют положение элементов и самой УС. Функция характеризуют её возможные преобразования, происходящее детерминировано или стохастически (случайно). Эти преобразования могут изменить состояние памяти, информации, структуры и положения УС, что в конечном итоге изменяет характер её воздействия на УО.

Эффективность УС проявляется в реализации рационального управления УО. Из анализа функций УС, указанных выше, следует, что для качественности процесса управления она должна обеспечить:

1. Получение своевременной объективной и достоверной информации о состоянии УО.

2. Быструю обработку информации и выработку решения, по возможности оптимального.

3. Своевременную и точную передачу команды.

4. Правильную реализацию команды исполнительными органами.

 

Специалисты по системному анализу выделяют следующие три категории (вида) управления: биологическое, техническое и организационное. Есть и другие способы классификации систем.

Четкой позиции по данному вопросу пока не сложилось, поэтому за основу в данном курсе примем названия видов управления согласно рис. 1.3.

 

Принятая классификация, как видим, определяется категорией объекта управления.

Биологическое управление обеспечивает жизнедеятельность живых организмов и заключается в поддержании в определенных пределах их характеристик с помощью механизма саморегулирования (гомеостаз).

Управление вещами относится к техническому управлению. Это управление машинами, устройствами, технологическими процессами и т.д. Данный вид управления часто называют технологическим.

Под управлением людьми понимается управление ими, как социальными субъектами. К последнему относятся: управление производством, хозяйством и обществом. Многие авторы обобщают этот вид управления под термином - организационное.

Названные категории управления, помимо общности, имеют существенные различия в видах команд, каналах связи и УС.

В УС каждого вида управления имеется механизм, позволяющий преобразовать команду в реальное действие. Этими механизмами в технических УС могут быть различные регуляторы, автоматы, управляющие машины. В организационных - руководители или соответствующие руководящие органы. В биологических системах данная задача решается центральной нервной системой.

Действие регулирующих механизмов зависит от вида системы и подчиняется соответствующим биологическим, физическим, экономическим и социальным законам. Однако различные виды управления имеют много общих закономерностей и принципов. В связи с этим, к ТУ следует относить только те аспекты наук, которые включают вопросы управления.