Основные принципы управления БСУ

Исследование, создание и эффективное управление БСУ основывается на принципах, методах, разработанных в теории управления, кибернетике и других науках. Рассмотрим наиболее существенные из них.

Одно из основных положений кибернетики - возможность управления БСУ при неполном знании механизмов их функционирования. Эта возможность в определенной степени реализуется использованием принципа обратной связи и метода "черного ящика".

Принцип обратной связи заключается в том, что на выходе УО формируется сигнал рассогласования между фактическим значением выходного сигнала - Y и его заданным значением - k. Этот сигнал - R поступает в УС, действие которой направлено на уменьшение такого рассогласования (рис 2.1.).

В данном случае УС (это может быть регулятор, автомат, человек и т.д.) воздействует на УО так, чтобы поддерживать состояние выходного сигнала в заданных пределах, несмотря на внешние возмущения - a. Такой процесс называют еще регулированием с обратной связью или регулированием по отклонениям.

На основе обратной связи и происходит процесс управления, за исключением "жесткого" управления, где обратные связи отсутствуют.

Обратная связь может быть положительной или отрицательной в зависимости от соотношения фактического и заданного значений выходного сигнала (Y < k или Y > k).

При положительной связи для получения заданного выходного сигнала сигналы фактический и рассогласования складываются (Y + R), при отрицательной - вычитаются (Y - R), т.е. происходит содействие или противодействие изменению выходного сигнала.

Принцип обратной связи - незаменимое средство создания эффективных сложных организационных систем. Здесь он реализуется в своевременном поступлении информации в управляющие органы, на основе которой принимаются оперативные меры при отклонениях в ходе процесса.

Наиболее эффективно, когда обратная связь реализуется автоматически, за счет использования технических средств или соответствующих организационно-методических мер.

Метод "черного ящика" относится к основным методам анализа и синтеза сложных кибернетических систем. При этом методе, варьируя (изменяя) входные сигналы в УО и фиксируя получаемые на выходе данные, можно получить представление о функционировании объекта, не рассматривая его внутреннего устройства. Этот метод эффективен, когда внутреннее строение системы очень сложно, недостаточно изучено и не позволяет четко определить влияние внутренних и внешних связей.

Данный метод основан на следующем:

1) На способности сложных динамических систем сохранять устойчивость в определенных границах воздействий со стороны внешней среды;

2) На возможности реализации одних и тех же функций разными внутренними структурами и разными средствами. Например, вычислительные и логические функции могут выполняться на белковых (нервная ткань), электронно-ламповых, полупроводниковых, механических и других средствах.

Таким образом, метод "черного ящика" реализует функциональный подход к управлению УО, абстрагируясь от его внутреннего устройства или его частей. Например, плановик предприятия может не знать все детали производственного процесса, но, варьируя ресурсы и средства на входе, обеспечивать получение необходимого количества готовой продукции - выход системы.

Следующий принцип - включение человека в контур управления. При проектировании УС необходимо учитывать, что автоматическое управление (АУ) не всегда эффективно. Дело в том, что АУ осуществляется по закону управления, соответствующему УО. Однако практически в этом законе невозможно учесть все факторы, влияющие на процесс. В этой связи более эффективны ЧМС, где используется опыт, интуиция и другие качества человека, которые реализовать аппаратно сложно.

УС с участием человека обладает следующими свойствами:

- способностью к распознаванию ситуаций;

- способностью к учету предыдущего опыта и обучению;

- способностью к более точной настройке устройств управления.

Естественно, что развитие техники постепенно находит возможность реализовывать аппаратно некоторые из этих свойств, тем самым, совершенствуя АС.

При разработке УС следует также опираться следующие общие принципы управления:

1. Закон необходимого разнообразия (Р.Эшби), который упрощенно заключается в том, что регулирующих параметров должно быть больше, чем регулируемых переменных. Отсюда при усложнении УО существенно увеличивается и сложность УС (увеличение числа управленческого аппарата и использование средств автоматизации).

2. Принцип внешнего дополнения (Ст.Бир). По данному принципу, любая СУ нуждается в средствах моделирования и учета вероятностных или случайных факторов (случайной функции - W) действия внешней среды и систем более высокого уровня иерархии (т.е. любая система нуждается в "черном ящике" с помощью которого моделируются неучтенные воздействия).

3. Принцип оптимальности, заключающийся в обеспечении управления, отвечающего определенным критериям. Например, минимуму времени, энергозатрат, материалов, ресурсов и т.п.

Оптимизация не может быть "вообще", она возможна лишь по отношению к конкретным задачам управления. В теории оптимального управления решаются не только задачи при полном наборе необходимых и достаточных условий, но и при неопределенности и недостаточности сведений. В некоторых случая эти вопросы решаются созданием самообучающихся и адаптивных систем.

Абстракции и обобщения теории управления и кибернетики открывают широкие возможности использования для создания и функционирования БСУ большого числа математических методов. Арсенал этих средств охватывает практически все разделы математики.

Применение математических методов позволяет во многих случаях получить точные количественные характеристики процесса управления и решать задачи его оптимизации. Эти возможности существенно расширяются с использованием СВТ.

Не во всех случаях точные методы являются эффективными. В сложных неопределенных условиях математика не всегда дает желаемые результаты. Поэтому, помимо названных методов, широкое использование для анализа сложных проблем находят и методы теории систем. Часто они позволяют уменьшить вероятность грубых просчетов, хотя не всегда однозначно решают проблему.