2.2. УПРАВЛЕНИЕ В СИСТЕМАХ

Процессы управления присущи как живой, так и неживой при­роде. С управлением мы сталкиваемся в своей жизни повсеместно. Это и государство, которым управляют соответствующие струк­туры; это и ЭВМ, работающая под управлением программы, и т.д.

Совокупность объекта управления (ОУ), управляющего орга­на (УО) и исполнительного органа (ИО) образует систему уп­равления (рис. 2.2), в которой выделяются две подсистемы: уп­равляющая и управляемая.

В процессе функционирования этой системы управляющий орган получает информацию /_ос о текущем состоянии объекта управления и информацию /_вх о том, в каком состоянии должен находиться объект управления. Отклонения объекта управления от заданного состояния происходят под воздействием внешних возмущений (К). Результатом сравнения информации и в управляющем органе является возникновение управляющей ин­формации /_у, которая воздействует на исполнительный орган (ИО). На основе информации /_у исполнительный орган выраба­тывает управляющее воздействие (Ц), которое ликвидирует от­клонение в объекте управления.

Наиболее сложным звеном в системе управления является уп­равляющий орган. Здесь степень сложности определяется коли­чеством выполняемых функций, т.е. управляющий орган должен

уметь производить наибольшее разнообразие действий. Это ес­тественно, так как на любое состояние объекта управления уп­равляющий орган должен отреагировать соответствующим об­разом, своевременно обработав поступившую в него информа­цию и выработав управляющую информацию.

Как видно из структурной схемы управления, для ее функцио­нирования необходима информация. На приведенной на рис. 2.2 схеме изображены три ее потока: /_Вх, /ос и /у. Информация /вх сообщает управляющему органу о множестве возможных состо­яний объекта управления и управляющего органа, а также о том, в каком из состояний должен находиться объект управления при заданных внешних условиях. Информация /₀с — это информация обратной связи. Понятие обратной связи является фундаменталь­ным в теории управления. В общем случае под обратной связью понимают передачу воздействия с выхода какой-либо системы обратно на ее вход. В системах управления обратная связь явля­ется информационной, и с ее помощью в управляющую подсис­тему поступает информация о текущем состоянии управляемой подсистемы. Третий информационный поток /_у — это информа­ция, возникшая в результате обработки в управляющем органе информации и и управляющая работой исполнительного органа.

Очень важным компонентом входной информации являет­ся информация о цели управления, ибо управление бессмыслен- н о, если оно не направлено на достижение определенной цели. Если управление наилучшим образом соответствует поставлен­ной цели, то такое управление называется оптимальным. Крите­рием оптимальности управления является некоторая количествен­но измеряемая величина, отражающая цель управления. Матема­тическая запись критерия оптимальности носит название целевой функции. При оптимальном управлении значение целевой функции достигает экстремума (максимума или минимума в зависимости от критерия оптимальности).

Ярко выраженный целевой информационный характер управ­ления подтверждается его кибернетическим определением: управ­ление есть процесс целенаправленной переработки информации.

В зависимости от того, в какой системе (простой, сложной, большой) осуществляется управление, различают системы авто­матического управления (САУ) и автоматизированные системы управления (АСУ).

Автоматическое управление осуществляется, как правило, в простых системах, в которых заранее известны описание объек­та управления и алгоритм управления им. По принципу управле­ния системы автоматического управления могут быть разомкну­тыми и замкнутыми. В разомкнутых системах измеряется возму­щение, отклоняющее объект от заданного состояния, и вырабатывается воздействие, компенсирующее возникшее возму­щение. Такая система не способна длительное время управлять неустойчивым объектом. В замкнутых системах (рис. 2.3) реали­зуется идея обратной связи, благодаря которой информация об отклонении управляемого объекта от заданного состояния по­зволяет выработать воздействие, возвращающее объект в это состояние.

V

Рис. 2.3. Упрощенная структурная схема замкнутой САУ

Благодаря тому, что поведение объекта и алгоритм управле­ния строго заданы, системы автоматического управления могут работать автономно, без участия человека (хотя, конечно, их со­здание и наблюдение за их функционированием невозможно без человека).

Как правило, САУ используются в технических системах, и в качестве управляющего органа используется компьютер, кото­рый с помощью программы (для него это /_вх) выдает результат обработки информации, обычно физический сигнал. Это сигнал управления (Ту), который через преобразователь (Пр1) приводит в действие исполнительный орган (ИО), возвращающий объект управления в заданное программой компьютера состояние. Состояние ОУ, меняющееся под воздействием внешних возмуще­ний V, определяет значение сигнала обратной связи (/_ос), кото­рое через преобразователь (Пр2) поступает в компьютер (УО). Преобразователи необходимы для изменения уровней или при­роды проходящих через них сигналов, так как элементы системы могут различаться по своей физической сути.

С ростом и усложнением производства объекты управления приобретают характер сложных и больших систем, имеющих большое число элементов и подсистем, связи между которыми не всегда ясны, а критерии функционирования не обладают доста­точной четкостью. В этих условиях использовать результаты те­ории автоматического управления в полной мере не удается, и в контур управления, помимо человека — оператора ЭВМ, дей­ствующего по заданным алгоритмам, включается лицо, принима­ющее решения (ЛПР). Наличие ЛПР в контуре управления — от­личительная черта автоматизированных систем управления, ко­торые в случае применения в организационно-экономическом управлении называютэкономическими информационными систе­мами — ЭИС (рис. 2.4). Автоматизированное управление приме­няется в том случае, если нет возможности реализовывать авто­матическое управление.

Как видно из рис. 2.4, ЛПР, получив информацию об обрат­ной связи осведомляющую его о состоянии объекта управле­ния (ОУ), обращается к ЭВМ (поток имеющей определенное программное обеспечение (ПО) и вырабатывающей рекоменда­ции к принятию решения (поток    На основе анализа пред­ложенных ЭВМ альтернатив ЛПР принимает решение, которое в виде управляющей информации поступает в исполнительный

орган (ИО), переводя его в необходимое состояние. Например, министр (это ЛПР), получив информацию о состоянии отрасли (это ОУ), после обработки всей нужной информации на ЭВМ и просчета наборов вариантов поведения в сложившейся ситуации принимает решение, которое реализуется аппаратом министер­ства (это ИО) в управляемой отрасли производства.