Прості системи управління

На рисунку показано структурну схему систем управління без зворотного зв’язку, які називають розімкнутими системами. Такі системи реалізують процедуру управління, закладену у них. Їх не цікавлять наслідки вироблених і переданих об’єктові рішень. Прикладом таких систем можуть бути автомати, команди на виконання дій у яких передаються від елементів, у які закладено відповідні процедури (верстати з програмним управлінням, ігрові автомати тощо).

Моделлю розімкнутої системи дискретного типу є автономний автомат з фіксованою скінченною множиною внутрішніх станів Y={y₁…y_n} зміна яких відбувається у дискретні такти часу t. Робота цього автомату визначається функцією переходу y^t⁺¹=f(y^t). Кожному стану автомата однозначно відповідає вихідний сигнал, що надходить на передавач B₂. Особливістю такого автомата є те, що на його вихід надходить циклічно повторювана послідовність сигналів.

Розімкнуту систему може представляти також імовірнісний автономний автомат, який замість функції переходу має фіксований розподіл ймовірностей зміни станів. Такий автомат вважають марковським джерелом сигналів. Послідовність сигналів його виходу за умови фіксованого початкового стану завжди відзначається заданими ймовірностями виникнення вихідних сигналів. У детермінованій системі механізм породження рішень D реалізує жорсткий алгоритм, а в імовірнісній системі – роцедуру, що з певною імовірністю передбачає на кожному кроці її роботу. На рисунку зображено структурну схему управління зі зворотним зв’язком.

У такій системі механізм прийняття рішень D реалізується не тільки закладеними у нього процедурами, але й спостереженням за ситуаціями, виникнення яких всередині системи визначається зворотними зв’язками, що надходять від об’єкта і середовища.

У системі дискретного типу формальною моделлю механізму D є алгоритм, який визначається детермінованим чи імовірнісним автоматом з активними входами, який у загальному випадку задається множиною входів X={x₁,…, x_m}, множиною станів Y={y₁,…, y_n} і множиною виходів Z={z₁,…, z_k}. Крім цього цей автомат визначено функцією переходів і функцією виходів

В імовірнісному автоматі замість названих функцій використано умовні імовірнісні розподіли зміни станів автомата від значень вхідного сигналу та імовірності розподілу значень вихідних сигналів. Опис конкретних ситуацій збігається з визначенням кількісних характеристик сигналів на входах автоматів.

Характерна особливість розглянутих систем управління, у яких механізм прийняття рішень ми позначили через D (в подальшому – D-системи), полягає у тому, що з появою на вході інформації щодо спостереження певної ситуації з множини можливих ситуацій наперед визначено, як будуть виконуватися процедури, закладені у механізмі D.

16.Системи управління з адаптацією

Складнішими системами управління порівняно з D-системами є системи, які здатні аналізувати ситуації, що спостерігаються, і реагувати на результати цього аналізу. Такі

системи називають системами управління з адаптацією. Структурну схему системи управління з адаптацією наведено на рис. 3.6. У цій системі блок А (адаптер) забезпечує вибір певної сукупності процедур, які реалізуються у блоці прийняття рішень D на базі аналізу ситуацій. Блок А виокремлено з блоку D з двох міркувань. По-перше, блок А працює з меншою інтенсивністю порівняно з іншими блоками системи управління. По-друге, побудувати складну систему як композицію простіших систем значно простіше за побудову єдиної складної системи.

Системи управління з адаптацією називають D-A-системами.

17.Модельні системи управління

Системи управління типу D-системи, до якої належить модельний блок, який містить у собі певну сукупність знань щодо об’єкта, що використовується під час управління ним, називають модельними системами управління. Структурну схему такої системи управління представлено на рис. 3.7.

Доцільність виокремлення блоку М з блоку D ґрунтується на тому, що у переважній більшості випадків представлення знань про об’єкт у моделі є більш комплексним за їхнє представлення в алгоритмі. Це дає змогу істотно спростити опис і функціонування системи управління. Зауважимо, що зберігання знань у моделях називають декларативним представленням знань. Зберігання знань в описі алгоритмів називають процедурним представленням знань. Пошук знань, внесення змін інформації у моделях є значно простішим, ніж писати нові процедури для блоку D. Крім цього, у випадку перенасичення процедурами блоку D потрібні незначні затрати зусиль для введення нової інформації у модель, щоб вона стала придатною для адаптації до нового об’єкта управління. Модельні системи управління називають D-M- системами.

18.Семіотичні системи управління

У D-M-системах управління передбачено, що у процесі управління інформація блоку М є незмінною, тобто апріорна система знань щодо об’єкта має властивість повноти і достовірності. У реальній ситуації блок М змінюється у процесі роботи системи управління. Інформація блоку М неперервно поновлюється, уточнюється. Для відображення цього у структурну схему модельної системи управління вводять блок, який називають інтерпретатором. Його призначення – інтерпретація реакції – відповіді середовища та об’єкта управління на вплив системи управління і процесів, що відбуваються в об’єкті Ω і моделі M. Це здійснюється з допомогою спеціальних процедур, які реалізуються в інтерпретаторі. Структурну схему семіотичної системи управління подано на рис:

Головна роль у таких системах переходить від блоку D до сукупності блоків М і І. За необхідності під блоками М і І можна розуміти цілу ієрархічну систему інтерпретаторів і моделей, кожна з яких працює зі своєю групою процедур із D. Системи ситуаційного управління використовують семіотичні системи, описані у певній спеціальній модифікації.

19. Етапи управління

Управління складною системою налічує такі етапи:

1. Формування цілей управління. У деяких випадках для розв’язання практичних задач можна дещо спростити представлення цілей: наприклад, представити їх за допомогою деяких цільових змінних, які визначають суб’єкт управління.

Наприклад, нехай – вимірюючi виходи об’єкта управління, які визначають його стан:

А – вимірюючi входи об’єкта, які характеризують стан середовища:

Позначимо – цільові змінні , визначені суб’єктом управління. Між ними і станом об’єкта є строго визначений і відомий зв'язок:

Розрізняють 3 види цілей:

1) Ціль-стабілізація (прирівняти) – полягає у підтримуванні певних виходів об’єкта на заданому рівні:

Де – необхідний суб’єктові рівень цільової змінної при стані середовища і потреб

2) Ціль-обмеження (обмежити) вимагає виконання нерівності:

Де – верхня межа зміни цільової змінної , яка визначається суб’єктом в ситуації < >.

3) Екстремальна ціль (екстремізувати) зводиться до підтримки в екстремальному стані цільових змінних:

Отже, ціль - це набір вимог зазначеного виду і однозначно визначається числами i

Множина цілей у цьому випадку визначається шляхом задання зон зміни параметрів:

2. Визначення об’єкта управління. Цей етап пов'язаний з виокремленням тієї частини середовища суб’єкта, стан якого він може змінити і сам впливатиме на свої потреби. Загалом це і буде об’єктом управління.

У деяких випадках, коли межі об’єкта є очевидними, проблеми виокремлення об’єкта з середовища не виникає. Проте в інших випадках зв’язки об’єкта з середовищем настільки сильні і різноманітні, що інколи важко зрозуміти де закінчується об’єкт і розпочинається середовище. Власне цей випадок змушує вводити спеціальний етап – визначення управління.

Розглянемо головні міркування щодо вибору об’єкта управління. Очевидно, що об’єкт повинен бути у певному розумінні мінімальним, тобто мати найменший об’єм. Про це необхідно турбуватися хоча б для того, щоби мінімізувати трудомісткість вивчення цього об’єкта в наступних етапах під час синтезу його моделі.

Однак у цьому випадку суттєвим обмеженням тут є досягнення множини цілей управління в рамках виокремленого для цього ресурсу R. Це означає, що для будь якого стану середовища X існує управління , за допомогою якого можна досягнути будь-якої цілі .

Введемо предикат:

Який приймає значення «1», якщо цілі управління в об’єкті досягнуто, тобто і значення «0» - у протилежному випадку. Тоді обмеження на вибір об’єкта матиме вигляд:

Це обмеження повязує стан середовища Х, ціль і об’єкт .

Введемо об’єм об’єкта у вигляді . Тоді задача визначення зводиться до наступної оптимізаційної задачі:

(1)

А – множина станів середовища.

Наступні 3 етапи управління пов’язані з розв’язком задачі створення його моделі, яка є необхідною для синтезу управління U. Тільки за допомогою моделі об’єкта можна побудувати управління , яке переводить об’єкт в необхідний (цільовий) стан .

Модель F, яка зв’язує входи X i U з виходом Y, визначається структурою STі параметрами тобто представляється у вигляді :

3. Структурний синтез моделі. На цьому етапі визначається структура ST, тобто модель об’єкта з точністю до значень її параметрів С.

Етап труктурного синтезу – це насамперед:

- визначення зовнішньої структури моделі,

- декомпозиція моделі,

- визначення внутрішньої структури елементів моделі.

Синтез зовнішньої структури моделі зводиться до змістового визначення її входів X i U,а також виходу Y без урахування внутрішньої структури обєкта, тобто обєкт розглядають як чорну скриньку з n+g входами і m виходами.

Декомпозиція моделі полягає в тому, щоби, використовуючи апріорні відомості щодо структури об’єкта, спростити задачу синтезу структури моделі.

Синтез внутрішньої структури моделі зводиться до визначення виду ST оператора F моделі об’єкта чи її елементів з точністю до її параметра C . Це означає, що параметри стають змінними моделі, тобто:

Y = F(X,Y.C), (2)

де F – оператор перетворення зі структурою ST, параметри якого для зручності внесено у змінні C .

Представлення оператора перетворення моделі у вигляді (2) можна назвати параметризацією моделі, що є еквівалентом задання її структури.

4. Ідентифікація параметрів моделі об’єкта. Цей етап пов’язаний з визначенням числових значень параметрів в режимі нормального функціонування об’єкта, тобто без організації спеціальних експериментів з ним.

5. Планування експерименту. Тут головним є синтез плану експерименту, який дає змогу з максимальною ефективністю визначити шукані параметри моделі об’єкта управління. Для статичного об’єкта цей план U являє собою набір станів управляючого виходу об’єкта

, а для динамічного – план-функцію ,

тобто програму зміни в часі входу об’єкта.

Експеримент над об’єктом дає змогу визначити реакцію об’єкта на цей вплив. У статичному випадку ця реакція має вигляд:

а в динамічному –

Отримана внаслідок цього інформація і є вихідною щодо визначення параметрів C моделі F :Y = F(U,C).

План експерименту визначається трьома чинниками:

а) структурою ST моделі F;

б) ресурсом планування R, утвореним засобами, виділеними на експеримент (часовими, матеріальними, енергетичними), а також областю планування, яка визначає межі зміни входів об’єкта в процесі планування;

в) критерієм планування k, який визначає ефективність плану U. Задають його зазвичай на дисперсійній матриці Dc шуканих параметрів C моделі. Синтез оптимального плану здійснюється розв’язанням такої оптимізаційної задачі: ,

Де – оптимальний план.

6. Синтез управління. На цьому етапі приймається рішення про те, яким повинно бути управління U*, щоби досягти заданої цілі управління z* в об’єкті. Це рішення спирається на наявну модель об’єкта F, задану ціль z*, отриману інформацію щодо стану середовища X і виділений ресурс управління R, що є обмеженням, накладеним на управління U, яке також пов’язане зі специфікою об’єкта і можливостями системи управління.

7. Реалізація управління або відпрацювання в об’єкті оптимального рішення, одержаного на попередньому етапі. Зреалізувавши управління і переконавшись, що цілі управління не досягнуто, необхідно повернутись до одного з попередніх етапів. Навіть у кращому випадку, коли поставленої цілі досягнуто, необхідність звертання до попереднього стану спричинено зміною стану середовища x чи зміною цілі управління z* .

8. Адаптація. Час від часу необхідне корегування структури моделі, тобто приведення її у відповідність з новою інформацією. Далі корегування може торкнутись самого об’єкта, точніше, межі поділу об’єкта і середовища, що є необхідним при значній зміні (еволюції) об’єкта і середовища, в якому він перебуває. У цьому випадку корегування узаконить нові взаємовідносини нового об’єкта із середовищем. І, нарешті, створена система управління з певних причин може не реалізувати всю множину цілей управління, в результаті якої споживач дізнається, які ж цілі зазначена система управління може реалізувати в об’єкті . Це і є адаптація цілей.

⇐ Предыдущая 7 8 9 10 111213 14 15 16 Следующая ⇒