Уровни исследования систем управления

 

В настоящее время выполнено значительное количество работ, в которых рассматриваются различные подходы к на­именованию и содержанию уровней исследования систем управления.

Так, Месарович И. предлагает проводить исследование, начиная с верхнего уровня и далее в соответствии с убыва­нием порядковых номеров, т.е. n-й, (п - 1)-й, и т. д. [5]. В справочнике «Эффективность технических систем» вводят концептуальные, операциональные, детальные уровни и ДР -[9].

Однако данные наименования не в полной мере учитывают специфику исследования целенаправленных (управляющих) систем, поэтому остановимся на классификации уровней, предложенных Хохлачевым Е., которая учитывает основные принципы анализа и синтеза сложных систем управления.

Выделим следующие уровни анализа и синтеза систем управления:

1) внешний;

2) исходный;

3) общесистемный;

4),

5),..., п) системные уровни.

Общее число уровней может быть различным в зависимо­сти от принятой степени детализации объекта исследования.

Дадим краткую характеристику каждому уровню исследо­вания [16].

На внешнем уровне анализируется сверхсистема, в состав которой входит исследуемая систем управления. Основными задачами исследования сверхсистемы являются:

♦ определение целей и задач сверхсистемы;

♦ выделение (в сверхсистеме) подсистем (функций, за­дач), в интересах которых применяется система управления;

♦ уточнение показателей и критериев данных подсис­тем;

♦ определение внешних свойств и соответствующих показателей системы управления, которые могут по­влиять на эффективность сверхсистемы.

На исходном уровне исследуемая система управления вы­деляется как отдельный целенаправленный элемент (ЦНЭ) сверхсистемы, которая включает различные, в общем случае, противоположные по интересам подсистемы.

Основными задачами исследования на исходном уровне являются:

♦ выделение исследуемой системы в виде отдельного целенаправленного элемента (ЦНЭ);

♦ выявление входных целезадающих, обеспечивающих и помеховых (разрушающих) воздействий, посту­пающих от различных подсистем сверхсистемы на

"ЦНЭ;

♦  установление показателей и критериев эффективно­сти ЦНЭ, которые характеризуют внешние свойства системы управления и ее влияние на сверхсистему.

ЦНЭ рассматривается без учета внутренней структуры в виде модели элемента «вход — состояние — выход».

Сверхсистема в любой произвольный момент времени t может формировать вектор входных воздействий x(t) = {c(t), r(t), v(t)}, где c(t) — целезадающие; r(t) — обеспечивающие; v(t) — помеховые (разрушающие) частные воздействия, по­ступающие от различных подсистем.

Целезадающие воздействия c(t) включают информацию, необходимую для уяснения ЦНЭ поставленной перед ним об­щей цели. При этом в отдельных случаях ЦНЭ может само­стоятельно корректировать, уточнять и формировать цели управления. Целезадающие воздействия формируются теми подсистемами, в интересах которых функционирует ЦНЭ.

Обеспечивающие воздействия r (t) также формируются подсистемами, заинтересованными в достижении поставленной цели, и включают дополнительные материальные, энергетиче­ские, людские, денежные и другие ресурсы, необходимые для успешного функционирования ЦНЭ. Обеспечивающие воздей­ствия могут отсутствовать, если ЦНЭ имеет достаточное коли­чество своих внутренних ресурсов.

Помеховые (разрушающие) v(t) воздействия формируются в основном теми подсистемами сверхсистемы, которые препятст­вуют достижению цели поставленной перед ЦНЭ или могут формироваться хаотически нейтральными подсистемами.

Под влиянием перечисленных воздействий ЦНЭ совершает движение Z(t) к намеченной цели и формирует вектор ответ­ных реакций

y (t)={ c -(t), m, vxt)}.

Целекорректирующие реакции c (t) воспринимаются сверхсистемой для коррекции ранее намеченной цели и фор­мируются ЦНЭ в зависимости от достигнутых промежуточ­ных результатов.

Целеобеспечивающие реакции r "(t) формируются для улучшения свойств или повышения качества и эффективности подсистем, в интересах которых функционирует ЦНЭ.

Нейтрализующие реакции v \ t) обеспечивают подавление помеховых (разрушающих) воздействий и могут совпадать с целеобеспечивающими реакциями.

На исходном уровне формируются показатели и критерии эффективности ЦНЭ и исследуются его внешние свойства, обеспечивающие наилучшее достижение поставленной цели.

На общесистемном уровне производится детализация ЦНЭ на управляющую систему (УС) и объект управления (ОУ).

Основными задачами исследования на общественном уровне являются [16]:

♦ декомпозиция ЦНЭ на управляющую систему и объ­ект управления;

♦ формирование управляющих воздействий;

♦ определение маршрутов движения к цели;

♦ определение показателей, раскрывающих структуру системы и эффективность управляющих воздейст­вий.

УС и ОУ рассматриваются как отдельные элементы, опи­сываемые моделями «вход — состояние — выход». При этом УС исследуется как элемент, формирующий управляющие воздействия u (t) в момент t на основании заданного начально­го движения ф₀, Го, помеховых воздействий v„ состояний z_t на соответствующих интервалах и

Объект управления (ОУ), как элемент, совершающий дви­жение к намеченной цели

 вырабатывает ответные выходные реакции характеристик цели и имеет вид:

На основании полученных соотношений уточняются пока­затели и критерии выделенных элементов системы управле­ния.

В качестве показателей эффективности могут использо­ваться показатели

зависящие только от конечного состояния объекта управ­ления z { tk) и характеризующие результат управления в конеч­ный момент времени t_k, и интегральные показатели

зависящие от значений текущего показателя эффективно­сти q, и, соответственно, всех состояний объекта управления на интервале [ t ₀, t_k ], и характеризующие суммарный результат управления на данном интервале.

На системных уровнях осуществляется дальнейшая деком­позиция УС и ОУ путем выделения отдельных элементов и связей между ними. При этом для сложных иерархических систем управления возможно выделение частных пар «УС-ОУ» и соответствующих частных целей и задач управления с повторением для них исследований общесистемного уровня. Для системных уровней характерны углубленное исследова­ние частных свойств системы управления и возрастающее число анализируемых показателей.