Кибернетический подход к описанию систем

Такой подход состоит в том, что всякое целенаправленное воздействие на объект рассматривается как управление объектом. Тогда:

Управление – это обобщенный приемов и методов, которые накапливаются разными науками, о воздействии на исключительные объекты или живые организмы.

Это воздействие осуществляется на некоторые частотные среды. Которые называются объектом управления, в результате которого удовлетворяются потребности субъекта, взаимодействующий с этим объектом.

 

Среда воздействия на объект и субъект. Объект воздействует на субъект, а субъект управляет объектом. Субъект ощущает воздействие внешней среды и объекта. Так как внешнюю среду изменить нельзя, то можем управлять воздействием на объект с помощью управления И.

Состояние объекта влияет на состояние потребностей субъекта. Обозначим А – потребность субъекта (к – потребность) А_i – состояние i-ой потребности. Свое поведение субъектов строит таким образом, чтобы минимизировать свои потребности. То есть решает задачу многокритериальности оптимизации, которой можно записать следующим образом:

,

Это выражение показывает связь потребителей с влиянием внешней среды и поведением субъекта U. U* – решение задачи оптимизации. При этом решении субъект минимизирует свои потребности.

– способность решения этой задачи называется алгоритмом управления. Этот алгоритм может иметь кегурентный характер.

– это формула позволяет улучшить управление на каждом шагу.

– с каждым шагом потребности уменьшаются.

Управление может быть на интуитивном и сознательном уровне.

При интуитивном сначала определяется цель, затем вырабатывается алгоритм, то есть получаем двух ступенчатую схему управления, которую можно записать:

– алгоритм синтеза цели

– алгоритм управления

При реализации мы достигаем цели Z*, которая сформулирована на 1 этапе. Если I этап трудно формализовать и поэтому задание цели принадлежит человеку, то на II этапе возможно и желательно применение формальных подходов.

Эти различные функции выполняются различными элементами системы

– управляет человек

– управляет управляющее устройство (УУ).

Объект и УУ составляют систему управления (СУ)

СУ выполняет функцию реализации целей управления. Эти цели должны быть предварительно сформулированы субъектом.

Д_Х,Д_У – датчики, которые измеряют состояние внешней среды и объекта.

X’,Y’ – резонанс измерения датчиков образуют исходящую информацию д/УУ.

УУ на основании полученной информации вырабатывает сначала предварительную команду управления U’, которая после переработки в информационной модели попадает на объект управления в виде управления U. Таким образом управление U:

,

Процесс управления является информационным процессом, который заключается в пяти пунктах:

1) сбор информации о ходе процесса

2) передача информации в пункты накопления и переработки

3) анализ проступков, накопление и справочной информации

4) принятие решения на основании выполненного анализа

5) выработка управления воздействия и доведения его до объекта управления

 

В системе оптимизации управления требуется наилучшее обработка выполнения поставленной перед системой задачи, при заданных реальных условиях и ограничениях для каждого конкретного случая.

Разработка СУ и само управления состоит из этапов, представленных на схеме:

1. Множество целей управления определяется внешними и внутренними факторами системы. 3 вида целей:

1) стабилизация(поддержание выходов системы на заданном уровне)

2) ограничение – требует нахождения параметров системы в заданных границах перемещения цели

3) Экстремальная цель – поддержание целей перемещения в экстремальном состоянии

2. Происходит выделение части среды, состояние которой субъект может изменять и этим удовлетворить свои потребности. Этот этап вызван в основном разнообразием связей объекта со средой и трудностями, которые возникают при отделении объекта от среды. Чтобы минимизировать трудности работы надо минимизировать сам объект. Но при этом необходимо сохранить множество целей и не выходить за рамки ограничений, наложенных на нее.

3. Так же как 4 и 5 связаны с решением задачи создания модели системы. Модель связывает входы Х, управление U и выход Y. При этом на модель надо наложить структуру ST и параметры модели C₁,C_k. На этом этапе определяется структура системы СТ с точностью до значений параметров С.

F XUY, ST, C={C1…Ck}, F={ST,0}

Определение внешней структуры, декомпозиция модели, определяется внутри структурных элементов модели => синтез структурных элементов сводится к определению вида оператораF.

Y=F(X,U,C) – оператор преобразования структуры

Применяя различные математические методы.

4. На этом этапе определяется число значений параметра С в режиме нормальной функции системы. Для определения зависимости выхода системы Y от управления необходимо эти управления U необходимо эти управления преднамеренно изменять, не нарушая нормального функционирования системы U={U₁…Un}.

5. План экспериментально необходим для определения с максимальной эффективностью искомых параметров модели ОУ. Если ОУ статично, то план эксперимента представляет собой некий набор состояний управления объектом. Если ОУ динамический, то получается план функцию на интервале (0…t). Полученная информация является исходящей для определения параметров модели:

0≤t≤T Y=F(U,C)

6. Здесь принимается решение: каким должно быть управление U, чтобы достичь цели Z. Это решение опирается на модель, цель Z, информацию о среде Х и распределению системы R, получение некоторой экстремальной задачи.

Q(X,Y)=>min=>U*

Найти min воздействия для достижения цели.

Способы решения этой задачи зависят от структуры модели.

Если объект статически, то модель – функция => задача математического программирования

Если объект динамический, то модель – оператор => вариационная задача.

 

7. Если управление реализовано, но цель не достигнута, то идем к 6 этапу.

Если цель достигнута, но изменилось состояние среды или цель Z, то идем к п.8, а затем к 1 из предыдущих этапов.

 

8. Спецификация управления сложных систем состоит в том, что из-за наличия шумов и изменчивости внешней среды, информация полученная на предыдущих этапах отражает состояние системы. Это и вызывается необходимость коррекции системы.

Простая коррекция – изменение параметров модели С

Таким образом, получается адаптивное управление. Время от времени надо корректировать саму структуру модели.