Виды управления

Жесткое управление. Под жестким управлением понимается воздействие на систему или процесс, направленное на достижение заданного типа поведения. Процесс управления характеризуется наличием разомкнутого контура, особенность которого состоит в том, что достижение результата не сообщается в устройство управления.

Жесткое управление реализуется в предположении о полной определенности условий внешней среды.

Назначение устройства управления состоит в следующем: на вход программного блока поступает задающее воздействие α(t). Программный блок транслирует систему команд m(t), которые исполнительный блок преобразует в последовательность управляющих воздействий w(t), цель которых состоит в том, чтобы управляемый параметр у(t) максимально соответствовал задающему воздействию α(t). Поскольку обычно на процесс влияют внешние воздействия x(t), они должны по возможности учитываться и заранее компенсироваться устройством управления. Но так как предвидеть все возмущения заранее невозможно, выполнения равенства α(t)=y(t) добиться трудно. Алгоритмическое и техническое решение системы жесткого управления относительно простое, но область его применения на практике весьма ограничена: простейшие автоматические технические устройства, жесткое администрирование.

Регулирование. Регулирование представляет собой процесс, в ходе которого регулируемый параметр у измеряется и сравнивается с α. При отклонении этих величин регулятор через исполнительный блок воздействуют регулирующей величиной w на процесс или объект с тем, чтобы обеспечить выполнение условия α(t)=y(t). Для регулирования характерно наличие замкнутого контура.

Различаются два основных вида систем регулирования:

регулирование по отклонению имеет место, когда достигнутый результат у через цепь обратной связи после измерения поступает в регулирующее устройство, которое генерирует соответствующий управляющий сигнал m(t). Регулирование по отклонению от управляемой величины реализуется в системах стабилизации. Задачами стабилизации являются задачи поддержания выходных величин y(t) вблизи некоторых неизменных заданных значений Y. Так, задачи стабилизации решаются при осуществлении технологических операций, так как соответствие выполняемых работ технологическому процессу является необходимым условием получения продукции с заданными свойствами. В системах энергоснабжения должны быть стабилизированы напряжение и частота тока в сети вне зависимости от изменения потребления электроэнергии. Другим типом регулирования по отклонению являются системы с программным управлением. Задачи такою типа возникают, когда необходимо, чтобы состояние управляемого объекта удерживалось вблизи изменяющегося во времени по заранее заданному закону значению y(t). Задачи программного управления возникают в производственных системах при выполнении работ в соответствии с планом. Системы программного управления широко применяются в технике для автоматизации технологических процессов (станок с программным управлением); регулирование по возмущению происходит, если возмущения x(t) учитываются, измеряются и компенсируются регулятором по контуру, включающему измерительный блок 2 (см.рис.3.3).

Часто встречаются ситуации, когда закон изменения во времени заданного состояния системы заранее неизвестен, а определяется в ходе самого процесса в соответствии с внешним сигналом. Система управления, предназначенная для изменения состояния Y(t) управляемого объекта по закону, задаваемому внешним, неизвестным заранее сигналом, называется следящей системой. При этом внешний сигнал называется ведущей величиной. Примером следящего управления является "задача преследования" из области военной кибернетики, так же, как и следящее управление с упреждением (управление зенитным орудием). Упреждающим может быть и управление экономическим объектом, например, при решении задачи бездефицитного снабжения потребителей деталями со склада, другие задачи управления запасами.

Основная формула теории регулирования. Методы регулирования основаны на использовании обратной связи. Рассмотрим простую систему регулирования, имеющую один вход X и выход Y.

Рассмотрим некоторую регулируемую систему S, которая подвергается определенным воздействиям X, дающим в итоге требуемый результат Y. Результат воздействует на регулятор R, который, в свою очередь, воздействует на регулируемую систему. Комплекс регулируемой системы и регулятора составляет систему регулирования. Преобразование состояния входа Х в состояние выхода Y формально можно отобразить как: Y = SX. Этот способ отображения соответствует разомкнутому контуру управления. Как показано на рис.3.4, состояние выхода регулируемой системы S передается на вход регулятора R, выходом которого является величина ∆X. Это состояние прибавляется к состоянию входа системы S: Х+∆Х.

Предположим, что регулируемая система работает как пропорциональный преобразователь: Y=SX.

При S>l пропорциональное преобразование называется усилением, а при S<1 – ослаблением. Показатель – называется пропускной способностью регулируемой системы.

Предположим также, что регулятор тоже осуществляет пропорциональное преобразование, а его пропускная способность равна R. Тогда ∆X= RY ∙ С с учетом воздействия регулятора состояние выхода регулируемой системы определится как:

Y = S(X+∆X) = S(X+RY) = SX+SRY,

отсюда,

. (3.15)

Выражение (3.15) является основной формулой теории регулирования. Приведенная формула дает возможность рассчитать необходимое значение входной величины, чтобы при заданных параметрах системы S и R получить на выходе искомый результат Y Принимая во внимание то, что , выражение называется пропускной способностью системы регулирования. Из основной формулы теории регулирования вытекает специфическая роль регулятора. При R=0 пропускная способность регулируемой системы была бы равна S:Y=SX. Наличие регулятора требует введения множителя , который характеризует его действие. Сомножитель выражает действие обратной связи в системе регулирования, и его называют оператором или мультипликатором обратной связи.

Регулирование как функция управления получила широкое применение в исследовании экономических систем управления.

Основные свойства и характеристики регулируемых систем изучаются технической кибернетикой в разделе теории автоматического управления.

Адаптивное управление. В тех случаях, когда воздействующие на систему факторы являются частично или полностью неопределенными, управление становится возможным только после накопления некоторой информации об этих факторах и характеристиках объекта. Управление в системе с полной априорной информацией об управляемом процессе, которое изменяется по мере накопления информации и применяется для улучшения качества работы системы, называется адаптивным управлением.

В дискретном времени , где Т – время, ∆t – интервал его квантования, процесс адаптивного управление может быть представлен следующим образом. Пусть управляемый процесс u является марковским процессом и описывается некоторой характеристикой

Марковский процесс – случайный процесс, обобщенное понятие динамической системы, введенное А.Н. Колмогоровым, процесс, который преобладает тем свойством, что его поведение после момента t зависит только от его значения в этот момент и не зависит от поведения процесса до момента t.

Пусть в момент t заданы состояние процесса и, и состояние информации о процессе Р_t образующие точку (х_t, P_t) в некотором фазовом пространстве. Переход в новое состояние происходит под воздействием управления х_t, и возмущения – случайной величины с вероятностным распределением dP(u_t , Р_t ; х_t ,), которое может являться какой-то частью характеристики информации. Переход в новое состояние может быть определен случайными преобразованиями ∑₁ и ∑₂ так, что:

u_t+1 = ∑₁ (u_t , Р_t ; х_t ,); (3.16)

P_t+1 = ∑₂ (u_t , Р_t ; х_t ,). (3.17)

Управление х, изменяя состояние процесса u, влияет и на характеристику информации Р.

Если преобразования ∑₁ и ∑₂ заданы, то управление в момент перехода следует выбирать в виде:

x_t = x_t (u_t , Р_t). (3.18)

Управление (3.18) обладает свойством адаптации в том смысле, что оно зависит от всей доступной в момент t информации Р_t, о процессе. Но обычно преобразования ∑₁ , ∑₂ не заданы, и определение этих преобразований, как и самой характеристики информации, является частью задачи об управлении с адаптацией. Для того, чтобы информация о процессе со временем накапливалась, необходимо специально выбирать ∑₂ так, чтобы описание процесса P_t+1 было более полным, чем Р_t. Изменения в направлении улучшения характеристик информации составляют сущность адаптации. Если с состоянием u_t+1 связать некоторый показатель качества управления (u_t+1), то за счет большей "информированности" управления вследствие адаптации этот показатель может улучшаться. При этом последовательность преобразований (∑₁ , ∑₂)_t, t=0,l,2,... дает процесс управления с адаптацией.

Таким образом, общее представление процесса адаптивно управления включает характеристику информации Р и механизм адаптации, определяемый преобразованием T₂.

Двойственный характер адаптивного управления проявляется и том, что, с одной стороны, невозможно осуществлять эффективное управление, не зная характеристик объекта, с другой – можно изучать эти характеристики в процессе управления и тем самым улучшат, его. Управляющие воздействия носят двойственный характер: они служат средством как активного познания управляемого объекта, так и непосредственного управления им в текущий момент времени.

В системах адаптивного управления обязательным является наличие обратной связи ввиду непрерывного процесса исследования характеристик объекта.

В системах управления, реализующих принцип адаптации, могут меняться параметры и структура системы (самоорганизация), программа, алгоритм функционирования и управляющие воздействия (самонастройка). Накопление и обобщение опыта обеспечивает возможности обучения и самообучения систем управления.

Адаптивное управление в полной мере присуще системам управления в живой природе. Она дает нам образцы совершенной организации, настройки и функционирования систем управления сложнейшими динамическими процессами, которые современная теория и практика управления стремиться воспроизвести в искусственных системах. Адаптация в экономических системах проявляется в способности системы сохранять в процессе развития существенные параметры не изменяющимися в определенных границах их варьирования, несмотря на разнообразие воздействий внешней среды.