Классификация систем управления кратко

Обновлено: 30.06.2024

14) Классификация систем управления

Системы управления весьма разнообразны, и их целесообразно разбить на классы. Рассмотрим классификацию систем управления по трем следующим признакам: степень автоматизации функций управления; степень сложности и степень определенности.

В зависимости от степени автоматизации функ­ций управления различают ручное, автоматизированное и автоматическое управление. При ручном управлении все функции процесса выполняются человеком — оператором. Автоматизиро­ванным называют процесс управления, в котором часть функций выполняется человеком, другая часть — автоматическими устрой­ствами. При автоматическом управлении все функции выполняются автоматическими устройствами. Соответственно принято различать автоматизированные и автоматические системы управления.

Естественно, такую характеристику сложности нужно рассмат­ривать лишь как ее иллюстрацию. На практике приходится учиты­вать качественные особенности связей, их существенность и ряд других факторов, которые могут упростить или еще более усложнить исследование системы.

Рассмотрим теперь понятие сложной системы управления. Как следует из выражения (1.4), управляющее воздействие есть функция состояния объекта управления, т. е. каждому состоянию объекта управления должно соответствовать определенное состояние управ­ляющего органа. Это значит, что управляющий орган должен обла­дать не меньшим числом возможных состояний, чем объект управ­ления. Следовательно, управляющий орган для эффективного управления должен быть такой же сложности, как и объект управ­ления. Когда объектом управления является сложная система, управляющий орган тоже представляет собой сложную систему. Совокупность сложного управляющего органа и сложного объекта управления называют сложной системой управления.

Сложные системы управления имеют следующие важные особен­ности:

1. Число параметров, которыми описывается сложная система, весьма велико. Многие из этих параметров не поддаются количест­венному описанию и измерению,

2. Цели управления не поддаются формальному описанию без существенных упрощений. Цели являются функциями времени. Система может состоять из подсистем, каждая из которых имеет собственную цель управления. В процессе управления собственные (локальные) цели подсистем нужно согласовывать с общей (глобаль­ной) целью системы, что, как правило, является сложной задачей.

3. Трудно или даже невозможно дать строгое формальное описа­ние сложной системы управления. Как правило, основной задачей при моделировании таких систем является поиск разумного упроще­ния их описания.

По степени определенности системы управле­ния обычно разбивают на детерминированные и вероятностные (стохастические).

Детерминированной системой называют систему, в которой по ее предыдущему состоянию и некоторой дополнительной информа­ции можно безошибочно (т. е. вполне определенно) предсказать ее последующее состояние.

В вероятностной системе на основе предыдущего состояния и дополнительной информации можно предсказать лишь множество возможных будущих состояний и определить вероятность каждого из них.

Разбиение систем на простые и сложные, детерминированные и вероятностные в определенной мере условно. По мере развития средств моделирования и исследования конкретная реальная система может перейти из одного класса в другой. В результате использова­ния двух последних классификационных признаков все системы управления можно разделить на четыре категории: простые детерми­нированные; сложные детерминированные; простые вероятностные; сложные вероятностные.

К числу простых детерминированных систем относится, напри­мер, автопилот. Примером сложной детерминированной системы служит ЭВМ. Этот весьма сложный прибор, включающий большое количество элементов и имеющий огромное число возможных состоя­ний, является все же полностью детерминированным устройством. Поведение ЭВМ определяется совокупностью программ, которые она выполняет. Отклонение от поведения, предписанного програм­мами, означает неисправность.

Простой вероятностной системой можно назвать систему ста­тистического контроля качества продукции предприятия по одному или нескольким параметрам, которая предусматривает выборочную проверку заданных параметров с определенной периодичностью. Сложной вероятностной системой являются производственное предприятие, крупная строительная организация, отрасль промыш­ленности и подобные им объекты.

Число элементов, разнообразие связей, вероятностная природа законов функционирования делает эти системы настолько сложными, что их полное формальное описание не представляется возможным. Потребность в управлении сложными системами привела к созда­нию специальных методов.

Управление - это воздействие на какую-то систему с целью достижения желаемых изменений в ее состоянии или поведении.
Всякое управление предполагает наличие цели, т.е. модели желаемых изменений. Система, на которую оказываются целенаправленные воздействия, называется управляемой или – объектом управления. Носителем цели управления является субъект управления.

Система, в которой есть эти две части, т.е. есть само управление называется "система управления" или системой с управлением. Часто на практике используют более узкое толкование - система управления воспринимается как именно управляющая система.


Рис. 1.4. Обобщенная структура системы управления (с обратной связью)

Этапы процесса управления

В общих чертах процесс управления с обратной связью можно представить следующими основными этапами:
- сбор и анализ информации, необходимой для управления;

- выбор УВ (принятие решения о целесообразном управляющем воздействии);

- реализация решения – выработка и применение к ОУ управляющих воздействий;

- контроль за состоянием и реакцией ОУ (по существу, этот этап есть циклический переход к первому этапу сбора и анализа информации).

В технических устройствах возможна схема управления без обратной связи (разомкнутое управление). В этом случае управление реализуется по заранее заданному алгоритму без анализа состояния ОУ, т.е. считается, что ОУ реагирует на управляющие воздействия однозначным образом – так, как задумано в программе управления. Примеры систем с разомкнутым управлением:
- устройства запуска или остановки (например, запуск телевизора по таймеру);
- станки с программным управлением обработкой деталей;
- автоматические конвейеры и т.п.

- достичь определенного состояния на объекте управления, т.е. перевести объект управления в целевое состояние;

- поддержать объект управления в заданном состоянии. В соответствии с такой целью, например, работают различные технические регуляторы (автоматическая регулировка частоты или громкости в радиоприемниках, регулировка температуры в системах климат-контроля и др.);

- минимизировать затраты системы управления при достижении целевого или при поддержании заданного состояния.

Имеющиеся в распоряжении УС ресурсы определяют ее возможности при выборе стратегии управления. Кроме собственно ресурсов на выбор УВ влияют и иные ограничения, характерные для данной системы управления. Так, при управлении в организационно-экономической системе такие ограничения могут порождаться нормативно-технической документацией, законами, отраслевыми или корпоративными стандартами, нормами и правилами поведения и др.

Аксиомы управления

На основании проведенного исследования обобщенной схемы системы управления можно сформулировать несколько условий, которые в литературе известны как аксиомы теории управления. Выполнение этих условий предполагается обязательным при создании системы управления.

Аксиома управления 1. Наличие наблюдаемости объекта управления, т.е. возможность получения информации о состоянии объекта управления, его реакциях на внешнюю среду и УВ.

Аксиома управления 2. Наличие управляемости ОУ, т.е. способность ОУ переходить в требуемое состояние под воздействием УВ.

Аксиома управления 3. Наличие цели управления и достижимость цели, т.е. наличие цели управления, обозначенной через некоторый набор показателей, желаемых свойств ОУ

Аксиома управления 4. Наличие выбора управляющих воздействий (аксиома свободы выбора). Необходимый объем множества УВ зависит от самой цели управления и сложности объекта.

Это означает, что в идеале на каждое возможное состояние объекта управления в системе должно быть предусмотрено как минимум одно воздействие, приводящее ОУ в желаемое состояние.

Аксиома управления 5. Наличие критерия эффективности управления, т.е. наличие способа оценить степень достижения цели (подробнее о критериях см. в гл. 2)

Аксиома управления 6. Наличие ресурсов управления, т.е. возможность реализовать выбранные УВ при имеющихся ресурсах и заданных ограничениях.

Классификация систем управления

В зависимости от степени участия человека в процессе управления различают следующие виды систем управления.

1. Системы ручного управления. В этих системах человек выполняет все функции управления. При этом не исключается применение механизмов для реализации управляющих воздействий, каких либо инструментов для сбора информации (например, измерения параметров ОУ).

2. Системы автоматического управления (САУ). В этих системах управляющая часть – УС не содержит в себе человека, выработка управляющих воздействия выполняется автоматически на основе запрограммированных алгоритмов поведения системы. Человек присутствует на этапе создания алгоритмов и программ, которые и отражают в себе цель управления.

Первыми автоматическими системами управления были автоматические регуляторы температуры паровых котлов на паровозах, которые отслеживали значение контролируемых параметров и вносили поправку при отклонении их от заданной величины. Характерными и достаточно сложными примерами современных САУ являются автоматические системы управления полетами, применяемые в гражданской или военной авиации.

Однако, несмотря на сложность взаимосвязей с различными бортовыми и наземными системами, здесь в основном также используется принцип работы регулятора – задается и отслеживается выполнение программы полета воздушного судна. Перспективы развития САУ связаны с использованием в них методов искусственного интеллекта, позволяющих осуществлять автоматическое управление в сложных, изменяющихся условиях, при недостатке или неточности имеющейся информации, подстраиваясь под особенности окружающей среды и объекта управления.

3. Автоматизированные системы управления (АСУ). В АСУ человек остается главным действующим лицом процесса управления. Можно выделить два основных канала автоматизации, в которых ряд функций от человека передается ЭВМ:

- информационный канал (автоматизация сбора, представления, анализа информации);

- управляющий канал (автоматизация генерации, передачи и применения управляющих воздействий).

Широкое применение автоматизированные системы управления находят в управлении организационно-экономическими системами (предприятиями), где процессы управления отличаются значительной сложностью и связаны с большими объемами используемой информации. Такие АСУ сами отличаются сложностью структуры и наличием большого числа подсистем, выполняющих различные функции. К числу подсистем комплексной АСУ предприятием относятся системы поддержки принятия решений (СППР). Эти системы предназначены для автоматизации наименее формализуемого и наиболее интеллектуального этапа процесса управления, связанного с принятием решений о необходимых воздействиях на объект управления. Функционирование СППР в зависимости от объема выполняемых функций опирается на методы аналитической и интеллектуальной обработки данных (факторный, корреляционный и другие виды анализа, технологии OLAP, Data Mining), методы экспертных систем, ситуационного управления и др.

Классификация управления по скорости протекания процессов в объекте управления

Изменение состояния объекта управления при управлении может протекать с различными скоростями. Говорят еще о скорости переходных процессов или периоде (времени) переходных процессов Tss. Сам переход из текущего состояния St в целевое Sc в различных объектах управления может происходить по-разному. В сложных объектах переходный процесс может сопровождаться различными трудностями, неожиданными затратами или потерями.

В зависимости от скорости переходных процессов в ОУ различают следующие системы управления:

- системы динамические, где Tss = T, т.е. время изменение состояния соизмеримо с временем наблюдения;

- системы статические, где Tss >> T, т.е. изменение состояния происходит за время, значительно превышающее период наблюдения.

Для наблюдателя в технических системах, когда объект изменяет свое состояние в реальном времени, именно динамические системы ассоциируются с понятием управления.

Однако, из приведенной классификации видно, что отнесение объекта управления к тому или иному классу будет зависеть от периода наблюдения.

Это положение имеет принципиальное значение при управлении сложными и, особенно, большими организационно-техническими системами. Оно означает, что оценка управляемости, устойчивости системы, а также оценка эффективности управляющих воздействий может быть произведена только за период наблюдения, адекватный периоду переходных процессов в системе. Такая адекватность может быть достигнута регулярным учетом, накоплением информации в базах данных ЭИС и ее последующим анализом.

Copyright © 2004-2022 ООО "Альтаиста"
Бизнес портал. Деловая сеть предпринимателей. Бизнес. Инновации. Технологии
Портал разработан ООО "Альтаиста"

Классификацию систем управления можно осуществлять по таким признакам как:степень автоматизации функций управления, степень сложности системы, степеньопределенности, тип объекта управления и др. В зависимости от степениавтоматизации функции управления различают: ручное, автоматизированное иавтоматическое управление. Соответственно принято различать, как было сказановыше, автоматизированные и автоматические системы управления.

По степени сложности системы делят на простые и сложные .Сложные системы характеризуются следующими особенностями: число параметров,которыми описывается система, весьма велико, многие из этих параметров не могутбыть количественно описаны и измерены; цели управления не поддаются формальномуописанию без существенных упрощений; невозможно дать строгое формальноеописание системы управления.

По степениопределенности системы разделяются на детерминированные и вероятностные (стохастические). В детерминированной системе по ее предыдущему состоянию инекоторой дополнительной информации можно вполне определенно предсказать еепоследующее состояние. В вероятностной системе на основе такой же информации,можно предсказать лишь множество будущих состояний и определить вероятностькаждого из них.

автопилот самолета - простаядетерминированная система, ЭВМ - сложная детерминированная система, системаконтроля качества продукции - простая вероятностная система, производственноепредприятие - сложная вероятностная система.

Системой называется совокупность взаимосвязанных элементов, обособленная от среды и взаимодействующая с ней как единое целое для достижения некоторой цели.

Существуют различные классификации систем:

1) По отношению системы к окружающей среде:

a. открытые (есть обмен с окружающей средой ресурсами);

b. закрытые (нет обмена ресурсами с окружающей средой).

2) По происхождению системы (элементов, связей, подсистем):

a. искусственные (орудия, механизмы, машины, автоматы, роботы и т.д.);

b. естественные (живые, неживые, экологические, социальные и т.д.);

c. виртуальные (воображаемые и, хотя они в действительности реально не существующие, но функционирующие так же, как и в случае, если бы они реально существовали);

d. смешанные (экономические, биотехнические, организационные и т.д.).

3) По описанию переменных системы:

a. с качественными переменными (имеющие только лишь содержательное описание);

b. с количественными переменными (имеющие дискретно или непрерывно описываемые количественным образом переменные);

c. смешанного (количественно-качественное) описания.

4) По типу описания закона (законов) функционирования системы:

b. непараметризованные (закон не описан, описываем с помощью хотя бы неизвестных параметров, известны лишь некоторые априорные свойства закона);

c. параметризованные (закон известен с точностью до параметров и его возможно отнести к некоторому классу зависимостей);

5) По способу управления системой (в системе):

1) без обратной связи - известен путь достижения системой своей цели (x ( t ), y ( t )), также известно U 0 ( t ) - управлениесистемой. В таком случае это управление можно осуществлять, не обращая внимание на развитие событий; ведь и так известно, как они должны (и будут) развиваться. Стрельба из ружья, работа ЭВМ по программе, рост зародыша живого организма, пользование телефоном-автоматом являются примерами такой ситуации.

2) регулирование - в некоторых случаях процессы на неуправляемых входах (т.е. воздействие ) отличаются от ранее предполагаемых, либо существенным оказывается действие не учитываемых факторов, которые изменяют траекторию движения системы. При этом под траекторией системы понимается последовательность принимаемых при функционировании системы состояний системы, которые рассматриваются как некоторые точки во множестве состояний системы. Пусть - текущая траектория движения, - начальная предполагаемая траектория движения. Тогда разность характеризует величину отклонения системы от начальной предполагаемой траектории. Если по величине этой разности можно определить величину управляющего воздействия , которое вернет систему на заданную траекторию, то такое управление называется регулированием. Например, этому классу принадлежит управление, которое осуществляется операторами-станочниками, регулятором Уатта, автопилотом, судовым авторулевым, в рефлекторных реакциях животных и т.п.

3) управление по параметрам – если отклонение настолько велико, что регулирующего воздействия не достаточно, чтобы вернуть систему на исходную траекторию, то для того чтобы вернуть систему на исходную траекторию необходимо внести изменения в параметры функционирования системы. Такое управление называется управлением по параметрам. Примерами такого управления являются процессы адаптации живых организмов к изменяющимся условиям жизни, работа пилотов и шоферов, адаптивные и автоматизированные системы управления и т.п.

4) управление по структуре - в некоторых случаях и управление по параметрам становится недостаточным для возвращения системы на исходную траекторию. В этих случаях возможно достижение системой цели, если произвести изменения структуры системы. Примерами реализации указанного управления являются гибкие автоматизированные производства, вычислительные сети, сельскохозяйственные машины со сменными навесными и прицепными устройствами, мутации организмов в процессе естественного отбора, организационные изменения в государственном аппарате и т.д

- самоуправляемые (управляемые изнутри):

1) автоматическое управление характерно для организма человека, работы его внутренних систем, рефлексов;

2) программное регулирование – управление происходит по программе (беспилотный летательный аппарат);

3) параметрическая адаптация – система сама меняет параметры (искусственный интеллект);

4) самоорганизация или структурная адаптация – изменение структуры системы под влиянием внутренних импульсов наиболее оптимально, под воздействием внутренних и внешних факторов (корпорация, фирма, общество, флора и фауна)

Примеры.

Читайте также: