Общая теория управления

1.5. Реализация процесса управления

В сформулированном выше определении указывалось, что управление представляет собой совокупность воздействий на объект, осуществляемых по определенной программе. Рассмотрим подробно вопрос о характере и видах возможных воздействий и методике выработки программы управления.

Изменение состояния системы в заданном направлении достигается путем приложения к ней так называемых управляющих воздействий. Управляющими воздействиями в широком смысле слова называют любые воздействия, параметрами которых можно распоряжаться при управлении системой и которые можно изменять для того, чтобы осуществить движение системы в нужном направлении, предпочтительном по сравнению с другими направлениями. В таком понимании к управляющим воздействиям относят и силу тяги двигателей самолета, обеспечивающую его движение, и воздействие электрической энергии на двигатели электровоза, заставляющее двигаться поезд, и т. д.

Однако более точно с позиций теории управления управляющими воздействиями называют не собственно энергетические воздействия на систему, а те сигналы, которые несут в себе информацию о требуемых воздействиях, непосредственно подаваемых в систему. Таким образом, управляющее воздействие играет роль спускового крючка, управляющего последующим освобождением энергии заряда.

В этом представлении воздействие правильно называть управляющим в тех случаях, когда изменение состояния системы или некоторой ее части происходит не за счет энергии управляющего органа, а за счет основного источника энергии, под воздействием управляющего органа, который в большей или меньшей степени освобождает энергию источника или изменяет направление ее действия.

Характерной особенностью управляющих связей, по которым передаются управляющие воздействия, является их практически одностороннее действие. Дело в том, что когда передается некоторое достаточно мощное энергетическое воздействие, например от источника электроснабжения к двигателям электровоза или от двигателя трактора к его ведущим осям, то источник энергии испытывает существенную реакцию по принципу "действие равно противодействию", из которой приходится исходить при расчете силы воздействия этого источника. При осуществлении же управляющих (информационных) воздействий передача воздействия в обратном направлении (реакция), как правило, бывает настолько незначительна, что ею можно пренебречь.

В социально-экономических системах управляющие воздействия реализуются в большинстве случаев в виде устных (личных, по телефону, голосовой почте), телеграфных, письменных распоряжений, приказов, постановлений, инструкций и т. д. При этом особенно отчетливо проявляется несоразмерность энергии управляющих воздействий и их результатов. По словесному или письменному указанию, т. е. управляющему воздействию, сопровождающемуся ничтожным расходом физической энергии, в некоторой производственной системе могут быть приведены в действие огромные мощности, перемещаться большие массы сырья, продукции и т. п.

Наряду с управляющими воздействиями всякая система испытывает и более или менее сильные возмущающие воздействия. К возмущающим воздействиям относят воздействия, нарушающие заданные зависимости между входами и выходами машины, агрегата, системы, т. е. нарушающие нормальное функционирование системы. Возмущающие воздействия могут быть как внешними по отношению к системе, так и внутренними.

В технических системах, например, внешними являются колебания питающего напряжения, радиопомехи, а внутренними - изменения параметров системы вследствие старения, износа, перегрева и др.

В биологических системах внешними возмущающими воздействиями являются резкие изменения окружающей температуры, влажности, состава атмосферы; внутренними - генетические дефекты, нарушение функционирования отдельных органов и т. д.

В социально-экономических системах в качестве внешних возмущающих воздействий выступают стихийные бедствия, неожиданные изменения (вследствие падения спроса) плановых заданий, перебои в снабжении и обеспечении рабочей силой, а в качестве внутренних - возникающие в системе диспропорции в структурных подразделениях, внутрипроизводственные конфликты, аварии и др.

В процессе управления необходимо осуществлять, очевидно, такие управляющие воздействия на объект управления, которые с учетом возмущающих воздействий обеспечивали бы оптимальное функционирование объекта. Совокупность правил, по которым на основании переработки информации о цели управления, о состоянии объекта управления, внешней среды, о возмущающих воздействиях вырабатывается управляющая информация о необходимой совокупности управляющих воздействий, называется алгоритмом управления.

Разработка алгоритма управления, или, иными словами, математического описания процесса управления, называется алгоритмизацией процесса управления. В качестве исходной информации для алгоритмизации, например управления производственным процессом, используются теоретические и экспериментальные данные, а также эвристические, неформальные сведения о процессе.

Алгоритмизация производственного процесса осуществляется примерно в следующей последовательности:

1. предварительный анализ задачи алгоритмизации и объекта;
2. структурное описание процесса;
3. анализ связей между его параметрами;
4. экспериментальное определение его характеристик;
5. моделирование процесса и проверка адекватности его математического описания реальному процессу;
6. анализ модели и выработка на ее основе рекомендаций по улучшению производственного процесса;
7. разработка оптимальных алгоритмов;
8. проверка и корректировка алгоритмов в условиях эксплуатации системы.

На основании разработанных алгоритмов создается детализированная программа управления производственными процессами, которая в случае автоматического управления закладывается в блоки памяти управляющих компьютеров, реализующих ее посредством соответствующих технических исполнительных органов. При управлении производственными системами в принципе процедура алгоритмизации и выработки программы остается той же, но их специфика, как систем сложных и характеризующихся значительно большей стохастичностью, накладывает существенный отпечаток на весь процесс организации и осуществления управления.

1.6. Обратная связь в системах управления

Все описанные выше простейшие структурные схемы управления содержали канал обратной связи, по которому в управляющий орган поступает осведомительная информация о фактическом состоянии управляемого объекта. Рассмотрим более подробно вопрос о роли, видах и способах реализации обратной связи в системах управления. Следует отметить, что не всегда системы управления обязательно содержат цепи обратной связи.

Системы управления, в которых для формирования управляющих воздействий не используется (обратная связь) информация о величине управляемых величин, называются разомкнутыми системами управления.

Значительно более результативными с точки зрения точности достижения управляемой системой заданных параметров, а значит, и с точки, зрения реализации конечной цели управления, являются замкнутые системы управления, в которых для формирования управляющих воздействий используется информация о состоянии объекта управления, получаемая от датчиков, измеряющих необходимые параметры, характеризующие объект.

Цепь системы управления, начинающаяся на выходе объекта и заканчивающаяся на его входе, обеспечивает осуществление так называемой обратной связи. Обратная связь может реализоваться в виде непосредственной связи между выходом и входом всей системы (глобальная обратная связь) или любой части системы (локальная обратная связь).

Различие между прямой и обратной связями заключается в том, что прямая связь в системах управления обеспечивает передачу воздействия, информации с выхода одного элемента на вход другого элемента, а обратная связь - с выхода некоторого элемента на вход того же элемента.

Из сказанного следует, какую важную роль играет обратная связь при реализации задач управления, и поэтому изучению ее роли и влияния на процессы управления уделяется большое внимание. Обратную связь считают одним из важнейших понятий теории управления.