Характерные особенности управляемых систем

Процессы управления присущи только классу управляемых систем. Отличительной особенностью управляемых систем является высокий уровень организации и наличие управляющей и управляемой систем.

Рис.4.1. Процесс управления

Кибернетика утверждает, что для осуществления управления необходим обмен информацией между управляющей подсистемой и исполнительной и окружающей средой. Без обмена информацией никакое управление невозможно. Для правильного выбора характера и степени управляющих воздействий управляющая система должна знать не только цель, не только конечное состояние, к достижению которого она стремится, но и текущее состояние управляемой системы, где она находится в данный момент. Только в этом случае может быть выбран правильный путь и приняты решения, направляющие ее по этому пути. Таким образом, важным понятием управляемых систем является понятие обратной связи. Обратная связь есть информационное воздействие выхода на вход системы. С точки зрения кибернетики, процесс управления является процессом восприятия, преобразования и передачи информации. Центральным моментом этого процесса является акт принятия решения, в результате чего входная информация преобразуется и доходит до исполнителей в виде управляющей информации – инструкций, планов, нормативов и т.д. Информация есть продукт органов управления и основной «ресурс» для них. На наш взгляд, термин «ресурс» можно употреблять потому, что информация действительно обладает всеми свойствами ресурса – ее можно получать и перерабатывать, хранить, покупать и продавать, говорить об эффективности ее использования. Правда, в отличие, например, от природных ресурсов, запасы которых уменьшаются, потоки информации возрастают, причем этот рост не пропорционален росту производства, а происходит гораздо в большей степени.

На изменение состояния объекта управления ими (управляемой подсистемы) направлены действия управляющей подсистемы. В качестве объекта управления можно рассматривать отдельный механизм или машину, живой организм или его часть, рабочего или бригаду, цех или предприятие, воинское подразделение или театральный коллектив, отрасль народного хозяйства и т.п. Именно общность принципов управления такими разнохарактерными объектами позволила Винеру определить кибернетику как науку об управлении и связи в механизмах, организмах и обществах. Управление заключается в воздействии субъекта управления на объект перевода его из одного состояния в другое. В частном случае, когда это другое состояние объекта соответствует предыдущему, задача управления сводится к поддержанию объекта в определенном состоянии. Управляющее воздействие направлено на изменение параметров (переменных), характеризующих состояние объекта, определяющих его поведение и чувствительных к воздействию. Переменные, не чувствительные к управляющему воздействию, т.е. неспособные изменяться под влиянием управления, называются неуправляемыми или возмущающими.

Характерной особенностью управляемой системы является способность изменить свое движение, переходить в различные состояния под влиянием различных управляющих воздействий. Всегда существует некоторое множество различных движений, из которых производится выбор предпочтительного движения, если речи идет об управляемой системе. Управление заключается в воздействии на управляемую систему таким образом, чтобы она переходила из одного состояния в другое. Таким образом, кибернетическая система постоянно находится в движении, т.е. ей присущ динамический характер. Термин «движение» хорошо известен нам из механики, где он применяется в узком смысле этого слова и означает изменение положения какого-либо объекта в пространстве с течением времени. В кибернетике движение имеет гораздо более общий смысл, а именно всякое изменение объекта во времени. Движением называется, например, изменение температуры тела, суммы текущего счета в банке, запасы сырья на складе и т.д. Движение системы может происходить под влиянием как внешних воздействий, так и в результате процессов, происходящих внутри самой системы. На каждую систему, строго говоря, оказывает влияние бесчисленное множество различных воздействий, но далеко не все они существенны. Из их множества отбирают лишь те, которые в условиях решаемой задачи существенно влияют на состояние системы. В задачах управления различают два типа входных величин: управляющие – Х и возмущающие – М.

Х                                                                                                                           Y

Рис.4.2. Управляющие и возмущающие воздействия

       К управляющим относятся такие величины, значениями которых можно распоряжаться при управлении системой, изменять с целью осуществления движения, предпочтительного по сравнению с другими возможными движениями управляемой системы. К возмущающим воздействиям относятся остальные существенные воздействия на систему, которые орган управления не имеет возможности изменить.

Воздействие системы на окружающую среду характеризуется значениями ее выходных величин – У. Совокупность выходных величин и их изменения определяют поведение системы. Именно они позволяют руководителю оценить соответствие движения системы целям управления.

Изменения входных величин, как правило, вызывает изменение выходных величин, которые не всегда проявляются сразу (в экономических системах они, как правило, запаздывают), но никогда не опережают изменения входных величин, ибо выходные величины являются следствием, а входные – причиной движения системы.

Системы управления должна иметь реальную возможность изменять состояние управляемой системы в соответствии с принимаемыми решениями. В общем случае решения выдаются в виде управляющих воздействий, как мы говорили раньше, поступающих на исполнительные органы, которые и осуществляют изменение состояния управляемой системы.

Если решения, принимаемые системой управления, очень слабо и никак не влияет на изменение состояния управляемой системы, то фактически управления в этом случае не существует. Поэтому, изучая поведение управляемых систем, мы сталкиваемся с необходимостью рассматривать их движение – изменение их состояния. При изменении или появлении новых возмущающих воздействий М изменяются выходные величины У. При этом новое состояние системы может не соответствовать целям управления, тогда орган управления должен изменить определенным образом управляющие воздействия X, т.е. требуемое поведение управляемой системы достигается при помощи управляющих воздействий, под влиянием которых система принимает состояние, соответствующее выбранным целям управления.

Для правильного выбора характера и степени управляющих воздействий управляющая система должна знать не только цель и конечное состояние, к которому она стремится, но и текущее состояние управляемой системы, где она находится в данный момент. Только в этом случае может быть выбран правильный путь и приняты решения, направляющие ее по этому пути. Следовательно для того, чтобы управлять каким-либо объектом, нужно определенным образом изменять управляющие воздействия на этот объект. Это достигается при помощи сигналов управления, несущих сообщения о требуемых значениях управляющих воздействий. Поэтому следующее свойство, которым обладают управляемые системы -наличие обмена информации между органом управления (управляющей подсистемой) и исполнительной и внешней средой. Без обмена информацией управление невозможно. Совокупность элементов системы, вырабатывающая сигналы управления, называется управляющим устройством.

Если требуемое поведение, условия работы объекта, а также его свойства известны, то в управляющее устройство может быть заранее введена информация о последовательность управляющих воздействий в виде программы управления. В другом случае, когда заранее не известны все данные, необходимые для составления программы управления, формирование управляющих воздействий может быть организовано на основании информации об обстановке, складывающейся в процессе функционирования системы. Переработка этой информации по определенным правилам может служить для формирования управляющих воздействий. Совокупность правил, по которым информация, поступающая в управляющее устройство, перерабатывается в сигналы управления, называется алгоритмом управления. Поэтому для управляемых систем обязательным является наличие программы или алгоритма управления. Однако управление необходимо не только для нормального функционирования системы, но и для обеспечения ее развития в заданном направлении (развитие строительного треста, транспортной системы).

Всякое разумное управление должно быть целенаправленным, не представлять собой набор случайных, ничем между собой не связанных управляющих воздействий. Это означает, что должна быть известна цель управления. Нет цели - нет управления. Под этим понимают некоторое конечное состояние системы, набор количественных значений параметров, характеризующих состояние системы, которое надо обеспечить на данной стадии управления. Если цель управления неизвестна, управление системой не имеет смысла. Движение системы, не имеющей конечной цели, превращается в бесцельное блуждание.

Во всех системах, кроме биологических, цель задается извне, в технических системах она формируется создателем системы, для социальной - ставится обществом. И только человеку свойственно сознательное формирование цели.

Система управления должна иметь возможность выбора принимаемого решения из некоторого набора или множества возможных решений. Чем меньше это множество, чем уже возможность выбора решений управляющей системы, тем менее эффективно управление.

Система управления должна располагать материальными, финансовыми, трудовыми и другими ресурсами, обеспечивающими реализацию выбранных управляющих воздействий. Отсутствие таких ресурсов не дает реальной возможности обеспечить реализацию выбранных управляющих воздействий.

Чтобы управлять наилучшим образом, надо уметь оценивать качество управления, т.е. иметь критерий эффективности. Основой для оценки качества управления можно считать степень достижения цели.

Достижение цели рассматривается как перевод управляемого объекта в такое состояние, при котором изображающая точка находится внутри выделенной области. Это равносильно тому, как при стрельбе по мишени лучший результат определяется попаданием в некоторую зону вокруг точки геометрического центра - «яблоко». Если цель еще не достигнута, эффективность управления определяется расстоянием до нее. Определение цели не всегда входит в задачу управляющего органа, чаще всего цель задается некоторым вышестоящим органом Это связано с тем, что определение цели есть по существу вопрос экономической или социальной политики, а в военных системах - вопрос стратегии. Чем выше уровень управления, тем теснее связана цель с общегосударственными и национальными проблемами.