 |
пять компонентов управления
|
|
|
|
72. Начнем с исходного определения управления как целенаправленного воздействия на систему.
В этом определении уже содержатся указания на составные части управления.
73. Первым компонентом управления является сам объект управления - управляемая система S. В соответствии со вторым свойством систем (см.п.32), выходы системы 
являются результатом преобразования управляемых входов 
и неуправляемых входов 
оператором системы S:
(1)
(Заметим, что эта запись верна лишь для безынерционных систем, но для наших целей это пока несущественно).
74. Следующим обязательным компонентом управления является цель управления 
(см. п. 41--5).
75. Управляющее воздействие – третий компонент управления. То, что входы и выходы системы связаны уравнением (1), позволяет надеяться на то, что существует также управляющее воздействие 
, при котором на выходе реализуется цель :
(2)
Но как узнать, действительно ли оно существует, и если да, то каково оно?
76. Для этого надо решить уравнение (2) относительно . Но если оператор S неизвестен, задача неразрешима. Есть два выхода из этого затруднения.
Первый подход (назовем его эмпирическим) состоит в том, чтобы подать на вход какое-то воздействие и посмотреть, что получится. Если не получится , подать на вход другое воздействие, и так до тех пор, пока не достигнем успеха.
Иногда такой метод перебора воздействий на самой системе единственно возможный (например, выход из лабиринта), но чаще такой способ является неразумным. Первое условие, при котором это нерационально – слишком большое число возможных воздействий: при этом вероятность добраться перебором до нужного воздействия исчезающее мала. Второе условие – когда потери от того, что вместо целевого получается другой результат, слишком велики, чтобы мириться с ними.
|
|
|
77. Второй подход (назовем его рациональным) состоит в том, чтобы искать нужное управление не на самой системе, а на её модели; а в систему подавать только воздействие, давшее успех на выходе модели.
Входы и выходы модели связаны уравнением
(3)
Целенаправленное воздействие 
отвечает уравнению
(4)
и поскольку , и 
известны, - его можно определить.
Таким образом, четвертый компонент управления – модель управляемой системы,
78. Но работа по решению уравнения (4) и исполнения найденного 
на самой системе должна кем-то выполняться. Эту работу выполняет пятый компонент управления – управляющая система (блок управления, субъект управления).
79. Итак, анализ понятия управления выявил пять существенных частей явления управления:
- управляемая система S,
- цель управления ,
- управляющее воздействие ,
- модель управляемой системы,
- управляющая система.
Таков первый продукт анализа – модель состава управления.
Второй продукт анализа – модель структуры – состоит в описании связей между частями управления. Они образуют два первых действия в любом рациональном алгоритме управления:
1) Найти управляющее воздействие на модели управляемой системы,
2) Исполнить это воздействие на управляющем входе управляемой системы.
Синтетическое рассмотрение управления:
Семь типов управления.
Синтетический подход к объяснению понятия управления требует рассмотреть его как часть процессов, происходящих в метасистеме. То, что произойдет в окружающей системе в результате управления, в нашей модели описывается как выходы управляемой системы. Если в реальности будет происходить не то, что мы хотели (), требуется произвести дальнейшие определенные действия, направленные на достижение цели. В разных ситуациях эти алгоритмы управления будут разными, что и приводит к разным типам управления. Общее у них – только первые два действия (см.п.79). Различается семь типов управления.
|
|
|
80. Первый тип управления: управление простыми системами, или программное управление
Первая (и самая желательная) ситуация состоится, когда после двух первых действий на выходе системы появляется цель, .
Комментарии:
- Модель обеспечила достижение цели в реальности; следовательно, модель адекватна (см. п. 56).
- Систему, которая в точности повторяет предсказания модели, будем называть простой.
- Простота системы есть следствие адекватности её модели.
- Управляющее воздействие в этом случае называется программой (отсюда название типа управления).
Такой тип управления удается реализовать на практике при условии адекватности модели.
81. Второй тип управления – управление сложной системой. Рассмотрим ситуацию, когда на найденное на модели воздействие система откликается вовсе не так, как модель, 
. Комментарии:
- Модель не позволила достичь цели на системе S; следовательно, модель неадекватна.
- Система не подчиняется управлению, её поведение неожиданно (и нежелательно). Будем называть такую систему сложной.
- Причиной сложности является неадекватность модели.
Итак, первых двух действий оказалось недостаточно для достижения цели. Требуется дополнить алгоритм управления новыми действиями, продвигающими нас к цели. Что именно делать, ясно из причины возникновения данной ситуации. Эта причина – неадекватность модели, т.е. нехватка информации о системе. Следовательно, управление сложной системы сводится к добыванию недостающей информации и включению её в модель с целью повышения её адекватности.
82. Будем считать, что при построении модели была использована вся доступная информация из всех источников, а система осталась сложной. Теперь информацию о системе можно извлекать только из самой системы – проводя эксперименты над ней.
Один эксперимент мы уже провели, подав . В ответ на это система вместо выдала 
. Эта пара, 
и есть новая информация о системе. Включить её в модель 
значит так изменить модель, чтобы 
выдавала не , как раньше, а повторила отклик : модель стала ближе к истине, стала более адекватной. Теперь можно повторить поиск управляющего воздействия 
и его подачу в S. При новой неудаче – включить в модель информацию, только что полученную. И т.д.
|
|
|
82--1. Итак, алгоритм управления сложной системой таков:
1. На текущей (имеющейся в данный ί –й момент времени, модели 
системы S некоторым методом находится воздействие 
, дающее на выходе модели цель .
2. Найденное подается на управляемый вход системы S.
3. Фиксируется отклик системы 
.
4. При 
производится коррекция модели так, чтобы новая модель 
на вход откликнулась так же, как система S: .
5. Если 
, то конец.
6. Если , то (ί → ί +1) и возврат к пункту 1.
82--2. Особенности алгоритма (82--1):
- Алгоритм имеет циклический, повторяющийся характер.
- В алгоритме используется обратная связь (информация с выхода после переработки подается на вход). Обратная связь, уменьшающая разницу между и , называется отрицательной.
- В управлении сложной системой объединены две функции: функция управления и функция изучения системы.
- Так как событие 
связано с потерями, управление сложной системой неизбежно связано с потерями.
- Потери есть расплата за незнание. Потерь нельзя избежать, но можно минимизировать, если полностью включать получаемую информацию в модель.
- В теории управления введены следующие термины: называется пробным воздействием, или просто «пробой», а разница между и - «ошибкой». Поэтому алгоритм 82--1 получил название метода проб и ошибок.
- Не путать метод проб и ошибок с эмпирическим «методом тыка»!!! В смысле потерь метод тыка – самый плохой, а метод проб и ошибок – самый лучший способ управления сложной системой.
- Есть системы конечной сложности (напр., шифрозамок), которую можно исчерпать за конечное число шагов; но есть и очень сложные системы, познать до конца которые невозможно (природа, мышление, экономика…), но можно продвигаться в их познании.
- Решение проблем есть превращение сложной ситуации в простую. Обратите на это внимание.
|
|
|
83. Третий тип управления – управление по параметрам, или регулирование. Эта ситуация возникает, когда после подачи система поначалу идет по желаемой траектории , но через некоторое время начинает от неё отклоняться. Конечно, это значит, что модель не совсем верна, но в чём? Часто оказывается, что недостающую информацию нет смысла включать в модель из-за её непригодности к использованию (например, информация о порыве ветра, который отклонил самолет с курса, бесполезна для дальнейшего). Таким образом, возможности управления за счет совершенствования модели системы, (как это имело место в первом и втором типах управления) исчерпаны. Остается возможность достижения цели за счет изменений самой управляемой системы.
83-1. Первая такая возможность – изменение параметров системы, без изменения её структуры. Идея состоит в попытке вернуть систему на целевую траекторию за счет внесения «поправок» в параметры, влияющие на траекторию (наглядный пример – удержание автомобиля на дороге за счет поворотов руля).
Алгоритм этого типа управления таков:
1. Иметь целевую траекторию .
2. Следить за текущей реальной траекторией, .
3. Обнаруживать расхождение между и .
4. Спланировать корректирующее изменение параметра, возвращающее систему на .
5. Исполнить это изменение в системе.
6. Возврат к пункту 1.
Для выполнения этих дополнительных функций необходимо создать специальное дополнительное устройство. Оно получило название регулятора, а сам метод управления – регулирование.
- Регулирование осуществляется посредством отрицательной обратной связи.
- Условием регулирования является «малость отклонений», - возможность возврата системы на опорную траекторию только за счет изменений параметра.
- Регулирование обеспечивает не точное следование целевой траектории , а движение вдоль неё с допустимыми колебаниями около неё.
84. Четвертый тип управления – управление по структуре. Иногда условие малости отклонений не выполняется: система так быстро и так далеко отходит от целевой траектории, что никакие изменения параметров не вернут её к ней (автомобиль на гололёде).
Это означает, что конечная цель 
недостижима для данной системы. Но может быть, она достижима для другой системы (т.е. для системы с другой структурой)? Тогда возможным управлением будет перестройка системы, создание системы с другой структурой, а значит – с другими эмерджентными свойствами (см. п.39-2), - в надежде, что новая система сможет прибыть в точку конечной цели , хотя и по другой траектории 
.
Пределы возможности управления по структуре связаны с тем, что новую структуру можно создать только из частей старой.
|
|
|
85. Пятый тип управления – управление по целям. Если ни одна из новых структур, создаваемых из старых элементов, не способна привести нас в конечную целевую ситуацию, приходится признать, что данная цель в данных условиях недостижима.
Остается единственный выход: сменить цель, понизив уровень притязаний (переориентироваться на достижимые параметры конечной цели – сроки, стандарты, объемы ресурсов и т.п.). Это и есть пятый тип управления. Примеры, особенности применения.
86. Шестой тип управления – управление при дефиците времени, управление большими системами. Существует еще один фактор, влияющий на качество управления – своевременность принятия решений, своевременность исполнения управляющего воздействия. Запоздалое решение может быть бесполезным.
Принятие решения требует времени на перебор возможных вариантов или на решение громоздкой системы уравнений. Ситуация шестого типа возникает, когда время нахождения решения превышает предельное время, отпущенное на исполнение управляющего воздействия.
86--1. Комментарии:
- Систему, для нахождения оптимального воздействия на которую достаточно информационного ресурса (модель адекватна), но недостаточно времени, будем называть большой, в противном случае – малой.
- Причиной того, что система оказывается «большой», является не сама размерность системы, а недостаточная скорость моделирования, т.е. дефицит времени.
- Первый, самый эффективный способ управления большой системой – превратить её в малую, ускорив процесс моделирования (физически ускоряя действия, либо распараллеливая алгоритм). Этот способ носит затратный характер. Нехватка ресурсов или отсутствие систем нужного быстродействия могут исключить данный способ.
- Тогда прибегают ко второму способу: ускорение принятия решения за счет снижения его качества: выбрать наилучшее из того, что успели перебрать; упростить модель, отказаться от части информации и т.д.).
Не самое лучшее, но своевременное решение – лучше, чем никакое или запоздалое. Отказ от оптимальности в пользу приемлемости вовремя («хуже, но быстро»).
87. Седьмой тип управления – при неизвестности конечной цели. Иногда управлять текущими событиями приходится, когда конечная цель неизвестна. Из неопределенности конечной цели вытекает неопределенность траектории движения к ней, а, следовательно, все шесть предыдущих способов управления становятся неприменимыми.
87--1. Первый («революционный») способ управления в данной ситуации состоит в том, чтобы дать субъективное, априорное определение конечной цели, а дальше действовать по предыдущим схемам. Однако, следует иметь в виду, что при этом объявленная цель является гипотезой, истинность которой является вопросом веры в неё и подлежит последующей проверке на практике.
87--2. Второй («эволюционный») способ заключается в том, чтобы от глобального управления обратиться к локальному. Главная идея – двигаться к неизвестной цели мелкими, поисковыми шажками. Из серии пробных небольших движений в нескольких направлениях от исходной ситуации выбирается наиболее предпочтительное, и делается шаг в этом направлении. Затем действия повторяются.
Такой способ реализуется в различных областях: в биологии – эволюция и естественный отбор, в менеджменте – инкрементализм, в математике – поиск экстремума.
При многоэкстремальности этот метод может «застрять» в локальном экстремуме, необязательно самом предпочтительном.
88. Сопоставление типов управления.
Первый тип – есть всё нужное для управления.
Второй тип – нехватка информации о системе.
Третий тип – нехватка информации об окружающей среде, слегка отклоняющая систему от целевой траектории.
Четвертый тип – эмерджентные свойства системы не соответствуют цели.
Пятый тип – нехватка ресурсов на достижение цели
Шестой тип – нехватка времени для определения наилучшего управления.
Седьмой тип – неизвестность конечной цели.
В реальной ситуации может потребоваться переключаться с одного типа управления на другой или осуществлять разные типы одновременно.
|
|
|
