Методы структурного синтеза

Как показано на рис.13.2, в процессе структурного синтеза широко используются эвристические методы, основанные на аналогиях и ассоциациях субъекта исследования и применяемые тогда, когда формальные правила неизвестны. Эвристические методы синтеза структуры включают определение и анализ целей системы управления, функционально-структурный анализ, метод аналогий, экспертные оценки, организационное моделирование. Эвристические методы могут привести к быстрому и успешному решению проблемы, если имеется опыт решения сходных проблем. В подобных случаях решение можно найти без больших затрат усилий и времени на изучение закономерностей, специфичных для данной проблемы. Решение находят на основе аналогий и не вполне осознанных ассоциаций с решениями похожих проблем. Основным недостатком эвристического моделирования является отсутствие гарантии рационального решения задачи.

Часто эффективными оказываются комбинированные методы, основанные на одновременном использовании двух критериев выбора решений: формального и эвристического. Например, если экспериментальных данных недостаточно, а математическая модель сложна, то только доопределение задачи по эвристическому критерию позволяет получить продуктивные решения. Так, с использованием эвристического подхода в разработке проекта структуры управления крупным промышленным объединением «КамАЗ» анализировались цели производственного объединения и строилась система целей системы управления, доведенная до уровня конкретных задач управления. При этом комплекс задач, выполнение которых, по мнению специалистов, обеспечивал достижение целей управления, был представлен более чем 3 тысячами управленческих задач.

Теорией и практикой системного проектирования накоплен определенный опыт применения формальных методов и моделей для целей синтеза сложной функциональной экономической системы. Такие системы характеризуются комплексным взаимодействием элементов и многоконтурностью. Число управляющих контуров определяется множеством задач управления в исследуемой системе, а связи между контурами отражают взаимосвязи процессов управления. Каждый контур представляется набором взаимосвязанных элементов, функционирование которых связано с реализацией алгоритма решения задачи управления.

Пусть объект управления представлен совокупностью взаимосвязанных подсистем S_iy, таких, что:

, (13.1)

где – отношение связи между i -й и j -й подсистемами, ;

(13.2)

где , – связующие сигналы, заданные на множестве подпроцессов (подсистем).

С каждым подпроцессом связывается задача управления D_iM, такая, что предикат истинен (x_iM является решением задачи D_iM).

Множество задач управления и связей между ними описывается графом:

. (13.3)

Для каждой задачи задается алгоритм или набор алгоритмов ее решения , каждый из которых включает совокупность взаимосвязанных функций управления . Каждая совокупность функций образует контур управления G_iM, в котором последовательность выполнения функций и их внутриконтурные связи считаются заданными. Связи между контурами (межконтурные связи) осуществляются между функциями , которые заданы в каждом контуре (рис.13.3).

Рисунок 13.3 Межконтурные связи в системе управления

Задача синтеза структуры многоконтурной системы состоит в выборе алгоритма решения задач управления для реализации функций контуров управления, функциональных подсистем и информационных связей между ними.

Пусть предикат означает, что «d есть решение задачи D». Процедура синтеза функциональной структуры управляющей системы может быть представлена комплексом иерархически упорядоченных задач (рис.13.4).

Пусть:

, если для выполнения i -й задачи управления выбирается a -й алгоритм ее решения: ;

, если j -я функция входит в состав a -го контура управления;

, если для реализации j -й функции a -го алгоритма решения i -й задачи выбирается r-й способ реализации. В противном случае .

Рисунок 13.4 Характеристика комплекса задач синтеза функциональной системы

И пусть также:

, если между i -й и i¢ -ой задачами существуют координирующие связи;

, если между функцией j, входящей в a -й контур, и функцией j¢ контура a¢ существует связь.

Пусть критерием оптимизации задачи синтеза функциональной структуры будет минимум суммарных затрат на разработку системы.

Обозначим:

c_i – затраты на проектирование i -й задачи с учетом координирующей связи между задачей и ;

c_ia – затраты на разработку a -го алгоритма решения i –й задачи;

– затраты на реализацию j -й функции, входящей в состав a -го контура управления по реализации i- й задачи с учетом внутриконтурных связей;

– затраты на реализацию r -го способа выполнения функции j контура задачи ;

c_ii’ – затраты на проектирование координирующих связей между задачами и i¢;

– затраты на проектирование межконтурных связей между функциями j и j¢.

Тогда целевая функция формулируется следующим образом:

(13.4)

Ограничения, налагаемые на переменные модели синтеза:

· ограничения типа строгого равенства на полноту реализации задач управления (задачного комплекса);

· ограничения на последовательность решения задач во времени;

· условия скоординированности задач управления относительно глобальной задачи;

· ограничения на оперативность выполнения задач;

· ограничения на выполнение каждой задачи управления лишь одним алгоритмом;

· ограничения на единственность способа реализации отдельной функции;

· ограничения на совместимость способов реализации различных функций;

· ограничения на полноту реализации комплекса функций;

· условия координируемости функций каждого контура;

· условия координируемости функций различных контуров.

Сформулированная задача синтеза функциональной структуры относится к классу задач оптимизации с нелинейной (в общей случае) зависимостью показателей качества многоконтурной системы управления от структурных и динамических характеристик ее элементов и взаимосвязей.

Решение этой задачи представляет значительную сложность. Помимо эвристических, для решения задачи синтеза могут быть использованы методы графовой формализации структуры, целочисленное программирование, многоконтурный оптимизационный подход, методы декомпозиции, координации, агрегирования, имитационное моделирование, методы теории массового обслуживания и другие.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: