Способы управления, типы управления и полная функция управления

Управляйте народом с достоинством, и люди будут почтительны. Относитесь к народу по-доброму, и люди будут трудиться с усердием. Возвышайте добродетельных и наставляйте неученых, и люди будут доверять вам. (Конфуций)

В подавляющем большинстве случаев объекты (процессы), с которыми мы имеем дело в жизни, не обладают свойством самоуправления в желательном для нас режиме. Соответственно этому обстоятельству мы и оказываемся перед необходимостью решать те или иные задачи управления. Решение их состоит в том, чтобы:

• либо выявить в объекте (процессе) некую систему управления и настроить её на управление объектом (процессом) в желательном для нас режиме;
• либо построить систему управления и связать её с объектом (процессом), управлять которым мы намереваемся.

И то, и другое приводит нас к понятию "замкнутая система":

«Замкнутая система» — объект управления (процесс), находящийся во взаимодействии со средой, и система управления им, связанные друг с другом цепями прямых и обратных связей.

***

Обратные связи - отображение: из объекта и среды, окружающей объект(процесс) управления, в систему управления объектом(процессом). 

Прямые связи - отображение: из системы управления объектом(процессом) в объект(процесс) и среду.

Прямые связи подразделяются на внутренние и внешние: локализованные в пределах объекта и системы управления им — внутренние прямые связи; уходящие из системы управления и объекта во внешнюю среду — внешние прямые связи.

Аналогичным образом на внешние и внутренние подразделяются и обратные связи: те, по которым поступает информация о состоянии среды, положении объекта в ней, — внешние обратные связи; а те, по которым поступает информация о состоянии элементов объекта и системы управления им, — внутренние обратные связи.

***

Назначение системы управления (как компоненты замкнутой системы) — вырабатывать управляющий сигнал и направлять его в объект и среду по прямым связям. Понятно, что система управления должна соответствовать как вектору целей управления, так и объекту управления и воздействию среды на него.

Примером замкнутой системы является — автомобиль с водителем. Автомобиль — объект управления. Водитель, ещё более точно, — его алгоритмика психики, — система управления.
Обратные связи замкнуты через зрение, слух, осязание и вестибулярный аппарат водителя, а прямые — через его руки и ноги, воздействующие на исполнительные органы: руль, педали, рукоятку переключения передач, тумблеры и кнопки.

В процессе управления замкнутая система и её часть — система управления — образуют структуру, подчинённую вектору целей (обусловленную им) и несущую концепцию управления. Качество управления обеспечивается при этом двумя факторами:

• архитектурой структуры, т.е. функциональной нагрузкой её элементов (включая каналы информационного обмена) и упорядоченностью (организацией, иерархией) элементов в структуре;
• характеристиками работоспособности, функциональной пригодностью самих элементов, входящих в структуру, для осуществления возлагаемых на них функций (своего рода «квалификационным» уровнем элементов).

Все замкнутые системы при любых способах управления строятся на основе одной из следующих схем управления и (или) их сочетании. Разные схемы (не способы) управления обеспечивают для одних и тех же объектов в одних и тех же условиях различную гибкость реагирования на возмущающие воздействия и различный максимально достижимый уровень качества управления. Будучи реализованы на одних и тех же объектах, они обеспечивают им разные запасы устойчивости управления.

ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ

Внешние обратные связи в замкнутой системе отсутствуют. Управляющий сигнал является функцией времени и, возможно, информации, поступающей по каналам внутренних обратных связей. Учёт влияния на поведение объекта всех возмущающих воздействий производится на стадии проектирования и создания объекта и (или) системы управления им. Уровень максимально возможного качества управления является соотношение проектированной программы управления с её реальной реализацией.

Гибкость поведения отсутствует.

ПРОГРАММНО-АДАПТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ

Внешние обратные связи в системе есть. Управляющий сигнал является функцией реальных параметров внешней среды и замкнутой системы, информация о которых поступает по цепям внешних и внутренних обратных связей. Но в то же время управляющий сигнал является и однозначной функцией программы (закона управления) в том смысле, что одинаковой информации, поступающей по цепям обратных связей, всегда соответствует один и тот же управляющий сигнал. Реакция системы на возмущение до некоторой степени гибкая в том смысле, что управляющий сигнал и реакция замкнутой системы на возмущения - функция этих возмущений.

Программно адаптивная схема может реализовывать разные принципы управления. Отметим два наиболее часто встречающихся: управление по возмущению, и управление по отклонению. В первом случае система управления вырабатывает управляющий сигнал на основе измерения в процессе управления возмущающего непосредственно воздействия. Во втором случае система управления вырабатывает управляющий сигнал на основе измерения контрольных параметров и оценки их отклонений от значений, характеризующих идеальный режим управления.

***

Пример.

Предположим, что мы проектируем систему автоматического управления температурным режимом в помещении.

Выделяем два варианта:

1. Можем спроектировать её так, что обогреватели будут включаться в результате обнаружения системой падения температуры в помещении ниже заданного (порогового) значения. Это будет реализацией принципа управления по отклонению.
2. Если снизится среднесуточная температура воздуха окружающей среды, то остынут стены помещения, а следовательно будет уменьшение температуры и внутри помещения. Следовательно необходимо регистрировать температуру наружного воздуха. Как только температура окружающей среды до заданного порогового значения, система даёт команду на включение обогревателя внутри помещения, чтобы не дожидаться остывания стен.

***

УПРАВЛЕНИЕ ПО СХЕМЕ ПРЕДИКТОР-КОРРЕКТОР

Оно строится на основе прогнозирования в самом процессе управления поведения замкнутой системы, исходя из информации о текущем и прошлых состояниях замкнутой системы и воздействии на неё окружающей среды.

В этом принципиальное отличие схемы управления предиктор-корректор от программной и программно-адаптивной схем управления, в которых решение задачи прогностики полностью вынесено за пределы функционирования схемы в процессе управления, или отсутствуют полностью.

Структурно-алгоритмически система управления, реализующая схему предиктор-корректор, может быть условно представлена как сочетание:

• предиктора, выполняющего функцию прогноза и выработки закона управления (программы управления);
• и программно-адаптивного модуля (корректора), который управляет объектом на основе закона управления, выработанного предиктором, адаптируя его к конкретике обстоятельств, в которых протекает процесс управления.

Разные схемы управления обладают разными возможностями к восприятию (к поддержке) содержательно разных концепций управления и составляющих их целевых функций управления.

Полная функция управления - это своего рода пустая и прозрачная форма, наполняемая содержанием в процессе управления; иными словами, это матрица объективно возможного управления - мера управления, как процесса триединства материи-информации-меры. Она описывает преемственные этапы циркуляции и преобразования информации в процессе управления, начиная с момента выявления субъектом фактора среды, вызывающего у него субъективную потребность в управлении и формирования субъектом-управленцем вектора целей управления и далее до осуществления намеченных целей в процессе управления. Это - система стереотипов отношений и стереотипов преобразований информационных модулей, составляющих информационную базу управляющего субъекта, моделирующего на их основе поведение (функционирование) объекта управления (или моделирующего процесс самоуправления) в той среде, с которой взаимодействует объект (а через объект — и субъект).

Содержательным фрагментом полной функции управления является целевая функция управления, т.е. концепция достижения в процессе управления одной из частных целей, входящих в вектор целей. Концепции управления по отношению ко всем частным целям образуют совокупную (генеральную) концепцию управления. Для краткости, и чтобы исключить путаницу с полной, целевую функцию управления там, где нет особой необходимости в точном термине, будем называть: концепция управления. Концепция управления наполняет конкретным управленческим содержанием все либо часть этапов полной функции управления.
После определения вектора целей и допустимых ошибок управления (об этом говорилось в предыдущей статье) по концепции управления (целевой функции управления) в процессе реального управления осуществляется замыкание информационных потоков с вектора целей на вектор ошибки (или эквивалентное ему замыкание на вектор состояния). Иными словами, в процессе управления информация о векторе состояния (или векторе ошибки управления) соотносится с вектором целей и на основе этого соотнесения вырабатывается и осуществляется управляющее воздействие.

Полная функция управления — как объективное явление — представляет собой последовательность разнокачественных действий, в которой реализуется процесс управления во всей полноте выявленных возможностей и детальности. Иначе говоря, полная функция управления вбирает в себя всю алгоритмику управления объектом (процессом).

Таблица 1. Полная функция управления

Полная функция управления может осуществляться только в интеллектуальной схеме управления (разновидность схемы управления предиктор-корректор), которая предполагает творчество системы управления — субъекта-управленца — как минимум в следующих областях:

• выявление факторов среды, вызывающих потребность в управлении или изменении его характера;
• формирование векторов целей;
• формирование новых концепций управления;
• совершенствование методологии и навыков прогноза при решении вопроса об устойчивости в смысле предсказуемости при постановке задачи управления и (или) в процессе управления по схеме предиктор-корректор.

Полная функция управления в процессе управления осуществляется бесструктурным способом (управления) и структурным способом.

При структурном способе управления информация передаётся адресно по вполне определённым элементам структуры, сложившейся (или целесообразно сформированной) ещё до начала процесса управления.

При бесструктурном способе управления таких, заранее сложившихся, структур нет. Происходит безадресное циркулярное распространение информации в среде, способной к порождению структур из себя при установлении информационно-алгоритмических взаимосвязей между слагающими среду элементами.

Используемая литература:

https://ru.wikipedia.org/wiki/Схема_предиктор-корректор

Достаточно общая теория управления – Внутренний Предиктор СССР – Санкт-Петербург, 2011 – 464 с.

Мёртвая вода - Внутренний предиктор СССР - Китеж, 2004 - 492 с.

https://wiki-kob.ru/Замкнутая_система