9. Системный анализ. Кибернетический подход к описанию систем

В электронном варианте лекции использовались различные внешние объекты, которые со временем перестали существовать.

Кибернетический подход к описанию систем состоит в том, что всякое целенаправленное поведение рассматривается как управление. Управление - в широком, кибернетическом смысле - это обобщение приемов и методов, накопленных разными науками об управлении искусственными объектами и живыми организмами. Язык управления - это использование понятий <объект>, <среда>, <обратная связь>, <алгоритм> и т.д.

 

U

Y

Y

X

субъект

объект

Среда

Под управлением будем понимать процесс организации такого целенаправленного воздействия на некоторую часть среды, называемую объектом управления, в результате которого удовлетворяются потребности субъекта, взаимодействующего с этим объектом.

рис. 1. Кибернетический подход к процессу управления

Анализ управления заставляет выделить тройку - среду, объект и субъект, внутри которой разыгрывается процесс управления (рис. 1). В данном случае субъект ощущает на себе воздействие среды Х и объекта У. Если состояние среды Х он изменить не может, то состоянием объекта У он может управлять с помощью специально организованного воздействия U. Это и есть управление.

 

Состояние объекта Y влияет на состояние потребностей субъекта. Потребности субъекта где - состояние i-й потребности субъекта, которая выражается неотрицательным числом, характеризующим насущность, актуальность этой потребности. Свое поведение субъект строит так, чтобы минимизировать насущность своих потребностей, т. е. решает задачу многокритериальной оптимизации:

 

 (1)

 

где R - ресурсы субъекта. Эта зависимость выражает неизвестную, но существующую связь потребностей с состоянием среды Х и поведением U субъекта.

 

Пусть -решение задачи (1), т. е. оптимальное поведение субъекта, минимизирующее его потребности А. Способ решения задачи (1), позволяющий определить , называется алгоритмом управления

 

(2.2)

 

где j - алгоритм, позволяющий синтезировать управление по состоянию среды Х и потребностей Аt,. Потребности субъекта изменяются не только под влиянием среды или объекта, но и самостоятельно, отражая жизнедеятельность субъекта, что отмечается индексом t.

 

Алгоритм управления j, которым располагает субъект, и определяет эффективность его функционирования в данной среде. Алгоритм имеет рекуррентный характер:

,

 

т. е. позволяет на каждом шаге улучшать управление. Например, в смысле

 

,

 

т. е. уменьшения уровня своих потребностей.

 

Процесс управления как организация целенаправленного воздействия на объект может реализовываться как на интуитивном ,так и на осознанном уровне. Первый используют животные, второй - человек. Осознанное удовлетворение потребностей заставляет декомпозировать алгоритм управления и вводить промежуточную стадию - формулировку цели управления, т. е. действовать по двухэтапной схеме:

1

2

 

На первом этапе определяется цель управления , причем задача решается на интуитивном уровне:

 

,

 

где j1 - алгоритм синтеза цели Z* по потребностям Аt и состоянию среды X. На втором этапе определяется управление , реализация которого обеспечивает достижение цели 2.*, сформированной на первой стадии, что и приводит к удовлетворению потребностей субъекта. Именно на этой стадии может быть использована вся мощь формального аппарата, с помощью которого по цели Z* синтезируется управление

 

 

где j2 - алгоритм управления. Этот алгоритм и есть предмет изучения кибернетики как науки.

 

Таким образом, разделение процесса управления на два этапа отражает известные стороны науки - неформальный, интуитивный, экспертный и формальный, алгоритмизуемый. Если первая

 

 

 

 

Объект

YY(f2)

Субъект

 

f2

Среда

 

x

x

x

y

Cy

U

Среда

 

Объект

U

X

Y

YY

X'

Y'

Z

f2

Dx

ИМ

 

Dy

 

 

 

 

 

 

 

 

Ряс. 2. Взаимодействие                                           Рис. 3. Структурная схема

элементов системы управления.                            системы управления

 

 

пока полностью принадлежит человеку, то вторая является объектом приложения формальных подходов. Естественно, что эти различные функции выполняются разными структурными элементами. Первую функцию (f1, выполняет субъект, а вторую (f2 - управляющее устройство (УУ). На рис. 2 показано взаимодействие этих элементов. Штриховой линией выделена система управления (СУ), выполняющая функцию реализации целей управления 2*, формируемых субъектом.

 

Системы управления сложный объект управления . Структурная схема СУ приведена на рис. 3. Здесь Dx и  Dy - датчики, измеряющие состояние среды и объекта соответственно. Результаты измерений Х'=Dx(Х) и У'=Dy(У) образуют исходную информацию ]= {X', У'} для УУ, которое на этой основе вырабатывает команду управления и, являющуюся лишь информацией о том, в какое положение должны быть приведены управляемые входы объекта. Следовательно, управление (/ есть результат работы алгоритма

 

.

 

Как видно, управление в широком смысле образуется четверкой

{ .}

 

 Материал в формате PDF

Последнее изменение: Вторник, 24 Июль 2012, 23:43