Кибернетический подход к процессу управления

Управление – это процесс организации такого воздействия на некоторую часть среды, в результате которого удовлетворяются потребности другой ее части. Часть среды, испытывающая на себе воздействие, называется объектом управления. Оказывающая воздействие часть носит название субъекта.

Таким образом, весь процесс управления включает в себя три главных компонента: объект, субъект и среду.

Все три элемента тесно связаны между собой. Субъект не может оказывать влияние на состояние среды, он только ощущает на себе ее воздействие. Однако под его влиянием может быть изменено состояние объекта. Это влияние носит организованный характер и собственно и является управлением.

Состояние объекта влияет на состояние потребностей субъекта. Субъект строит свое поведение таким образом, чтобы удовлетворить свои потребности с минимумом усилий. Идеальным вариантом является достижение оптимального поведения субъекта. Для достижения такого результата необходимо разработать алгоритм управления.

Алгоритм управления позволяет найти оптимальное значение поведения субъекта, опираясь на его потребности и состояние среды. При составлении алгоритма важно помнить, что потребности субъекта изменяются не только под влиянием среды или объекта, но и самостоятельно. Поэтому основная цель таких алгоритмов – определить эффективность работы субъекта в условиях конкретной среды. Алгоритмы управления носят рекурентный характер, т.е. позволяют улучшать процесс управления с каждым последующим шагом.

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 вводить промежуточную стадию — формулировку цели воздействия, тогда весь процесс управления будет осуществляться в два этапа:

1. Определение цели управления. Важно отметить, что этот вопрос решается на интуитивном уровне.

2. Определение такого управления, которое бы позволило достичь поставленной цели. На этом этапе происходит синтез процесса управления по поставленной задаче, с использованием формального аппарата.

Приведенный выше пример алгоритма и является предметом изучения науки кибернетики.

Теперь рассмотрим подробнее основные понятия управления в технических и организационных системах.

Напомним, что управление — это целенаправленная организация того или иного процесса, протекающего в системе. В общем случае процесс управления состоит из четырех элементов:

1. получение информации о задачах управления

2. получение информации о результатах управления (т. е. о поведении объекта);

3. анализ полученной информации и разработка алгоритма

4. реализация алгоритма (т. е. осуществление управляющих воздействий).

Процесс управления — это информационный процесс, который включает:

1. сбор информации о ходе процесса,

2. передачу ее в пункты накопления и переработки,

3. анализ поступающей, накопленной и справочной информации,

4. принятие решения на основе выполненного анализа,

5. выработку соответствующего управляющего воздействия,

6. доведение его до объекта управления.

Каждая фаза протекает во взаимодействии с окружающей средой при воздействии различного рода помех. Цели, принципы и границы управления зависят от сущности решаемой задачи.

Система управления — совокупность объекта управления и органа управления, которые взаимодействуют между собой для достижения заданной цели управления.

В СУ решаются четыре основные задачи управления:

1. стабилизация

2. выполнение программы

3. слежение

4. оптимизация.

В задачи стабилизации системы входит поддержание ее выходных величин вблизи некоторых неизменных заданных значений, несмотря на действие помех. Например, стабилизация напряжения U и частоты тока в сети вне зависимости от изменения потребления энергии.

Задача выполнения программы возникает в тех случаях, когда заданные значения управляемых величин изменяются во времени заранее известным образом.

Прежде чем принимать решение о создании системы управления, необходимо рассмотреть все её этапы, независимо от того, с помощью каких технических средств они будут реализованы. Такой анализ является основой для создания системы управления и степени ее автоматизации. В процессе анализа обязательно учитывается фактор сложности объекта управления, а именно:

1. отсутствие математического описания системы;

2. стохастичность поведения;

3. негативность к управлению;

4. нестационарность, дрейф характеристик;

5. невоспроизводимость экспериментов (развивающаяся система все время как бы перестает быть сама собой, что предъявляет специальные требования к синтезу и коррекции модели объекта управления).

Особенности сложной системы часто приводят к тому, что цель управления таким объектом в полной мере никогда не достигается, как бы совершенно ни было управление.

Системы управления делятся на два больших класса: системы автоматического управления (САУ) и автоматизированные системы управления (АСУ). В САУ управление объектом или системой осуществляется без непосредственного участия человека, т.е. автоматическими устройствами. Это замкнутые системы.

Основные функции САУ:

1. автоматический контроль и измерения,

2. автоматическая сигнализация,

3. автоматическая защита,

4. автоматические пуск и остановка различных двигателей и приводов,

5. автоматическое поддержание заданных режимов работы оборудования,

6. автоматическое регулирование.

В отличие от САУ в АСУ в контур управления включен человек, который принимает наиболее важные решения и несет за них ответственность. АСУ – это, так называемые человеко-машинные системы, которые используют современные математические методы, средства электронно-вычислительной техники, а также новые организационные принципы для отыскания и реализации на практике наиболее эффективного управления системой.