Структура и функции системы управления

Процесс принятия управляющих решений при управлении любым объектом связан с количественной оценкой внешних условий (внешних воздействий), состояния объекта и его выходов, и принятием на основе этих количественных оценок решений о численной величине управляющих воздействий на объект.

Если рассмотреть идеализированный случай, когда цели системы не меняются, характеристики внешней среды не меняются (в том числе свойства материальных, энергетических и информационных потоков, перерабатываемых в данном технологическом процессе), и если не меняются свойства элементов, входящих в структуру системы, то, вероятно, нет нужды и управлять однажды запущенным технологическим процессом.

В реальности любой технологический процесс (материальный или информационный) подвержен влиянию возмущающих воздействий, обусловленных как изменением свойств внешней среды (в виде изменений характеристик перерабатываемых материальных и энергетических потоков, характеристик информационных потоков (искажения, задания и т.д.), так и изменением характеристик элементов, входящих в структуру системы (износ агрегатов и технологического оборудования, сбои оборудования, реализующего информационную технологию, изменения настроений и отношений к работе персонала, реализующего те или иные технологические операции).

Возникает необходимость корректировок хода технологического процесса с тем, чтобы компенсировать влияние этих возмущений и обеспечить достижение стоящих перед системой целей. Для выполнения этих задач в систему вводятся элементы, обеспечивающие контроль за результатами выполнения технологического процесса в целом и по отдельным стадиям (операциям), за состоянием элементов, за изменением состояния внешней среды. По результатам контроля формируются управляющие воздействия, направленные на достижение целей системы. Эти воздействия могут иметь следующие разновидности:

- координатные воздействия, направленные на изменение тех или иных характеристик материальных или энергетических потоков (расходов, соотношений), и информационных потоков (например, частоту поступления данных, объем информации – количество разного рода сведений);

- параметрические воздействия, направленные на изменение характеристик тех или иных элементов, реализующих технологические операции.

Параметрические воздействия могут быть связаны с изменениями нормативов (в том числе допусков на режимные параметры), с изменениями пропускной способности элементов, в том числе и людей. В последнем случае эти воздействия называются мотивацией.

Когда ресурс координатных и параметрических воздействий исчерпан, формируются структурные управляющие воздействия – изменения схем соединений технологического оборудования и агрегатов (включая и замену части из них), изменения организационной структуры (реорганизация).

Таким образом, в функциональном плане нет принципиальных отличий в управлении технологическими, социально-техническими и социально-экономическими объектами. В любом случае приходится иметь дело с совокупностью материальных и информационно-технологических процессов (цех, завод, контора, банк, соцзащита…).

Любая управляющая система, независимо от её уровня иерархии, характера объекта управления и его организационной структуры, степени автоматизации, обречена на выполнение комплекса информационных и управляющих функций. Различия – чисто технические, связанные с физической и социальной природой процессов, способами и средствами контроля.

Принципы и способы управления объектом и, соответственно, функциональная структура систем управления в большой мере определяются возможностями получения информации о внешних условиях и состоянии элементов, реализующих технологический процесс, от результатов реализации этого процесса, нежели от физической природы процессов (технические, социальные и пр.).

Как уже отмечалось ранее (см. «Теорию информации»), процесс управления является информационным процессом. Рассмотрим основные этапы обращения информации в системе управления. Поскольку материальными носителями информации являются сигналы, то это будут этапы обращения сигналов. Детализируем рассмотренную на Рис. 1 схему системы управления.

В схеме на Рис.2 информационной системой ИС обеспечивается восприятие информации в процессе взаимодействия с объектом управления (ОУ), формирование и анализ сигналов измерительной информации, формирование данных, поступающих в управляющую систему (УС).

Управляющей системой принимаются управляющие решения, в соответствии с которыми формируются сигналы (команды) управления исполнительными органами ИО. Исполнительные органы, в свою очередь являются системами управления, но более низкого уровня иерархии.

Рис. 2

В зависимости от степени формализации и автоматизации процессов в ИС, УС, ИО, участия в них человека, системы подразделяются на автоматические и автоматизированные.

Общее представление о характере информационных процессов в системе управления дает структурная схема на Рис. 3. Н этой схеме буквами W. P, Y, U и Q обозначены, соответственно, векторы:

- контролируемых внешних входных воздействий объекта;

- переменных (параметров) состояния объекта;

- управляемых выходных воздействий объекта;

- управляющих входных воздействий объекта;

- целевой функции, определяющей требования к результатам функционирования системы.

Содержательная сущность, структура, состав, связи, модели и алгоритмы функционирования каждого из элементов представленной структурной схемы определяются характером решаемой задачи управления, требований к свойствам системы.

Один из основных системообразующих признаков это целевая функция Q, включающая в себя, в общем случае:

- критерий качества управления – некоторую расчетную характеристику (величину), чаще всего векторную, численное значение которой характеризует степень достижения стоящей перед системой цели;

- ограничения на величину и динамику изменения выходов и управляющих воздействий (на ресурсы управления).