Синтез систем управления

В отличие от анализа исследование заданной системы управления, Под синтезомпонимается процесс создания новой системы путем определения ее рациональных или оптимальных свойств и соответствующих показателей.

Синтез представляет собой многошаговый итеративный процесс, вклю­чающий последовательное решение следующих основных задач:

■формирование замысла и цели создания системы управления;

■формирование вариантов новой системы;

■приведение описаний вариантов системы во взаимное соответствие;

■оценка эффективности вариантов и принятия решения о выборе варианта новой системы;

■разработка требований к системе управления;

■разработка программ реализации требований к системе управления;

■реализация разработанных требований к системе управления.

1. Формирование замысла и цели создания системы управления

Замысел возникает на основании полученного задания, выделения недо­статков существующей системы управления, появления практической по­требности или новых научных достижений.

2. Формирование вариантов новой системы

Рассмотрим порядок построения концептуальной модели новой системы управления.

На первом этапе определяется уровень детализации концептуальной модели варианта системы.

Модель системы представляет собой совокупность подсистем (элемен­тов). В эту совокупность входят все подсистемы (элементы), обеспечиваю­щие сохранение целостности системы. Исключение же каких-либо элемен­тов не должно приводить к потере основных свойств системы при выпол­нении предназначенных ей функций.

На втором этапе построения концептуальной модели осуществляется ее локализация (установление границ взаимодействия со сверхсистемой) путем представления внешней среды в виде генераторов внешних воздействий, причем эти генераторы включаются в состав системы в качестве ее элементов.

На третьем этапе завершается построение структуры модели с указа­нием связей между составляющими ее элементами. Связи могут быть разде­лены на вещественные и информационные.

Каждый формируемый вариант системы включает различные виды описаний: структурное (морфологическое), функциональное, информа­ционное и параметрическое.

Структурное описание включает описание структуры и видов обеспече­ния системы управления, назначения, состава и размещения ее элементов.

Функциональное описание включает решаемые системой задачи, поря­док функционирования системы.

Информационное описание включает описание входной и выходной информации, потоков информации, циркулирующей в системе, способов представления и передачи.

Параметрическое описание включает перечень количественных показа­телей (параметров) характеризующих отдельные свойства системы, кото­рые необходимо обеспечить в процессе ее создания.

На четвертом этапе определяются управляемые характеристики, т.е. в модель должны войти те параметры (показатели) системы, допускающие варьирование своих значений в процессе моделирования, которые обеспе­чат нахождение интересующих разработчика моделей характеристик при конкретных внешних воздействиях на заданном временном интервале фун­кционирования системы. Остальные параметры необходимо, по возмож­ности, исключить из модели, естественно, без ущерба для ее адекватности, а при необходимости ввести их в ограничения.

На пятом этапе описывается динамика системы. Полученную ранее модель необходимо дополнить описанием функционирования системы. Следует от­метить, что в сложных системах зачастую протекает несколько процессов одновременно. Каждый процесс представляет собой определенную последо­вательность отдельных элементарных операций, часть которых может вы­полняться параллельно разными элементами (ресурсами) системы.

3.Приведение описаний варианта системы во взаимное соответствие

Приведение описаний варианта системы во взаимное соответствие включает:

· сопоставление описаний (структурного, функционального, инфор­мационного, параметрического);

· устранение противоречий;

· объединение названных описаний.

4.Оценка эффективности вариантов и принятия решения о выборе варианта новой системы

Решение данной задачи включает:

· определение значений выбранных показателей эффективности, каж­дого исследуемого варианта создаваемой системы;

· сравнительную оценку эффективности, которая производится в соот­ветствии с заданным правилом предпочтений и установленным критерием;

· принятие решения о выборе наилучшего варианта системы.

5. Разработка требований к системе управления

Требования формируются в виде показателей (количественные) и ха­рактеристик (качественные). Как правило, требования задаются в виде ог­раничения на допустимые пределы значений показателей.

6. Разработка программ реализации требований к системе управления

Обычно программа или план реализации требований включает:

· перечень целей и задач (заданий) исполнителям (ответственным за создание системы управления), развернутых во времени, взаимосвязанных по отношению к общей цели создания новой системы и сбалансированных по ресурсам и отношению к общей цели создания новой системы;

· график (порядок) обеспечения исполнителей ресурсами (информа­ционными, материальными, энергетическими и др.).

7. Реализация разработанных требований к системе управления

Рассмотрим условные этапы реализации разработанных требований к человеко-машинной системе управления:

1) Моделирование подсистем и системы в целом. На этом этапе концепту­альное описание системы реализуется с помощью математической модели.

2) Макетирование системы.

3) Проектирование системы. Задача проектирования — охватить всю систе­му, а также средства и методы, необходимые для ее создания и обеспечения.

4) Конструирование системы. Конструкция определяет пространствен­но-временное расположение элементов системы, их сопряжение, соедине­ние и стыковку.

Задачей конструирования является разработка технологии изготовления системы либо указание на возможность использования готовой технологии.

Описание конструкции должно быть развито до уровня, доступного и понятного лицам, не участвовавшим в разработке системы и не знакомым с исходными идеями.

5) Изготовление системы. Под изготовлением новой системы понимают­ся поэлементная и поблочная (подсистемная) отработка, а также создание процесса и организации.

6) Испытание системы. Испытание включает натурную и модельную ча­сти с жесткой связью между ними. Для сложных систем натурные испыта­ния могут составить (ввиду их дороговизны, сложности и продолжитель­ности) до 10% всей работы. На испытаниях отрабатывается способ применения системы и повы­шение максимально допустимого значения ее эффективности (по физичес­кому критерию). Испытания определяют соответствия системы своему назна­чению и целевой функции — по функциональному критерию, который вычисляется по результатам испытаний.

7) Оценка путей модернизации. Научно-технический прогресс создал новую ситуацию в мире выбора альтернатив создания новых систем, которая обусловлена следующими обстоятельствами:

· жизненный цикл созданной человеком системы (техники, оружия)
стал намного меньше жизни человека;

· сокращение жизненного цикла созданной человеком системы со­провождается возрастанием полного цикла создания системы;

· наличие проблемы вложения средств и ресурсов.

Основой продления жизненного цикла системы является ее своевре­менная и неоднократная модернизация, идеи которой закладываются на этапе создания системы.