Принцип разомкнутого управления. Принцип управления по отклонению. Принцип регулирования по возмущению

Сущность принципа состоит в том, что алгоритм управления строится только на основе заданного алгоритма функционирования и не контролируется по фактическому значению управляемой величины. Схема управления имеет вид разомкнутой цепи.

Близость х к х 0 обеспечивается жесткостью характеристик схемы. При наличии значительных возмущающих воздействий f величина х может заметно отклониться от заданной, при этом управление станет непригодным и следует использовать другие принципы управления.

Такая схема получила распространение, в основном, в вычислительной технике.

Принцип управления по отклонению

Принцип управления по отклонению (принцип обратной связи). Этот принцип является одним из наиболее ранних и широко распространенных принципов управления. В соответствии с этим принципом система управления наблюдает за объектом, на который воздействуют возмущающие факторы. В результате, в поведении объекта возникают отклонения. Система управления отслеживает наблюдаемые параметры (переменные) и на основе наблюдений создает алгоритм управления. Особенность этого принципа заключается в том, что система управления начинает действовать на объект только после того, как факт отклонения уже свершился. Это и есть "обратная связь". Схема управления изображена на рисунке.

При такой схеме полная компенсация влияния возмущающих воздействий невозможна. Тем не менее, схема управления с обратной связью получила наибольшее распространение на практике. Это объясняется простотой ее реализации.

Обратная связь — одно из основных понятий теории управления. Вообще обратной связью называется любая передача влияния из выхода той или другой системы на его вход. В системах управления обратная связь можно определить как информационную связь, с помощью которой в управляющую часть поступает информация о следствиях управления объектом, то есть информация о новом состоянии объекта, который возник под влиянием управляющих действий.

Благодаря наличия обратной связи сложные системы в принципе могут выходить за пределы действий, которые предусмотренные и определенные их разработчиками. Ведь обратная связь создает в системе новое качество: способность накоплять опыт, определять свое будущее обращение в зависимости от обращения в минувшему, то есть самообучаться.

Обратную связь можно обнаружить во многих процессах в природе. Примером могут служить вестибулярный аппарат, обнаруживающий отклонение тела от вертикали и обеспечивающий поддержание равновесия, системы регуляции температуры тела, ритма дыхания и т.д. В организациях обратная связь при управлении устанавливается посредством осуществления контроля исполнения. Принцип обратной связи является весьма универсальным фундаментальным принципом управления, действующим в технике, природе и обществе.

Принцип управления по возмущению

Принцип управления по возмущению - принцип компенсации. Отклонение регулируемой величины зависит не только от возмущающего воздействия, но и от управления. Принцип управления по возмущению основывается на том, что система управления наблюдает за возмущающими факторами и, учитывая их, строит алгоритм управления так, чтобы действие этих факторов на систему компенсировалось. Функциональная схема управления по возмущению показана на рисунке.

Данная схема применяется в случае, когда влияние возмущающих воздействий существенно, и в случае отсутствия их учета система может сильно отклоняться от желаемого состояния.

При такой схеме теоретически возможна полная компенсация влияния возмущений, но только по тем воздействиям, по которым ведется учет. Однако в реальной системе невозможно вести учет всех возмущений, поэтому невозможна и полная компенсация их влияния.

Системы управления по возмущению в сравнении с системами, действующими по отклонению, отличаются обычно большими устойчивостью и быстродействием. К их недостаткам относятся трудность измерения нагрузки в большинстве схем, неполный учет возмущений (компенсируются только те возмущения, которые измеряются). Во многих случаях весьма эффективно применение комбинированного управления по возмущению и отклонению, широко используемое, например, для регулирования напряжения мощных синхронных генераторов на крупных электростанциях (компаундирование с коррекцией). Комбинированное управление объединяет достоинства двух принципов, но, естественно, схема управления усложняется, а затраты увеличиваются.

\8. Экстремальный и оптимальный принципы управления.

Задачи оптимального управления относятся к теории экстремальных задач, то есть задач определения максимальных и минимальных значений. Уже то обстоятельство, что в этой фразе встретилось несколько латинских слов (maximum наибольшее, minimum - наименьшее, extremum - крайнее, optimus - оптимальное), указывает, что теория экстремальных задач была предметом исследования с древних времен. О некоторых таких задачах писали еще Аристотель (384-322 годы до н.э.), Евклид (III в. до н.э.) и Архимед (287-212 годы до н.э.). Основание города Карфагена (825 год до н.э.) легенда ассоциирует с древнейшей задачей определения замкнутой плоской кривой, охватывающей фигуру максимально возможной площади. Подобные задачи именуются изопериметрическими. Характерной особенностью экстре-мальных задач является то, что их постановка была порождена актуальными запросами развития общества. Более того, начиная с XVII века доминирующим становится представление о том, что законы окружающего нас мира являются следствием некоторых вариационных принципов. Первым из них был принцип П. Ферма. Ферма сформулировал метод исследования на экстремум для полиномов, состоящий в том, что в точке экстремума производная равняется нулю. Для общего случая этот метод получен И. Ньютоном (1671) и Г.В.Лейбницем (1684), работы которых знаменуют зарождение математического анализа.

Начало развития классического вариационного исчисления датируется появлением в 1696 году статьи И. Бернулли (ученика Лейбница), в которой сформулирована постановка задачи о кривой, соединяющей две точки А и В, двигаясь по которой из точки А в В под действием силы тяжести материальная точка достигнет В за минимально возможное время. В рамках классического вариационного исчисления в XVIII-XIX веках установлены необходимые условие экстремума первого порядка (Л. Эйлер, Ж.Л. Лагранж), позднее развиты необходимые и достаточные условия второго порядка (К.Т.В. Вейерштрасс. A.M. Лежандр, К.Г.Я. Якоби), построены теория Гамильтона—Якоби и теория поля (Д. Гильберт, Л. Кнезер).

Дальнейшее развитее теории экстремальных задач привело в XX веке к созданию линейного про­граммирования, выпуклого анализа, математического программирования, теории минимакса и некоторых иных разделов, одним из которых является теория оптимального управления. Эта теория подобно другим направлениям теории экстремальных задач, возникла в связи с актуальными задачами автоматического регулирования в конце 40-х годов (управление лифтом в шахте с целью наискорейшей остановки его, управление движением ракет, стабилизация мощности гидроэлектростанций и др.).

Заметим, что постановки отдельных задач, которые могут быть интерпретированы как задачи оптимального управления, встречались и ранее, например в «Математических началах натуральной философии» И. Ньютона (1687). Сюда же относятся и задача Р. Годдарда (1919) о подъеме ракеты на за­данную высоту с минимальными затратами топлива и двойственная ей задача о подъеме ракеты на макси­мальную высоту при заданном количестве топлива.

За прошедшее время были установлены фундаментальные принципы теории оптимального управления: принцип максимума и метод динамического программирования. Указанные принципы представляют собой развитие классического вариационного исчисления для исследования задач, содержащих сложные ограничения на управление. Сейчас теория оптимального управления переживает период бурного развития как в связи с наличием трудных и интересных математических проблем, так и в связи с обилием приложений, в том числе и в таких областях, как экономика, биология, медицина, ядерная энергетика и др.

Экстремальное управление проектами - это гибкая и динамичная модель для проектов любого типа, характеристиками которых являются высокие скорость и неопределенность, и в которых неудача недопустима.

Книга Экстремальное управление проектами дает практические рекомендации для руководителей, работающих с большими рисками и под сильным давлением для достижения ожидаемого конечного результата. Основанная на обширном опыте Дуга ДеКарло в работе с более чем 250 командами проектов, его модель экстремального управления проектами построена на наборе согласованных принципов, ценностей, навыков, инструментов и практик, которые показали высокий результат в условиях постоянных изменений и неопределенности.

В мире, где новые технологии развиваются и внедряются головокружительными темпами, мы все чаще и чаще сталкиваемся с проектами нового типа. Кажется, что мир буквально охвачен ими. Это проекты, где сроки исполнения критичны, цена ошибки крайне высока, хаотично и непредсказуемо меняются требования, а заказчик в последний момент может решить, что вообще-то ему нужен совсем другой результат. Неопределенность во всем, ее подчас слишком много, ей управляют особые люди -менеджеры экстремальных проектов в «проектно-безумных» компаниях.

Для управления неизвестным нельзя использовать традиционное управление проектами, основанное на тщательном планировании и четких процессах, этот подход работает все хуже и хуже, а на некоторых проектах - не работает вообще, считает Дуг ДеКарло. Необходимо принять высокую неопределенность как норму, научиться существовать в этом изменчивом мире и добавить к традиционным «ньютоновским» инструментам управления проектами «квантовое» мышление.

9. Использование микропроцессоров и ЭВМ в системах управления. Принцип адаптации.

Адаптация – в широком смысле способность системы приспосабливаться к изменяющимся условиям среды, помехам, исходящим от среды и оказывающим влияние на систему.

Необходимость адаптации возникает, когда появляется неопределенность в управлении (известна цель, изменились параметры ОУ, изменилась структура системы, изменились ресурсы – все это неизвестно).

Модель отражает форму движения.

Принцип управления по модели: в каждый момент времени форма процесса изменения регулируемой координаты сравнивается с формой движения xM(t), задаваемой моделью, в результате чего получается ошибка адаптаций δ(t):

δ(t) = xM(t) – x(t),

далее УУ2 в функции от ошибки δ(t) формирует управляющие воздействия, направленные на изменение либо величины задающего сигнала xo(t) (стратегии), либо параметров (УУ2), либо структуры управляющего устройства (тактики) УУ1, что в свою очередь приводит к изменению формы движения координаты x(t) в сторону близости к форме движения модели xM(t), т.е. уменьшения ошибки δ(t). При δ(t) =0→x(t) = xM(t), т.е. задача адаптации выполнена.

Принцип управления по модели – одна из форм (способов) реализации принципа адаптации.

Адаптация может осуществляться 5 способами:

за счет изменения программы управления

за счет изменения параметров управляющей подсистемы (УУ)

за счет изменения структуры управляющей подсистемы (УУ)

за счет изменения мощности исполнительных подсистем (ИМ) (его характеристики)

за счет изменения структуры параметров самого ОУ (характеристики самого ОУ) (Пример: ЛА с изменённой геометрией крыла). В качестве УУ1 и УУ2 может выступать ЛПР.

Управление по модели заключается в том, что в каждый момент времени замеряется отклонение от формы движения, заданной моделью. Далее функцией от этого сигнала будет вырабатываться сигнал Q(t), направленный на реализацию одного из 5 способов адаптации.

Микропроцессор - это обрабатывающее и управляющее устройство, выполненное с использованием технологии БИС (часто на одном кристалле) и обладающее способностью выполнять под программным управлением обработку информации, включая ввод и вывод информации, арифметические и логические операции и принятие решений.

ЭВМ прочно входят в нашу производственную деятельность и в настоящее время нет необходимости доказывать целесообразность использования вычислительной техники в системах управления технологическими процессами

При этом последние годы как за рубежом, так и в нашей стране характеризуются резким увеличением производства мини- и микро-ЭВМ, а так же персональных ЭВМ.

На основе производственных мини и персональных ЭВМ можно строить локальные сети ЭВМ, что позволяет решать сложные задачи по управлению производством.

Исследования показали, что из всей информации, образующейся в организации, 60-80% используется непосредственно в этой же организации, циркулируя между подразделениями и сотрудниками, и только оставшаяся часть в обобщенном виде поступает в министерства и ведомства.

Это значит, что средства вычислительной техники, рассредоточенные по подразделениям и рабочим местам, должны функционировать в едином процессе, а сотрудникам организации должна быть поставлена возможность общения с помощью абонентских средств между собой, с единым или распределенным банком данных. Одновременно должна быть обеспечена высокая эффективность использования вычислительной техники.

Решению этой задачи в значительной степени способствовало появление микроэлектронных средств средней и большой степени интеграции, персональных ЭВМ, оборудования со встроенными микропроцессорами. В результате, в управлении производством находят все большее распространение локальные вычислительные сети.

ЛВС позволяет небольшим предприятиям воспользоваться возможностью объединения персональных, микро- и мини- ЭВМ в единую вычислительную сеть, а крупным предприятиям - освободить вычислительный центр от некоторых функций по обработке информации "цехового значения" и обеспечить их решение в цехе, отделе. Кроме того, эксплуатация сети одним заказчиком позволит упростить решение вопроса о закрытии информации.

Всего на производстве можно выделить четыре группы ЛВС:

1) ориентированные на массового потребителя и строящиеся, в основном, на базе персональных ЭВМ;

2) включающие, кроме персональных ЭВМ, микро-ЭВМ и микропроцессоры, встроенные в производственные контроллеры и микроконтроллеры

3) построенные на базе микропроцессорных средств, микро и мини-ЭВМ и ЭВМ средней производительности;

4) создаваемые на базе всех типов ЭВМ, включая высокопроизводительные.

Отличительной особенностью производственных сетей от всех остальных являются управляющие контроллеры, объединенные сетью между собой и с персональными ЭВМ в автоматизированную систему управления (АСУ).

Сегодня технологические процессы постоянно усложняются, а агрегаты, реализующие их, делаются все более мощными.