Основные определения - раздел Философия, МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ Строгий Подход К Термину «Управление» Требует Четкого Ответа На Вопрос, Как И...
Строгий подход к термину «управление» требует четкого ответа на вопрос, как и за счет чего может быть выполнена цель управления.
Основная особенность управления - целенаправленность. Управляемая система создается для достижения тех или иных целей (самолет, ракета, управление хозяйством и т.д.), и цель управления определяется субъективным представлением лица, ответственного за выбор цели системы.
Рассмотрим основные определения системы с управлением на примере функциональной схемы технологического процесса (закаливания детали в печи).
Функциональная схема системы – символическое изображение всех функциональных элементов технологического процесса и связей между ними. В функциональной схеме отражена последовательность процессов в системе.
Функциональная схема технологического процесса закаливания в электропечи
x(t)
y(t) ε (t) u (t)
Реальный процесс изменения температуры
Объект управления – электропечь.
Управляющая переменная – температура закалки.
Управляющий орган – реостат.
Цель управления – создание условий, обеспечивающих требуемое протекание технологического процесса.
Процесс закаливания обеспечивается изменением температуры в печи в соответствии с заданным законом. Для этого электропечь снабжается управляющим органом (регулятором).
Управление может быть ручным или автоматическим. При ручном управлении воздействие на управляющий орган осуществляет человек, наблюдающий за ходом процесса.
Система регулирования предназначена для изменения температуры в печи по заданному закону. Для этого печь имеет два элемента: измерительный элемент (термопара, выходом которой является электрическое напряжение, пропорциональное температуре в печи) и орган управления (реостат, с помощью которого меняется сопротивление и соответственно ток в цепи нагрева, а значит и температура нагрева).
Измерительный элемент (прибор) преобразует сигнал (напряжение) в информационный параметр (величину напряжения), отражающий реальный процесс (реальную температуру).
Оператор (управляющее устройство), которому известен закон изменения температуры, с помощью органа управления (реостата) управляет процессом (изменяет температуру) таким образом, чтобы в каждый момент времени реальный процесс отличался от заданного закона не более, чем наперед заданной величины. Имеет место обратная связь.
Управление - целенаправленное вмешательство в поведение системы, обеспечивающее требуемое ее функционирование.
Чтобы управлять, необходимо определить:
- чем мы распоряжаемся (управляющие воздействия);
- пределы, в которых мы можем выбирать;
- каково влияние данного управления на процесс.
Задачи управления: в условиях возмущающих воздействий поддержание или изменение состояния системы, процесса путем изменения тех или иных параметров, организация поведения.
Действия системы управления в обеспечение решения задач управления: сравнение при помощи обратной связи действительного состояния объекта с требуемым и использование получаемых сигналов для управления.
Основные функции системы управления: измерение состояния, сравнение с заданным состоянием, реагирование (выработка команды на управление).
Система управления – совокупность технических средств, обеспечивающих выполнение управляемой системой своих функций в достижении заданной цели.
Элементы системы управления:
- датчики информации о воздействии внешней среды;
- датчики информации о состоянии управляемого объекта;
- средства передачи информации;
- средства обработки информации и выработки управляющих сигналов;
В качестве управляемой системы может фигурировать отдельное хозяйство, завод, двигатель, атомный реактор и т.п.
Насколько точно управляемая система достигает заданной цели, можно судить по координате состояния системы z (t). Разность между заданным zз(t)и действительным законом изменения управляемой величины z (t) – ошибка управления ε (t) = zз(t) - z (t). Для идеальной системы управления ошибки управления ε (t) равны нулю во все моменты времени.
На практике осуществление идеальных систем управления невозможно: ошибка ε (t) – необходимая составная часть управления, основанного на принципе обратной связи, так как для приведения в соответствие выходной величины z (t)ее заданному (желаемому) значению используется информация об отклонении между ними.
Элементы системы управления связаны между собой информационными каналами, линиями управления, по которым передаются управляющие сигналы.
Отличительная черта системы управления – обратная связь, которая замыкает канал управления. При управлении с обратной связью значение управляющей переменной постоянно сопоставляется с ее заданным значением. Цель управления – сделать эти величины близкими, несмотря на различные помехи.
Для систем с обратной связью характерно следующее:
- слабые управляющие сигналы на входе, идущие от измерительного устройства, преобразуются в достаточно мощные воздействия на объект;
- ошибка ε (t) является движущим сигналом для системы, работающей на уменьшение этой ошибки;
- система является замкнутой, замыкание реализуется через измерительное устройство, формирующее отклонение (рассогласование) ошибки как входа усилительного устройства, и тем самым реализующего процесс управления.
Контур управления – это система, состоящая из объекта управления и управляющей системы (регулятора, с помощью которого добиваются нужного качества управления).
Основные функции контура управления – измерение, сравнение и реагирование (выработка команды управления и (t) на объект). Контур управления, несмотря на различные помехи, постоянно поддерживает управляемую переменную близкой к ее заданному значению.
Сигнал – физический процесс, параметры которого содержат информацию. Электрическое напряжение – сигнал, величина напряжения – параметр.
Целенаправленно изменять какой-либо процесс (управлять) можно путем изменения тех или иных конструктивных параметров системы.
Схема системы с управлением
z(t) – координата состояния;
у(t) – задающее воздействие;
r(t) - возмущающее воздействие;
ε(t) - сигнал ошибки;
u(t) – управляющее воздействие.
Управляющее воздействие u(t), вырабатываемое управляющей системой, является функцией ошибки ε(t) – разности между у(t) и z(t). Функция u(t) формируется так, чтобы осуществлялось приближенное равенство ошибки ε(t) ≃0. В реальной системе, кроме задающего воздействия, которое несет информацию, необходимую для управления, действуют возмущающие воздействия r(t), которые нарушают требуемую функциональную связь между задающим воздействием и законом изменения выходной координаты. В общем случае управление может производиться по нескольким координатам.
Схема системы с управлением по нескольким координатам.
Классы систем управления определяются природой объекта и субъекта управления: технические, биологические, организационные, смешанные и т.п.
Технические системы управления без участия человека (автоматические системы управления) или с участием человека (человек является одной из необходимых компонент системы управления, объект управления - техническая система). К техническим системам можно также отнести системы, в которых объектом управления является человек (тренажеры).
Биотехнические системы управления: объектом управления может быть биологический объект (орган, организм, популяция, биологическая среда), а управляющей системой – система искусственного происхождения (биостимулятор сердца, система регулирования влажности почвы).
Организационные системы управления предполагают управление деятельностью людей. Здесь объектом и субъектом управления являются люди. Структура системы управления обычно имеет иерархический характер, определяющее значение имеют социальные факторы.
Принципами управления могут быть: по следствиям или по причинам (в системах автоматического регулирования – по отклонениям или по возмущениям), прогнозирующий принцип – без использования текущей информации, комбинированный.
Чтобы эффективно управлять системой, необходимо:
- объект управления и систему управления рассматривать как единую систему, функционирующую в определенной среде;
- анализировать закономерности поведения системы в различных условиях и реакции системы на управляющие воздействия;
- оценивать качество управления системой (достижения поставленной цели) в соответствии выбранным критерием.
Для выработки управляющего воздействия – управления (сигнала, команды, решения) необходимо:
- анализ и сравнение в центральном органе управления (человек, АСУ) информации о состоянии внешней среды и системы с требуемым (или желаемым) состоянием системы во внешней среде – определение рассогласования;
- выработка управления по принципу обратной связи для приведения системы в требуемое состояние.
Источником, формирующим управляющие команды, могут быть:
- технические средства (управляющие и другие ЭВМ, микропроцессоры, программные устройства, регуляторы следящие, стабилизирующие, компенсирующие и др.);
- действия и решения человека (оператора, водителя, диспетчера, администратора и др.).
Одновременное использование этих источников управления – автоматизированные системы управления (например, пилот и системы управления в самолете), реализующие оптимальное распределение функций человека и ЭВМ.
Системность... Системные идеи лежат в основе деятельности человечества с начала его... Необходимость решения специфических проблем связанных с возникновением и развитием больших и сложных систем вызвала...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Основные определения
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Определение понятия системы
Определение понятия "модель системы" предполагает, прежде всего, определение понятия "система".
Определение понятия системы – это тоже модель (лингвистическая
Внешняя среда
Внешняя среда -набор существующих в пространстве и во времени факторов, которые оказывают действие на систему и которые испытывают влияние со стороны системы.
Объекты,
Функции системы
Функции системы –действия компонентов системы (преобразования входов в выходы), необходимые для выполнения системой своих задач, обусловленных целью системы (интегративным свой
Системный подход
В основе системного подхода лежит стремление изучить объект (систему, явление, процесс) как нечто целостное и организованное, во всей полноте и многообразии связей – ориентирует на рассмотре
Развитие искусственной системы и ее жизненный цикл
В системе как элементе системы более высокого уровня могут накапливаться противоречия (проблемы), для разрешения которых система должна иметь новые функциональные свойства –
Целевой характер моделирования
Система может иметь практически необозримое количество сущностей (свойств), создание модели всей системы нереально – не существует модели «вообще».
Таким образом, моделирование имеет це
Процесс моделирования
Как разделить модель на подмодели, как построить иерархию моделей для исследования элементов (декомпозиция) и как их потом объединить для исследования системы в целом, чтобы объяснить целое через ч
Цели математического моделирования
Создание модели всей системы нереально – не существует модели «вообще».
Из этого следует множественность моделей одного объекта: для каждой цели требуется своя модель одно
Анализ чувствительности модели
При построении модели параметров и предположения могут быть приняты с некоторой степенью неопределенности, кроме того, параметры могут изменяться в зависимости от внешних условий и во времени. Чувс
Описание внешних воздействий
Внешние воздействия - совокупность факторов, воздействующих на систему и оказывающих влияние на эффективность ее функционирования.
Модель внешних воздействий должна обладать следующими осн
Декомпозиция системы
Система представляется набором моделей, отображающих ее поведение на различных уровнях декомпозиции (стратах). Каждый уровень учитывает присущие ему свойства, переменные и зависимости.
Дек
Подготовка исходных данных для математической модели
Исходные данные для разработки математической модели содержат выявленные законы функционирования системы в виде операторов, параметры и переменные модели, условные обозначения, классификацию исходн
Модель состава и структуры системы
Модель состава
Модель состава – список элементов системы. Сложность построения модели состава состоит в ее неоднозначности. Это же относится и к границам
Виды структур
В основе исследования структуры лежит ее классификация. Принципы построения и вид модели структуры системы зависят от типа системы и целей исследований.
При моделировании систем вообще и,
Установление функциональных зависимостей
После перехода от описания моделируемой системы к ее модели, построенной по блочному принципу, необходимо построить математические модели процессов, происходящих в различных блоках.
Исходн
Функционально стоимостной анализ.
Под функционально стоимостным анализом понимают метод системного анализа функций объекта (технологического процесса, производства, системы управления), направленный на поиск технико-экономических р
Пути уменьшения неопределенностей
Неопределенность уменьшается при разработке и анализе альтернативных вариантов, дополнительном анализе неопределенных факторов (сбор и обработка недостающих исходных данных, выявление среди множест
Формализация системы в виде автомата
Технические устройства дискретного действия для переработки информации лежат в основе вычислительных машин, автоматических устройств для управления объектами в системах регулирования и управления и
Формализация системы в виде агрегата
При выборе той или иной схемы формализации системы всегда возникает противоречивая задача – получить как можно более простую модель и обеспечить требуемую точность. При таком подходе различные сист
Моделирование процесса функционирования агрегата
Процесс функционирования агрегата состоит из скачков состояния в моменты поступления входных сигналов и выдачи выходных сигналов и изменений состояния между этими моментами.
Цель моделиров
Моделирование агрегативных систем
Агрегативные системы (А-системы) - класс сложных систем, обладающий следующим свойством: существует такое (в общем случае неоднозначное) расчленение системы на элементы, при котором к
Модель сопряжения элементов
Математическая модель сложной системы помимо формального описания элементов обязательно включает формальные описания взаимодействия элементов – модель сопряжения.
В модели сопряжения эл
Законы Ньютона.
Рассмотрим систему, модель которой может быть представлена как материальная точка, система материальных точек (механическая система).
Материальная точка - тело, размеры и форма которого не
Закон сохранения импульса.
Количество движения (импульс) материальной точки Кi = mivi .Это векторная величина, его направление совпадает с направлением скорости. Количество движения (импульс) системы:
К =
Работа, энергия, мощность
Силы служат причиной либо ускорения тела (динамическое действие), либо изменения его формы (статическое действие).
Если сила перемещает тело на некоторое расстояние, то она совершает над т
Работа против силы тяжести.
Если тело движется в направлении действия силы тяжести, то над телом совершается работа A = G h или Aт = mg h.
Чтобы поднять тело (увеличить расстояние от ц
Работа, затрачиваемая на ускорение.
Если под действием постоянной силы Fуск тело равномерно ускоренно перемещается на расстояние s, то над ним совершается работа Aуск = Fуск s
Работа против сил трения.
Движущееся тело теряет энергию из-за наличия трения, которое действует на поверхности соприкосновения тел и и затрудняет их перемещение относительно друг друга.
Динамика поступательного движения.
Основной закон поступательного движения: производная по времени от количества движения К материальной точки или системы точек относительно неподвижной (инерциальной) системы
Тело, брошено под углом к горизонту.
Как и в случае горизонтально брошенного тела, тело движется, в результате комбинации двух движений: равномерного прямолинейного движения под углом к горизонту и свободного падения в вертикальном на
Движение тела переменной массы.
Дифференциальное уравнение поступательного движения твердого тела, масса которого зависит от времени, имеет вид
Модель колебательного процесса
Колебаниями или колебательным движением называется движение (изменение состояния), обладающее повторяемостью во времени - процесс изменения параметров системы с многократным чередованием их
Модель консервативной системы.
Рассеяние (диссипация) энергии происходит в связи с наличием того или иного вида трения (механическая энергия с течением времени уменьшается за счет преобразования в другие виды энергии, например,
Электрическая подсистема.
Электрическая модель является наиболее и универсальной для описания явлений и процессов различной природы.
Типовыми простейшими элементами электрической подсистемы являются резистор с элек
Модели элементов гидравлических систем
Технические системы, в которых происходит перемещение несжимаемой жидкости, принято называть гидравлическими. Зарубин стр. 110
Участок трубопровода.
По
Модели элементов пневматических систем
Под пневматическими понимают технические системы, в которых рабочей средой является воздух или газ. Рабочая среда, в отличие от газа является сжимаемой: ее плотность r существенно зависит от
Выбор средств доставки грузов.
Имеется m грузообразующих пунктов с объемами грузов аi . Имеется n средств доставки грузов (вид
Экономическая интерпретация задач линейного программирования.
Предприятие располагает определенными, ограниченными производственными мощностями - активными средствами (станки, сырье, рабочая сила, энергия и т.д.). Для изготовления различных видов изделий испо
Перевозки взаимозаменяемых продуктов
Известны объемы и потребности продукции каждого вида. Если продукты, подлежащие перевозке, качественно совершенно различны (уголь, цемент, сахар), так что ни один из них не может быть использован в
Перевозка неоднородного продукта на разнородном транспорте.
Для обеспечения перевозок может быть использовано s автохозяйств, в каждом из которых r типов автомашин. Машины разных типов, обладая различными эксплуатационными характеристиками и р
Формальная запись системы с управлением
Основная особенность управляемых систем – в системе существуют свободные функции, которыми может распорядиться субъект (устройство, исследователь, лицо, принимающее решение) в своих интересах.
Модели систем автоматического управления
Система автоматического управления стремится сохранить в допустимых пределах отклонения (рассогласования) ошибки между требуемыми и действительными значениями управляемых переменных при помо
Устойчивость движения систем
Система управления постоянно подвергается возмущениям, отклоняющим ее от заданного закона движения. Действие возмущения сопровождается восстанавливающим действием регулятора. В системе возни
Определение программного движения и управление движением
Потребности ракетной техники привели к совершенно новым задачам, поскольку кратковременное движение ракеты рассматривается как единый переходный процесс. Здесь возникла еще одна задача – опт
Модели автоматизированных систем управления
Всякая система управления с точки зрения ее функционирования решает три основные задачи: сбор и передача информации об управляемом объекте, переработка информации, выдача управляющих воздействий на
Формирование структуры системы
Структура формируется на основании сравнительного анализа альтернативных вариантов системы, обеспечивающих решение проблемы с учетом внешней среды и неопределенностей будущего функционирования.
Выбор основных проектных параметров системы
Формирование технического облика системы предполагает выбор рациональных значений основных проектных параметров системы, исходя из ее максимальной эффективности в принятых условиях применения.
Современное состояние САПР
Современное состояние САПР уже позволяет решать замкнутые задачи – реализовать сквозной процесс, включающий несколько этапов: анализ требований к изделию, разработка трехмерной модели изделия (в ря
Направления разработки проектной составляющей САПР
Направления разработки проектной составляющей САПР должны соответствовать ключевым направлениям развития проектируемых технических систем: прежде всего разрабатываются те САПР, внедрение которых в
Предпроектные исследования
Проектирование системы начинается с предпроектных исследований, в результате которых определяются цели системы, объем работ, вырабатываются критерии успешности проекта, оцениваются риски. В результ
Постановка задачи
Стадия постановки задачи включает: проведение системно-аналитического обследования и выработка концепции системы, разработка технического задания на проект.
Системно-аналитическое обсле
Проектирование системы
На стадии проектирования на основе анализа предметной области и требований к системе, сформулированных в ТЗ, разрабатываются основные архитектурные решения.
Архитектура процессов –
Архитектура программного обеспечения
Система состоит из двух видов программного обеспечения – общего и специального.
Общее программное обеспечение:
- программное обеспечение сетевого доступа к приложениям и БД
Организационное обеспечение системы
Сложность проектирования организационного обеспечения лежит в социальной, а не в технической сфере – задача психологов и психоаналитиков. Внедрение новых технологий обеспечивает неограниченный прям
Реализация и внедрение системы
Разработчики производят итеративное построение реальной системы на основе полученных в предыдущей фазе моделей, а также требований нефункционального характера. Конечные пользователи на этой фазе оц
Оценка конкурентоспособности
Оценку конкурентов рассматриваемой системы проводится в два этапа: выявление возможных конкурентов и сравнительный анализ конкурентов.
На первом этапе составляется общий список конкурентов
Метод определения чистой текущей стоимости.
Метод оценки приемлемости инвестиций на основе критерия NPV является базовым в современном инвестиционном анализе и широко применяется на практике.
Чистая текущая стоимость - NPV
Метод расчета рентабельности инвестиций
Рентабельность инвестиций - PI (profitability index) - это показатель, позволяющий определить, в какой мере возрастет стоимость фирмы (богатство инвестора) в расчете на 1 доллар (рубль, грив
Метод расчета внутренней нормы прибыли
Внутренняя норма прибыли (внутренний коэффициент окупаемости инвестиций, поверочный дисконт) - IRR (internal rate of return) - представляет собой уровень доходности средств, направленных на
Расчет периода окупаемости инвестиций
Период окупаемости инвестиций РР (payback period) - это срок, который необходим для возмещения суммы первоначальных инвестиций (рассчитанный без дисконтирования).
Если величины дене
Задачи управления проектами
Успешность деятельности предприятия зависит от непрерывной последовательности управленческих решений по инвестиции в проект и управление проектом. Эти решения базируются на анализе внешней среды кА
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов