Файл: Кравченко Р.Г. Основы кибернетики учеб. пособие.pdf

сохранения и превращения энергии. Не исчезает также и мате­ рия, которая переходит из одной формы в другую. По аналогии это положение можно распространить на все системы и утверж­ дать, что системы, воспринимающие внешние воздействия, пере­ ходят в другое состояние. Иными словами, можно сказать, что при восприятии системой внешнего воздействия, на которое она реагирует, хотя бы одна из характеристик системы, с помощью которых отражается состояние системы, меняет свое значение.

Измеряя значение этих характеристик, получают множество их значений {X}, которые в последующем органе измерения преобразовываются в множество их значений вида {Z}, удобных для использования в процессе управления. Полученная инфор­ мация о фиксируемом и требуемом {П} состоянии выхода си­ стемы сравнивается в органе управления, и в результате этого устанавливается величина рассогласования системы R = X —П. В количественном отношении процесс преобразования величин Y в X может быть отражен определенной функцией, т. е. X — =f(Y). Тогда для компенсации рассогласования системы, выра­ женного множеством величин {т}с^, необходимо на входе скорректировать величины множества У так, чтобы проведенная корректировка привела рассматриваемую систему в заданное состояние. Если нам известен закон (правило) преобразования величин, подаваемых на вход системы, в величины, получаемые на выходе системы, т. е. если нам известна функция f, то в слу­ чае описания преобразования системы линейными зависимо­ стями необходимо в соответствии с функцией f определить зна­ чение таких величин Uy из множества {У}, которые бы соответ­ ствовали условию R=f(Uv). В случае отсутствия достаточной информации о правилах преобразования входных величин в вы­ ходные при тех или иных возмущающих воздействиях управ­ ляющие воздействия могут определяться на основе использова­ ния принципа «черного ящика» либо на основе интуиции. Информация о преобразующих воздействиях 77-команды, рас­ поряжения передаются исполнительному органу. Последний осуществляет команды управления, воздействует на изменения входа системы посредством такого выбора физических компо­ нент, которые соответствовали бы информационным управляю­ щим воздействиям. Таким образом, определенному информа­ ционному входу исполнительного объекта должен соответство­

(устройства) должен соответствовать его информационному входу Uу, т. е. { ± у } ^ и у.

Отметим, что информация также передается с помощью определенных физических воздействий. Но эти физические воз­ действия являются носителями информации и выполняют пере­ даточную роль. Физический выход исполнительного органа дол­ жен иметь другую физическую природу (либо ее превращенную

157

форму) по сравнению с входом, так как в противном случае управляющее воздействие можно было бы осуществлять без исполнительного органа. Так, в производственных системах сло­ весные либо письменные распоряжения руководителя реали­ зуются с помощью определенных физических актов, перевод­ чик преобразовывает звуковое либо письменное отображение на одном языке в отображение той же информации в другой форме — на другом языке. Понижающий трансформатор тот же вид энергии (электрическую) преобразовывает в ту же энер ­ гию, но другого напряжения, а вот электроплитка эту энергию превращает в энергию другого физического вида — в тепловую энергию.

Таким образом, выход исполнительного органа должен быть либо такой же природы, как вход объекта управления, либо эквивалентной ей, в то время как его вход может иметь любую другую физическую природу, обеспечивающую передачу инфор­ мации.

Если распоряжениями руководителей можно изменять, на­ пример способ использования либо приготовления кормов на ферме, то самих кормов эти распоряжения заменить не могут. Поэтому регулирование физических компонент входа системы, по крайней мере в производственных системах, осуществ­ ляется с помощью тех же или эквивалентных физических ком­ понент.

Воздействие выхода исполнительного органа, объединяясь с входом объекта управления: Y\J y{Y±y), должно так изме­ нить выход объекта управления, чтобы величина рассогласова­ ния была сведена к нулю: Х =[(У ±г/); X—П = 0.

Приведенное положение является основным условием управ­ ления системами. Цель управления в общем виде—- свести рас­ согласование системы к нулю, поэтому основное условие управ­ ления можно представить в таком виде: (X—П)-й).

Рассмотрим несколько примеров. Автомобиль будем рас­ сматривать как объект управления, состояние которого характе­ ризуется скоростью его движения, что и является выходом этой системы. Скорость оборота колеса измеряется определенным измерительным устройством и преобразовывается в километры. Эта информация подается шоферу как объекту управления. Правилами уличного движения, установленными для города, села (которые в этом случае являются внешними воздейст­ виями), как программой определена допустимая скорость дви­ жения. Сравнение фиксированной скорости со скоростью, пре­ дусмотренной правилами, определяет величину рассогласования системы. В зависимости от величины рассогласования, зная влияние подачи горючего и воздуха на изменение скорости, определяют значение компенсирующих величин. Изменив на эти величины подачу в двигатель горючего и воздуха, можно ввести автомобиль в заданный режим движения. Приняв со­

158

ответствующее решение, водитель осуществляет физическое воз­ действие на соответствующие рычаги управления.

Рассмотрим как объект управления ферму коров. Выходом здесь является количество надоенного молока. Известно, что этот выход измеряется после каждой дойки количеством кило­ граммов либо литров надоенного молока, причем для каждой фермы устанавливается соответствующее плановое задание. Если фактическое количество полученного молока меньше пла­ нового задания, то получаемое рассогласование отражает не­ желательное состояние системы. На основании величины рассогласования органом управления (заведующим фермой, зоотехником) определяются величина и состав воздействий по регулированию входа системы, например: каких и на сколько увеличить кормов, в какой мере повысить материальную за­ интересованность доярок и т. п. Принятое решение передается исполнителям —дояркам и другим работникам фермы. Послед­ ние осуществляют выполнение полученных распоряжений, и, если эти распоряжения были правильны, достигается устране­ ние рассогласования в управляемом объекте — животноводче­ ской ферме.

Каждое живое теплокровное существо, а также человек обладает удивительным механизмом терморегуляции, который, несмотря на воздействие внешней среды, стремится к поддержа­ нию постоянной температуры тела. Как известно, температура тела измеряется термометром, который в этом случае выступает как устройство измерения, преобразовывающее количество выде­ ляемого тепла в градусы. Известная нормальная температура тела в этом случае является программным заданием. Биологи­ ческий механизм регулирования температуры человеческого тела изучен не в полной мере, но известно, что в здоровом организме независимо от температуры окружающей среды температура тела будет оставаться постоянной. Механизм же регулирования последней проследим на действиях врача. Если в управляемом объекте —у больного установлено положительное либо отрица­ тельное рассогласование (повышение либо понижение1темпера­ туры против нормы), врач в соответствии с рекомендациями медицинской науки и практики определит состав и дозы лекар­ ства, которое должно быть введено больному. Эта управляющая информация может выразиться в форме рецепта или устного указания медицинскому персоналу. Управляющее воздействие затем отразится в приеме лекарства больным. Если диагноз был точен, а способ лечения выбран правильно, рассогласова­ ние системы, т. е. отклонение температуры от нормы, будет

ликвидировано.

В системах управления решаются четыре основных типа за­ дач управления: стабилизации, выполнения программы, слеже­ ния, оптимизации. З а д а ч а м и с т а б и л и з а ц и и системы являются задачи поддержания некоторых ее выходных величин:

159

управляемых величин X вблизи некоторых неизменных задан­ ных значений Х0, несмотря на действие возмущений М, влияю­ щих на значения X. Задачи стабилизации решаются, например, системой терморегулирования, которая поддерживает постоян­ ную температуру тела независимо от температурных колебаний внешней среды, а также при осуществлении технологических операций, так как соответствие выполняемых работ технологи­ ческому процессу является необходимым условием .получения продукции с заданными свойствами.

З а д а ч и в ып о л н е н и я п р о г р а м м ы возникают в слу­ чаях, когда заданные значения управляемых величин Х0 изме­ няются во времени заранее известным образом. К таким зада­ чам относится, например, решение вопросов управления произ­ водством в процессе выполнения пятилетнего плана развития предприятия, отрасли и т. п. В биологии ярким примером такой задачи является развитие организма из яйцеклетки, когда изме­ нение организма, описываемое рядом характеристик X, должно соответствовать значению этих величин, предусмотренному про­ граммой развития во времени Х0(t), т. е. X(t )—CYo (t)- Воздей­ ствие на такую управляемую систему, как маточный молодняк крупного рогатого скота, должно обеспечить переход телок в возрасте до двух лет в нетели. Если этот процесс затяги­ вается, то производству наносится значительный урон, а система управления, приведшая к такому результату, не может быть признана удовлетворительной. Задачи подобного рода прояв­ ляются также в стадийном развитии сельскохозяйственных растений.

В тех случаях, когда изменение заданных значений управляе­ мых величин заранее неизвестно, возникает з а д а ч а с л е ж е ­ ния, т. е. как можно более точного соблюдения соответствия между текущим состоянием системы X(t) и значением ее задан­ ного состояния X0(t) .Такого рода задачи управления возникают при управлении производством товаров в условиях непредви­ денных изменений спроса. Необходимо обеспечить потребность и не допустить образования излишних запасов. Движущийся посевной агрегат отклоняется от следа маркера. Таким образом, управляющие воздействия тракториста по регулированию дви­ жения трактора подчинены решению задачи слежения. Сложные задачи слежения решаются при управлении материально-техни­ ческим снабжением сельского хозяйства, осуществляемым си­ стемой «Сельхозтехника». Они подчинены, в частности, обеспе­ чению бесперебойной работы сельскохозяйственной техники, с тем чтобы не допускать одновременно излишних запасов, т. е. затоваривания торговой системы. Таким образом, в каждый интервал времени количество, например, запасных частей на районных, областных торговых базах «Сельхозтехники» X(t) должно соответствовать возникающему спросу на них в данное

время Х0(0-

160