Принципы управления теории автоматического регулирования

Формирование конкретных принципов управления началось в технике. Была разработана теория автоматического регулирования, которая в последующем была расширена до более широкого применения и названа теорией автоматического управления. Большим достижением теории автоматического управления являются общие принципы управления, разработанные в этой теории, которые названы фундаментальными и являются достаточно общими. Эти принципы пытаются применить и для управления в социально-экономических системах.

Основными из этих принципов являются следующие.

1. Принцип разомкнутого, или программного, управления.

Сущность принципа состоит в том, что управление осуществляется с помощью заданного алгоритма или программы.

Условно этот принцип управления представлен на рис. 2.18, на котором показаны: устройство, вырабатывающее программу или закон функционирования , объект управления, помехи , выходной результат , устройство, которое принято обозначать специальным знаком – кругом, разделенным на секторы, вырабатывающее совокупность управляющих воздействийили выявляющее наличие рассогласования результата с требуемым (как на рис. 2.18).

Рис. 2.18

В некоторых случаях блок выработки закона управления и управляющее устройство совмещены.

Схема имеет вид разомкнутой цепи, в которой основное воздействие передается от входа к выходу, выполняя заданную программу (закон функционирования), что и дало название принципу. При таком принципе управления помехи ζ• могут исказить желаемое . Тем не менее благодаря простоте этот принцип широко используется.

Пример

По разомкнутому принципу построены устройства пуска музыкальной шкатулки, магнитофона и других аудиоустройств, станки с программным управлением, управление конвейером.

Подобием этого принципа можно считать управление работой раба в рабовладельческом обществе на начальной ступени его развития при жестоких рабовладельцах, не учитывавших потребностей раба как человека, подавляющего его человеческое достоинство и принуждающего четко выполнять предписанную программу.

2. Принцип компенсации, или управления по возмущениям. Этот принцип называют также принципом управления с упреждением.

При таком принципе используется устройство, измеряющее помехи и вырабатывающее компенсирующие воздействия, которые корректируют закон управления (рис. 2.19).

Рис. 2.19

Устройство такого рода называют компенсирующим устройством.

Пример

Простейшим примером такого принципа являются устройства, обеспечивающие стабилизацию напряжения при колебаниях постоянного тока. К настоящему времени в теории автоматического управления разработано много разнообразных компенсационных механизмов, в соответствии с типом которых выделяют подклассы устройств и даже детализируют принцип компенсационного управления в соответствии с этими видами устройств.

Этот принцип используется при планировании на предприятиях: при разработке планов учитывается, что производительность труда зависит от износа оборудования, от квалификации рабочих, смены и т.п., и при расчете времени на выполнение плановых заданий вводятся соответствующие корректировки в форме коэффициентов износа оборудования, коэффициентов сменности и т.п.

Применительно к управлению обществом можно считать, что в условиях феодального строя помещик старается учитывать в какой-то мере человеческие потребности крепостного работника, чтобы избежать бунтов или снискать любовь крепостных, что обеспечивало условия для более эффективного их труда.

3. Принцип обратной связи, или управления по отклонению.

Принцип иллюстрируется рис. 2.20. Получаемые значения увых корректируются на основе измерения отклонений Δу от требуемого результата утре6, называемого в теории автоматического управления "уставкой".

Понятие обратной связи легко иллюстрируется на примерах технических и электронных устройств. Однако при использовании этого понятия применительно к социально-экономическим системам это понятие не всегда верно интерпретируется.

Рис. 2.20

Часто ограничиваются только фиксацией рассогласования Δу между требуемым утре6 и фактическим увых значением регулируемого параметра, а необходимо учитывать и реализовать все элементы, не забывая замкнуть контур обратной связи, вырабатывая в блоке обратной связи соответствующие управляющие воздействия, которые скорректируют закон управления x(t).

Обратная связь может быть:

отрицательной – противодействующей тенденциям изменения выходного параметра, т.е. направленной на сохранение, стабилизацию требуемого значения параметра (например, стабилизацию выходного напряжения, или в системах организационного управления – количества выпускаемой продукции и т.п.);

положительной, сохраняющей тенденции происходящих в системе изменений того или иного выходного параметра (что используется при разработке генераторов разного рода, при моделировании развивающихся систем).

Примером строя, основанного на использовании стабилизирующей (отрицательной) обратной связи в управлении, является классический капитализм: обратная связь обеспечивается регулированием рынка рабочей силы, т.е. увольнением работников при перепроизводстве товаров или, напротив, дополнительным приемом на работу при необходимости увеличить производство товаров.

4. Совмещение принципов обратной связи и управления с упреждением.

Для совершенствования управления используют различные способы совмещения принципов управления (например, модель типа приведенной на рис. 2.21).

Рис. 2.21

Совмещение принципов используют и в социально-экономических системах. Поскольку реализация принципа обратной связи связана с безработицей и социальными проблемами, при развитии капиталистического строя используются компенсационные механизмы в форме социальных программ (пособие по безработице и т.п.), уменьшающих возможность кризисов.

По принципу обратной связи функционируют основные регуляторы организма человека (при прикосновении к горячему утюгу человек автоматически отдергивает руку и т.п.). Такой эффект подобен работе термостата (регулятора температуры). Но регуляторы человека только в раннем детстве работают по принципу термостата. В последующем, обжегшись или оступившись несколько раз, ребенок приобретает условный рефлекс, оберегающий его от боли, и регуляторы человека начинают работать по принципу, называемому гомеостазом, упрощенной моделью которого может быть сочетание принципов управления, приведенное на рис. 2.21.

Приведенные принципы позволяют также глубже понять проблему адаптации.

Адаптация – в широком смысле способность системы приспосабливаться к изменяющимся условиям среды, помехам, исходящим от среды и оказывающим влияние на систему. Адаптация определялась также как способность системы обнаруживать целенаправленное приспосабливающееся поведение в сложных средах [53].

Адаптация к среде, характеризующейся высокой неопределенностью, позволяет системе обеспечивать достижение целей в условиях недостаточной априорной информации о среде. Если система не может приспосабливаться к изменениям окружающей среды, то она погибает.

В процессе приспособления могут изменяться: количественные характеристики системы (например, параметры автопилота при изменении динамических характеристик летательного аппарата); структура системы (например, ящерица способна отбрасывать хвост при необходимости, аналогично способность корректировки организационной структуры считается полезной характеристикой предприятия и организации, обеспечивающей их адаптивность); корректироваться закон функционирования, поведение системы.

В развивающихся системах существуют различные формы адаптации: рост системы, настройка и самонастройка, обучение и самообучение, объединение систем в коллектив и, наоборот, – распад системы на отдельные части и т.д.

Высокоорганизованные адаптивные системы обладают, кроме того, способностью изменять внешнюю среду для того, чтобы не было необходимым изменение поведения системы, т.е. способны корректировать внешние условия для достижения своих целей.

Простые формы адаптивного поведения наблюдаются у регуляторов, в технических системах с обратной связью. Этот принцип адаптации иллюстрирует рис. 2.20.

Пример

Такой принцип применяется, например, в устройствах, обеспечивающих стабилизацию напряжения при колебаниях постоянного тока, в бортовой аппаратуре автоматически управляемых космических летательных аппаратов. * У.

В более развитых моделях адаптивного поведения применяется сочетание принципов обратной связи и компенсирующего устройства (см. рис. 2.21). С помощью такой модели можно объяснить функционирование основных регуляторов организма человека, формирование условных рефлексов (например, при накоплении опыта прикосновения к горячему утюгу, человек в дальнейшем автоматически отдергивает руку, даже если утюг не горячий и т.п.).

Наиболее развитую теорию адаптации применительно к техническим системам разработал Я. З. Цыпкин (см. ссылки в [11]). Он исследовал различные формы регулирования в технических системах и показал, что моделью адаптивного поведения можно считать управление с упреждением (или компенсационное управление). При этом в теории Цыпкина устройство, измеряющее помехи и вырабатывающее компенсирующие воздействия, которые корректируют закон управления, представлено как интегратор или дигратор (при дискретных помехах) для накопления помех до уровня, при котором необходима корректировка закона управления.

Сочетание принципов обратной связи и дигратора (вместо компенсирующего устройства на рис. 2.18) представляет собой одну из моделей гомеостата, которую исследовали в первых работах по моделированию процессов адаптации.

Проблему адаптации применительно к живым, биологическим системам, и в частности, при моделировании мозга, исследовал

У. Р. Эшби [103]. В дальнейшем понятие адаптации, наблюдаемое в биологических системах и исследуемое вначале для технических систем, стали применять для социально-экономических систем.

Формы адаптационного поведения социально-экономических систем весьма разнообразны. Адаптационное поведение проявляется в изменении поведения системы в условиях нестабильной среды с целью поддержания существенных переменных в определенных границах, сохранения основных свойств системы или ее структуры.

Поддержание в определенных границах существенных переменных экономических систем (таких, например, как прибыль, рентабельность, объем выпуска продукции, объем реализации, себестоимость продукции, фонд зарплаты и т.п.), сохранение основных свойств системы называют иногда экономическим гомеостазом.

В последующем стал осознаваться тот факт, что на нестабильность системы могут влиять не только внешние помехи, но и внутренние факторы нестабильности системы, применительно к которым тоже можно говорить об адаптации и необходимости создания адаптационных механизмов.

Исследования нелинейных развивающихся систем с неопределенностью показали, что каждая система в своем развитии проходит через максимум адаптационных возможностей, после чего наступает фаза размножения. В результате этих исследований М. Б. Игнатьевым[1] был открыт феномен адаптационного максимума.

Наиболее сложной формой адаптации обладают самоорганизующиеся системы. При этом исследование адаптационных механизмов приводит к анализу сложных проблем противоречия стабильности (управляемости) и свободы инициатив, которые играют важную роль в обеспечении развития системы и ее приспосабливаемости к изменяющимся условиям (как внешним, так и внутренним), т.е. к исследованию проблемы устойчивости развивающихся систем.

Рассматриваемые модели для пояснения представлены в графической форме. Однако они могут быть отображены и формальными аналитическими методами, которые помогают проводить исследования функционирования и устойчивости систем. Они в основном применяются для исследования технических систем. Но могут применяться и для объяснения принципов построения и функционирования объектов более высокоорганизованной природы – для моделирования рефлексов животных и человека, процессов регулирования параметров живых организмов (давления, температуры и т.п.), и даже – с некоторым приближением для объяснения принципов, положенных в основу соответствующих формаций социальной сферы.

Здесь имеется аналогия с действием закона рекапитуляции Э. Геккеля, в соответствии с которым стадии, через которые проходит организм в процессе своего развития, повторяют эволюционную историю группы, к которой он относится. Видимо, поэтому в высокоорганизованных системах есть процессы, которые могут быть отображены методами и моделями, разрабатывавшимися для неживых систем. На этом основана и возможность применения математических методов для моделирования некоторых процессов в живых системах.

  • [1] Игнатьев, М. Б. Голономные автоматические системы / М. Б. Игнатьев. – М.: изд. АН СССР, 1963.
 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >