2. Принципы анализа и синтеза систем управления

Сформулированные задачи анализа и синтеза систем управления имеют следующие особенности:

• высокую размерность, определяемую большим количеством и раз­нообразием показателей;

• наличие множества альтернативных показателей эффективности, по которым осуществляется поиск рационального решения;

• отсутствие приемлемых аналитических зависимостей и процедур для определения искомых показателей;

• значительную неопределенность исходных данных.

Исходя из этого поставленные задачи не могут быть эффективно реше­ны с помощью известных методов одноуровневой оптимизации, исполь­зующих достаточно простые аналитические выражения для целевых функ­ций, и требуют применения иных подходов на основе принципов деком­позиции многоуровневого моделирования, позволяющих снизить размер­ность решаемых задач, и многошаговых итеративных процедур выработки решений.

Рассмотрим единые принципы существования и действия сложных систем управления.

Принцип физичности

Принцип физичности: всякой системе (независимо от ее природы) прису­щи законы (закономерности), возможно, уникальные, определяющие внут­ренние причинно-следственные связи ее существования и функциониро­вания.

Принцип физичности включает несколько постулатов- для самостоятельного изучения

Постулат целостности. Сложная система управления должна рассмат­риваться как единое целое.

Система — не множество подсистем, а целостный объект, допускаю­щий различные членения на подсистемы. Поэтому система не тождественна никаким ее элементам (подсистемам).

Система (как целое) обладает особым, системным свойством (свойства­ми), которого нет у подсистем (элементов) при любом способе декомпозиции.

Постулат автономности. С точки зрения постулата целостности, раз­нообразие декомпозиции помогает выявлению системных свойств. С точки зрения постулата автономности, большинство декомпозиций, а может быть все, кроме одной, отпадут.

Принцип моделируемости и его постулаты

Принцип моделируемости: сложная система может быть представлена ко­нечным множеством моделей, каждая из которых отражает определенную грань ее сущности.

Этот важный принцип дает возможность исследовать определенное свойство сложной системы при помощи одной или нескольких упрощен­ных (узкоориентированных) моделей. Модель, ориентирования на определенную группу свойств сложной системы, всегда проще самой системы. Создание полной модели для сложной системы всегда бесполезно, так как , такая модель будет столь же сложной, как и система.

Принцип целенаправленности и его постулаты

Целенаправленность системы — функциональная тенденция, направлен­ная на достижение системой некоторого состояния либо на усиление (или сохранение) некоторого процесса.

При этом система способна противостоять внешнему воздействию, а также использовать среду и случайные события.

Принцип целенаправленности включает постулат выбора.

3. Виды анализа и синтеза систем управления

Структурный анализ и синтез систем управления

Структурный анализ систем управления

Сущностью структурного анализа является определение статических характеристик системы по ее структуре.

Структурный анализ проводится с целью исследования статических характеристик системы путем выделения в ней подсистем и элементов раз­личного уровня и связей между ними.

Объектами исследования структурного анализа являются различные варианты структур системы управления, которые формируются в процессе ее декомпозиции.

В качестве показателей исследуемых структур целесообразно использовать:

• множество выделенных элементов, отношений и связей;

• характеристики элементов и связей;

• обобщенные показатели структур, характеризующие их влияние на эффективность системы управления (число уровней управления, структур­ная устойчивость, экономические затраты на поддержание требуемых структурных характеристик и др.).

Структурный синтез систем управления Сущностью структурного синтеза является разработка (создание, про­ектирование, совершенствование, реорганизация и организация) систе­мы, которая должна обладать желаемыми свойствами. Структурный синтез проводится с целью обоснования множества эле­ментов структуры, отношений и связей между ними, характеристик эле­ментов и связей, обеспечивающих в совокупности максимальную степень соответствия заданным требованиям. Объектами исследования структурного синтеза являются различные ва­рианты разрабатываемых (совершенствуемых) структур системы управления. К основным обобщенным показателям исследуемых структур относятся: число управляемых объектов; время и достоверность доведения информации до управляемых объектов; вероятность реализации полного цикла управления с использовани­ем синтезируемой структуры; жизнеспособность структуры; суммарная стоимость структуры и др.

Функциональный анализ и синтез систем управления

Функциональный анализ систем управления

Функциональный анализ осуществляется одновременно с исследованием структуры системы управления.

Сущностью функционального анализа является определение динамичес­ких характеристик системы на основании принятых алгоритмов ее функ­ционирования.

Функциональный анализ проводится с целью определения динами­ческих характеристик системы путем исследования процессов изменения ее состояний с течением времени на основе принятых алгоритмов (способов, методов, принципов, концепций) управления. Можно сказать, что функ­циональный анализ направлен на детальное исследование процессов уп­равления.

Объектами функционального анализа являются реализуемые системой методы и алгоритмы управления, включая общий алгоритм функциониро­вания, содержащий все основные этапы (фазы, функции) управления, и частные методы и алгоритмы, направленные на выполнение отдельных этапов управления.

Функциональный синтез систем управления

Функциональный синтез, так же как и анализ, осуществляется одновре­менно с исследованием структуры системы управления.

Сущностью функционального синтеза является обоснование динами­ческих характеристик системы управления, которые должны обладать же­лаемыми свойствами.

Цель функционального синтеза — обоснование оптимальных или ра­циональных характеристик процессов функционирования системы управ­ления, т.е. процессов изменения ее состояний с течением времени в соот­ветствии с поставленной целью.

Информационный анализ и синтез систем управления

Объектом информационного анализа и синтеза являются информацион­ные процессы, протекающие в системе управления. Остановимся на их сущ­ности и содержании, для чего рассмотрим:

коммуникационную (информационную) схему передачи информации в системе управления;

классификацию и характеристику информационных процессов;

структуру информационного процесса.

Информационный синтез систем управления

Сущностью информационного синтеза является обоснование необходимого объема и форм представления информации, методов и средств ее переда­чи, обработки, хранения, ввода и вывода для разрабатываемой структуры и алгоритма функционирования системы управления.

Информационный синтез дополняет задачи функционального синтеза и осуществляется с целью определения требуемых качественных и количественных характеристик информации, используемой в процессе функци­онирования системы управления.

Параметрический анализ и синтез систем управления

Параметрический анализ систем управления

Сущностью параметрического анализа является определение необходимой и достаточной совокупности показателей, характеризующих все исследуе­мые свойства системы, и формирование зависимостей, характеризующих суммарный эффект от применения системы или ее элементов.

Цель параметрического анализа — оценка эффективности системы управ­ления на основе определения количественных значений ее показателей.

Объектами исследования параметрического анализа являются частные и обобщенные показатели системы, образующие иерархическую структуру.

Параметрический синтез систем управления

Сущностью параметрического синтеза является обоснование необходимой и достаточной совокупности показателей, позволяющих оценивать желае­мые свойства разрабатываемой системы и ее суммарный эффект.

Цель параметрического синтеза — комплексное определение согласованных и сбалансированных по уровням исследований системы, требуемых значений ее показателей, включая общие показатели эффективности управления, а также частные показатели структуры, процессов функционирования информации.