3. Теоретические основы учебной дисциплины асу аэс.

Рассматривая теоретические основы учебной дисциплины, обратим внимание на термин «система».

Если следовать общепринятому определению, то термин «систе­ма» означает, в общем, множество элементов и отношений между ними. Термин отношение используется здесь в самом широком смысле, включающем весь набор родственных понятий, таких, как ограничение, структура, информация, организация, сцепление, связь, соединение, взаимосвязь, зависимость, корреляция, образец и т. д.

С конца 30-х годов системы являются предметом иссле­дования математиков, рассматривающих изучение «систем вообще». Эта дисциплина называется по-разному: системоло­гия, теория общих систем, общая теория систем, системотехника и т. п.

Термины «общая система» и «общая теория систем» предложены, по-видимому, Л. фон Берталанфи. Он употреблял их устно еще в 1930-х гг., однако первые публикации появились только после второй мировой войны. С его точки зрения «общая теория систем — это логико-математическая область, задачей которой является формулирование и вывод таких общих принципов, ко­торые применимы ко всем «системам»». Фон Берталанфи не только автор идеи общей теории систем, но и один из главных организаторов исследований в этой области.

Вполне аналогичные концепции, но связанные не с общесистемными исследо­ваниями, а рассматривающие информационные процессы в системах, таких, как связь и управление, были сформулированы в конце 40-х — начале 50-х гг. и по­лучили название «кибернетика». Наибольшее влияние в этом направлении оказа­ли классические книги Н. Винера [339] и У. Росс Эшби [17]. Кибернетика, кото­рую Винер определил как исследование «связи и управления в животном и ма­шине», основывается на понимании того, что связанные с информацией проблемы можно вполне содержательно и успешно изучать, по крайней мере, до некоторого предела, независимо от определенного контекста.

В предисловии к книге У. Р. Эшби «Введение в кибернетику» акад. А. Н. Колмогоров так определяет кибернетику: «Кибернетика занимается изу­чением систем любой природы, способных воспринимать, хранить и преобра­зовывать информацию и использовать ее для управления и регулирования».

Берталанфи включил кибернетику в теоретическую часть общей теории систем (ОТС).

Техническим фундаментом кибернетики стала автоматика - техническая наука, разрабатывающая принципы построе­ния автоматических систем и необходимых для них автоматических средств (элементов), методы анализа и синтеза этих систем.

Началом развития автоматики как науки считается 1765 год, когда талант­ливый русский механик И. И. Ползунов создал первую в мире замкнутую авто­матическую систему для регулирования уровня воды в паровом котле. Среди русских ученых и изобретателей, внесших большой вклад в развитие автомати­ки, следует назвать имена И. А. Вышнеградского, А. М. Ляпунова, П. Л. Чебышева, Н. Е. Жуковского и др. Трудами этих ученых были заложены основы теории автоматического регулирования. Особенно большой вклад в развитие теории автоматического регулирования был внесен выдающимся русским уче­ным И. А. Вышнеградским. Он впервые показал, что процессы в регуляторе и объекте регулирования неразрывно связаны между собой, и поэтому исследова­ние необходимо производить при их совместной работе. Исключительное зна­чение для развития теории автоматического регулирования имели труды А. М. Ляпунова. Он доказал теоремы, позволяющие оценивать устойчивость движения систем автоматического регулирования по приближенным линейным уравнениям вместо исходных нелинейных.

Бурное развитие автоматики, электроники и вычислительной техники в послевоенный период привело к внедрению автоматики буквально во все области деятельности человека.

Автоматика состоит из двух частей: теории автоматического регулирования и управления и технических средств построения автоматических систем.

Теория автоматического регулирования и управления — это наука о прин­ципах построения автоматических систем и закономерностях протекающих в них процессов. Основная задача этой науки состоит в построении оптимальных или близких к ним автоматических систем, а также в исследовании статики и динамики этих систем. Однако автоматика всегда распространялась, глав­ным образом, на физическую сферу деятельности человека, на замену и повторе­ние простейших движений его тела и конечностей.

Однако внедрение автоматических систем управления не позво­лило исключить человека из контура управления, а тенденции разви­тия общественного производства, наоборот, усложнили функции, выполняемые им. Эти причины, а также появление ЭВМ способство­вали бурному развитию автоматизированного управления, отличи­тельными чертами которого являются автоматизация комплексов процессов или объектов, включение человека в контур управления, информационный и вероятностный подход к процессу управления, использование ЭВМ как основного технического средства, реали­зующего функции управления.

Схема, приведенная на рис. 1.1, позволяет точнее определить по­нятие «автоматизированная система» как систему, в которой хотя бы на одном этапе цикла управления используются компьютеры и тех­нические средства.

Появление кибернетики вызвано слиянием многих до нее существовавших независимых дисциплин, каждая из которых, в свою очередь, порождалась потребностями практики. К числу их можно отнести теорию информации, теорию алгоритмов, теорию ав­томатов. Поэтому помимо теории автоматического управления появилось новое научное направление – теория автоматизированных систем управления (АСУ).

Рис. 1.2 Теоретические основы автоматического и

автоматизированного управления.

По примеру акад. А. И. Берга (1961, 1964 г), мы разобьем всю область кибернетических исследований три главные части:

1) общую, или теоретическую, кибернетику, которая имеет дело с общими математическими моделями управ­ления и представляет собою по существу математическую или физико-математическую дисциплину;

2) техническую, или инструментальную, кибернетику, которая заботится о техническом осуществлении и тех­ническом моделировании управления;

3) ряд прикладных ветвей, занимающихся управле­нием в частных областях и выступающих под названия­ми кибернетики биологической, медицинской, экономи­ческой, военной, психологической, педагогической и т.

Общая кибернетика, несмотря на ряд попыток систематизации, остается еще во многом фрагментарной. ( ней относят, например, такие разделы, как теория информации, теория следящих систем (сервомеханиз­мов), теория конечных автоматов и т. п., но их не всегда легко связать между собою.)

Техническая кибернетика продолжает традиции клас­сической автоматики; ее главное оружие — электронные вычислительные (они же логические) машины. Она заслуживает выделения среди других применений общей кибернетики потому, что сама является универсально применимой; с ее помощью автоматизируется управле­ние в различных областях. Технические термины, такие, как «машина», «автомат», «регулятор», часто употреб­ляются и в общей кибернетике, но там они приобретают более широкое и отвлеченное значение.

Прикладные отрасли, постоянно умножающиеся в числе, придают кибернетическим исследованиям их не­однократно отмеченный комплексный, междисциплинар­ный характер. Большинство этих частных теорий управ­ления существовало и прежде, по крайней мере, в за­чатке, но теперь они получили в свое распоряжение единый язык и общий аппарат.

Общий подход повышает эффективность управления, облегчает выбор оптимальных альтернатив. В этом прак­тическом плане кибернетика предстает перед нами как техника наиуспешнейшего достижения целей, как искус­ство получать максимальные результаты минимальной ценой..

Кибернетика может также воспользоваться методами двух родствен­ных научных направлений, возникших почти одновре­менно с нею, в те же военные и послевоенные годы. Речь идет об исследовании операций и системном анализе, некоторые считают их прямо ветвями кибернетики.

Исследование операций, созданное в ходе II мировой войны для лучшего управления войсками и затем при­мененное в промышленности, имеет целью снабжать руководство количественными данными.

Системный анализ, или системный подход требует рассматривать изучаемые явления и объекты не только как самостоятельную систему, но и как подсистему некоторой большей системы. Системный подход требует прослеживания как можно большего числа связей – не только внутренних, но и внешних – с тем, чтобы не упустить действительно существенные факторы и связи и оценить их эффекты.

Системный анализ, или системный подход, развивал­ся во многих отраслях науки и техники как средство исследования и проектирования больших, сложных си­стем; подобно исследованию операций, он облегчает постановку задач для кибернетиков и дает им более точные и удобные математические модели.

Однако формулировки положений и приемов системного анализа крайне фрагментарны и, за редким исключением, наце­лены на конкретные классы задач.

Нет учебника или монографии, где были бы систематизированы те принципы, рассуждения и методики, на применении которых основано множество прикладных работ.

Автоматизированное управление базируется на теории информа­ции, теории сложных систем, теории автоматического управления, теории принятия решений.

Таким образом, теоретической основой учебной дисциплины АСУ АЭС являются теория автоматического регулирования и управления, теория автоматизированного управления. При изучении дисциплины используются методы системного анализа.