Системный анализ и проектирование систем управления

6.2. Принципы управления системой

Принцип разомкнутого (программного) управления. В основе его лежит идея автономного воздействия на систему вне зависимости от условий ее работы. Область его практического применения предполагает априорную (a priori – (лат.) до опыта) достоверность знания состояния среды и системы на всем интервале функционирования. Тогда можно предопределить требуемую реакцию системы на заранее рассчитанное воздействие, которое заранее программируется в виде функции независимого переменного времени (рис. 8).

Рис. 8. Принцип разомкнутого управления

Из рисунка видно, что в случае отличия воздействия от предполагаемого немедленно следуют отклонения в характере изменения выходных координат, т.е. система оказывается незащищенной от возмущений в исходном смысле этого термина. По этой причине подобный принцип используют при уверенности в достоверности сведений об условиях работы системы. Например, в организационных системах подобная уверенность имеет место при высокой исполнительской дисциплине, когда отданное распоряжение не нуждается в последующем контроле. По этой причине иногда такое управление называют директивным. Несомненным достоинством подобной схемы является простота организации управления.

Принцип разомкнутого управления с компенсацией возмущений. Содержание такого подхода состоит в стремлении ликвидировать отмеченную ограниченность предыдущей схемы: нерегулируемое воздействие возмущений на движение. Возможность компенсации возмущений, а значит ликвидация недостоверности априорной информации базируется на доступности измерениям воздействий (возмущений) (рис. 9).

Замеренные возмущения используются для вычисления компенсирующего управления, которое парирует последствия возмущений. Обычно наряду с компенсирующим управлением в систему подается и программное воздействие. Однако на практике далеко не всегда удается зафиксировать информацию о внешних возмущениях, не говоря уже о контроле отклонений параметров системы или неожиданных структурных изменениях. В тех случаях, когда доступна информация о возмущениях, принцип их компенсации путем введения компенсирующего управления представляет практический интерес.

Рис. 9. Принцип компенсационного управления

Принцип замкнутого управления. Если в классе разомкнутых контуров управления величина управления не зависит от поведения объекта, а представляет функцию времени или возмущения, то класс замкнутых контуров управления образуют системы с отрицательной обратной связью, т.е. воплощают базовый принцип кибернетики. В такого рода системах заранее программируется не входное воздействие, а требуемое состояние системы, т.е. следствие воздействий на объект, в т.ч. и управлений (!). Следовательно, возможна ситуация, когда возмущение оказывает позитивное воздействие на динамику системы, если оно приближает состояние системы к желаемому. Для реализации принципа априорно находится программный закон изменения состояния системы во времени Спр(t), а задача системы формулируется как обеспечение приближения действительного состояния к требуемому (рис. 10). Это достигается путем определения разности между требуемым состоянием и действительным: ?С(t) = Спр(t)–С(t), которая используется для нахождения управления, призванного свести к минимуму это рассогласование. Тем самым обеспечивается приближение регулируемой координаты к программной функции вне зависимости от причин, вызвавших появление разности, будь то возмущения различного происхождения или ошибки регулирования. Качество управления сказывается на характере переходного процесса и установившейся ошибке – несовпадении программного и действительного конечного состояния. В зависимости от входного сигнала в теории управления различают: а) системы программного регулирования (рассматриваемый случай); б) системы стабилизации, когда Спр(t) = 0; в) системы слежения, когда входной сигнал априорно неизвестен.