	Уровень:

Задачи управления сложными системами

Сложной системой (СС) называется система, включающая большое число взаимодействующих элементов (подсистем) и обеспечивающая решение достаточно сложной (комплексной) задачи. К таким системам относятся информационные сети (телефонные, локальные, Интернет), транспортные сети, производственные процессы, системы управления сложными (многоканальными, нелинейными, неопределенными) динамическими объектами (например, воздушными и космическими объектами).

Для сложных систем управления характерны следующие признаки:

комплексный (составной) тип управляемого процесса (объекта), что предполагает включение в его состав нескольких взаимосвязанных более простых (элементарных) объектов О1, О2 и т.д. ;
необходимость последовательного решения задачи управления, т.е. поочередного выполнения основных действий (режимов работы Р1, Р2 и т.д.) основного и / или локальных объектов;
иерархическая структура задачи управления, т.е. подчиненность подзадач, составляющих сложную задачу.

Рис. 1.17

Принято выделять имеющие различный уровень иерархии стратегическую задачу, а также тактические и локальные задачи управления.

Замечание 1.7. Основным в понятиях сложной задачи и сложной системы является их структурируемость, т.е. возможность разбиения на компоненты меньшей сложности. Выбор таких компонент неоднозначен, а используемая при этом терминология (например, названия уровней иерархии) достаточно условна.

К стратегическим задачам управления относят задачи технологического характера: изготовления химического продукта, изделия, детали, управления полетом и проч., т.е. задачи поддержания определенной последовательности действий сложного (комплексного) объекта, в ходе чего решается некоторая задача технологического характера.

Тактическая задача - это элемент общей стратегической задачи, устанавливающий требования к поведению каждого элементарного объекта сложной системы и/или осуществлению элементарного режима. К тактическим задачам управления относится задача управления движением рулевых устройств летательного аппарата, управления обработкой детали на станке, управления циклом химического процесса.

Пример 1.4. Тактическая задача управления обработкой детали на станке оформляется в виде технологической программы . Последняя состоит из "кадров", каждый из которых содержит закодированную информацию о типе выполняемой операции и ее параметрах (скорости движения, координаты узловых точек, виде и параметрах траекторий движения и т.д.), т.е. задание на выполнение локальных задач управления.

Локальная задача - это задача изменения или поддержания состояния элементарного объекта (см. определение термина управление). К локальным относятся, в частности, задачи стабилизации положения или скорости, задачи слежения за внешним объектом или задающим сигналом y*(t).

Таким образом, понятие сложной задачи предусматривает возможность расчленения общей стратегической задачи на ряд более

простых задач, решаемых последовательно или параллельно.

Отсюда вытекают следующие принципы управления сложной системой:

декомпозиция - расщепление сложной задачи и сложного объекта на более простые компоненты (подзадачи и локальные объекты);

децентрализация - выделение своих устройств управления или программных средств (алгоритмов), обеспечивающих решение отдельных подзадач и управление локальными объектами;

иерархическое управление - введение определенной подчиненности подзадач разного уровня сложности и соответствующей подчиненности устройств управления;

многорежимное управление (временная декомпозиция) - последовательное переключение решаемых задач и устройств управления.

Многорежимное управление может осуществляться:

по командам оператора ;
по заранее установленной жесткой программе;
методами самоорганизации, что предусматривает автоматический выбор режимов с учетом возникшей ситуации (решение предусматривает использование процедур самообучения и нечетко-логических схем управления).

Рис. 1.18 иллюстрирует схемы аппаратной и программной реализации многорежимного управления.

Рис. 1.18 Аппаратная (а) и программная (б) реализация многорежимного управления

Пример 1.5 .(Транспортная система.)

Система предназначена для организации автоматической транспортировки предметов (деталей, изделий и инструментов) на технологическом (производственном, торговом и т.д.) участке.

Рис. 1.19. Транспортная система

Схема системы представлена на рис. 1.19, где ТТ1 - ТТ2 - транспортные тележки, С1 - С6 - рабочие станции.

Стратегической задачей такой системы является транспортное обеспечение технологического процесса, т.е. транспортировка предметов между рабочими станциями в соответствии с текущими потребностями участка. Задача разбивается на последовательно и параллельно решаемые тактические задачи - транспортировки груза одной тележкой ТТ i> от станции Сi к станции Сj. Локальные задачи, возникающие при движении тележки - это задачи типа

поддержания заданной скорости движения ТТ;
стабилизация заданной траектории движения;
позиционирования (точной остановки) в заданных точках.