Простой блок управления (отрицательная обратная связь).

Чтобы блок управления системы мог «увидеть» (почувствовать и измерить) результат действия системы, он должен иметь соответствующий рецептор «У» на выходе системы и линию связи между ним и рецептором «У» (реципрокный путь).

Логика работы такого управления заключается в том, что если результат действия больше заданного, то нужно его уменьшить, активировав меньшее число СФЕ, если меньше – то увеличить, активировав больше число СФЕ. Поэтому такая связь называется отрицательной. А так как информация движется обратно, от выхода системы в сторону её начала,она называется обратной. В итоге получается отрицательная обратная связь (ООС).

Рецептор «У» и реципрокный путь составляют ООС, а вместе с анализатором-информатором и эфферентными путями (стимулятором) составляют петлю ООС. В зависимости от потребности и на основе информации ОСС блок управления по мере необходимости включает или выключает функции управляемых СФЕ (рис. 8).

Рис. 8. Блок-схема системы с простым блоком управления. Отрицательная обратная связь.

Отличие данной системы от составной СФЕ только в наличии рецептора «У», который измеряет результат действия, и реципрокных путей, по которым информация передаётся с этого рецептора в анализатор. А – активна одна СФЕ, В – активны три СФЕ, С – активны все СФЕ. Число активных СФЕ определяется ОСС.

1 – рецептор "Х"; 2 – ППС.; 3 – ООС; 4 – неактивные СФЕ; 5 - рецептор «У» для измерения результата действия системы; 6 – активные СФЕ.

Таким образом, система, в отличие от СФЕ, содержит как ППС, так и ООС. Прямая управляющая связь активирует систему, а отрицательная обратная связь определяет число активированных СФЕ.

Рис. 9. Простой блок управления систем с ООС (А) и алгоритм его работы (В) .

Цель системы - результат действия «Y» должен быть равен уставке «М» (Y=M). Действия системы для достижения цели осуществляют элементы исполнения. Блок управления следит за правильностью выполнения действий.

Блок управления, содержащий ППС и петлю ООС, является простым. Петля ООС постоянно отслеживает результат действия исполнительных элементов (СФЕ). Если результат действия получается больше, чем задано, нужно его уменьшить, если результат меньше заданного – нужно его увеличить. Через уставку задаются параметры управления («база данных»), например, каким должно быть соотношение между внешним воздействием и результатом действия, или какой уровень результата действия нужно постоянно удерживать и т.д. При этом максимальной точностью будет результат действия одной СФЕ (квант действия).

Системы с ООС, как и составные СФЕ, также содержат два типа объектов:

 элементы исполнения (СФЕ) (эффекторы, которые выполняют специфические действия для достижения заданной генеральной цели системы)

 блок управления (ППС и петля ООС)

Но блок управления системы кроме информатора «Х» также содержит и информатор «У» (ОСС). Поэтому у него есть информация и о внешнем воздействии, и о результате действия. система с ООС может оптимально выполнить любое необходимое действие, от минимума до максимума с точностью до одного кванта действия.

Системы с ООС могут решать большинство задач намного лучше, чем простые или составные СФЕ. Наличие ООС почти не усложняет систему.

Любая СФЕ (простая и составная) может выполнить только минимум или максимум действия. Системы с ООС уже могут дать оптимум результата действия, от минимума до максимума, являются точными и стабильными. Их точность зависит только от величины кванта действия отдельной СФЕ и глубины ООС. Стабильность обусловлена тем, что система постоянно «видит» свой результат действия, может сравнивать его с должным и исправлять его, если есть расхождение.

Любой блок управления характеризуется тремя параметрами ППС и столько же параметров петли ООС. Для ППС это:

· минимальным уровнем контролируемого входного воздействия (порог чувствиетльности)

· максимальным уровнем контролируемого входного воздействия (диапазон чувствительности входного воздействия)

· временем включения управления (временем принятия решения)

Для петли ООС это:

 минимальным уровнем контролируемого результата действия (порог чувствительности петли ООС - глубина ООС)

 максимальным уровнем контролируемого результата действия (диапазон чувствительности результата действия)

 временем включения управления (временем принятия решения)

Минимальный уровеньконтролируемого входного сигнала для ППС – это порог чувствительности сигнала рецептора «Х», начиная с которого анализатор-информатор распознаёт, что внешнее воздействие уже началось

Максимальный уровень контролируемого входного сигнала (диапазон) для ППС – это уровень сигнала о внешнем воздействии, при котором срабатывают все СФЕ.

Время включения ППС – промежуток времени между началом внешнего воздействия и началом срабатывания системы.

Минимальный уровеньконтролируемого выходного сигнала для ООС – это порог чувствительности сигнала рецептора «У», начиная с которого анализатор-информатор распознаёт, что есть расхождение между результатом действия системы и его должной величиной.

Глубина ООС – это число квантов действия одиночных СФЕ системы, сумма которых распознаётся как расхождение между актуальным результатом действия и должным. Задаётся уставкой.

Максимальный уровень контролируемого выходного сигнала (диапазон) для ООС – это уровень сигнала о результате действия системы, при котором срабатывают все СФЕ.

Время включения управления ООС – промежуток времени между началом расхождения сигнала о результате действия с целевым и началом срабатывания системы.

Все эти параметры могут быть «встроены» в ППС и в петли ООС либо изначально (уставка вводится при их «рождении»), Либо могут быть введены с уставкой позже и эти параметры можно менять путём ввода извне новой уставки.

система с простым блоком управления является объектом, который может реагировать на определённое внешнее воздействие, а результат её действия градуированный и стабильный.

У простого блока управления есть три канала управления – один внешний (уставка) и два внутренних (ППС и ООС). Он реагирует на внешнее воздействие через ППС (информатор «Х») и на собственный результат действия системы (информатор «У») через ООС, а через эфферентные пути управляет исполнительными элементами системы.

Таким образом, используя ППС и ООС и регулируя работу своих СФЕ система продуцирует свои результаты действия, качественно и количественно соответствующие заданной цели.

Основные понятия теории сложности. Сложность

Сложность — свойство современных систем управления.

Различают следующие понятия сложности:

1) Математическое

2) Информационное

3) Структурное

4) Обобщенное

5) Алгоритмическое

6) и др.

Математическое понятие относится к теории конечных автоматов. 50-е гг XX века. Основная характеристика сложности системы — число элементарных блоков, образующих систему.

Информационное понятие введено Колмогоровым и относится к теории информации. Сложность здесь связана со случайностью. Основная характеристика сложности системы — спектр частот. Вроде бы такого понятия достаточно для оценок свойств системы, но все же есть недостаток: не учитываются комбинации подсистем в системе.

В структурном понятии учитываются взаимосвязи между подсистемами в системе. Систему формируют таким образом, чтобы она обладала определенными статическими и динамическими характеристиками. Основная характеристика сложности системы — статические (установившееся состояние системы) и динамические (переходные режимы системы) свойства системы.

При реализации системы стремятся использовать наиболее простые технические средства. Таким образом, косвенно учитываются требования надежности и стоимости. Учет надежности и экономичности на этапе проектирования делает эту задачу более корректной. Кроме того, любая задача должна быть математически корректной (математическая корректность — сходимость алгоритмов управления). Неустойчивость алгоритмов обусловлена 1) неточностью исходных данных, 2) неточностью их реализации в компьютере на этапе проектирования или в ВК (вычислительном Комплексе) при работе с системой.

В обобщенном понятии основная характеристика сложности системы — шкала сложности. Основные признаки построения шкалы сложности:

— порядок дифференциального оператора

— спектр частот

— основные характеристики ВК

— надёжность

— стоимость

— алгоритмическая сложность и др.

Основные понятия теории сложности. Иерархия

Когда проблемой является определение свойств системы по характеристикам отдельных подсистем, используется иерархический подход, позволяющий решить эту проблему.