Универсальная природа основных принципов управления и междисциплинарный характер науки об управлении.

Фундаментальные проблемы современной теории управления

Основное внимание ученых все в большей мере концентрируется на фундаментальных проблемах управления, связанных с ресурсосберегающими технологиями, новой организацией социально-экономических систем, экологической и ядерной безопасностью открытого общества. Существенное отличие стратегий технологической деятельности в начале XXI века состоит в освоении принципиально новых типов объектов и процессов, представляющих собой весьма сложные саморазвивающиеся макросистемы. В таких открытых макросистемах возникают кооперативные явления, базирующиеся в первую очередь не на силовых, а на информационных взаимодействиях. В результате в сложных макросистемах возникают процессы самоорганизации, изучаемые современной нелинейной динамикой и синергетикой. Такого рода принципиально новые кооперативные явления в сложных макросистемах следует непременно учитывать при разработке эффективных стратегий технологической деятельности человека. Эти явления и стратегии естественным образом должны быть включены в познавательные процессы новой мировоззренческой ориентации.

Современные сложные системы разнообразной природы представляют собой комплекс различных подсистем, выполняющих определенные технологические функции и связанных между собой процессами интенсивного динамического взаимодействия и обмена энергией, веществом и информацией. Указанные системы являются нелинейными, многомерными и многосвязными, в них протекают сложные переходные процессы и возникают критические и хаотические режимы. Проблемы автоматического управления такого рода динамическими системами являются весьма актуальными, чрезвычайно сложными и практически недоступными для существующей теории и методов управления. В качестве инструмента для решения этих проблем предлагается использовать принципы и методы новой синергетической теории управления (СТУ), базирующейся на идее направленной самоорганизации и управляемой динамической декомпозиции нелинейных многомерных систем. Рассматривается новая синергетическая концепция в теории системного синтеза, опирающаяся на фундаментальное свойство направленной самоорганизации синтезируемых нелинейных систем.

Существующая теория управления весьма успешно освоила методы централизованного внешнего воздействия на различные объекты, однако, наступило время пересмотра силовых подходов в задачах управления и перехода на идеи самоорганизации синергетики. Отсюда вытекает насущная потребность поиска путей целевого воздействия на процессы самоорганизации в нелинейных динамических системах. Другими словами, возникла необходимость создания способов формирования и возбуждения внутренних сил взаимодействия, которые могли бы породить в фазовом пространстве синтезируемых систем диссипативные структуры, адекватные физической (химической, биологической) сущности соответствующей системы. В этой связи возникает фундаментальная проблема поиска общих объективных законов процессов управления, которая сводится к максимальному учету естественных свойств объекта соответствующей физической природы. Эта принципиально новая проблема системного синтеза порождает крупные самостоятельные задачи в тех предметных областях, к которым принадлежит объект управления.

Подчеркнем два фундаментальных свойства синергетических систем: это, во-первых, обязательный обмен с внешней средой энергией, веществом и информацией и, во-вторых, непременное взаимосодействие, т.е. когерентность поведения компонентов системы. Основные особенности СТУ применительно к проблеме системного синтеза состоят, во- первых, в кардинальном изменении целей поведения синтезируемых систем; во-вторых, в непосредственном учете в процедурах синтеза естественных свойств нелинейных объектов и, в-третьих, в формировании нового механизма генерации нелинейных обратных связей. Конкретно суть этих нововведений состоит в следующем: · цель функционирования синтезируемых систем заключается в достижении целевых аттракторов — асимптотических пределов в их пространстве состояний, отражающих желаемые технологические режимы систем; · целевые аттракторы и инвариантные многообразия отражают физическую сущность процессов, протекающих в соответствующем динамическом объекте; указанные многообразия формируются на основе желаемых технологических инвариантов; · введение в процедуру синтеза инвариантных многообразий позволяет построить регулярный механизм аналитической генерации естественной совокупности отрицательных и положительных нелинейных обратных связей, которые формируют процессы направленной самоорганизации в синтезируемых системах. Таким образом, при синергетическом подходе к синтезу систем целью их функционирования, в отличие от классической ТАР и ТОУ, является не только выполнение требований к характеру переходного процесса, но и, в первую очередь, обеспечение желаемого асимптотического поведения системы на аттракторе или в его близкой окрестности. Такой подход позволяет принципиально разрешить проблему аналитического синтеза объективных законов управления нелинейными многомерными объектами — законов обратных связей, синтезируемых на основе наиболее полных нелинейных моделей динамических объектов с непосредственным учетом их естественных закономерностей, физических критериев и ограничений. Итак, целью синтезируемой системы является достижение соответствующего желаемого аттрактора, т. е. асимптотически устойчивого конечного состояния. Размерность аттрактора — цели исходной системы — обычно существенно меньше размерности ее исходного фазового пространства.

Универсальная природа основных принципов управления и междисциплинарный характер науки об управлении.

Автомат.упр-ие широко применяется во многих технических и биотехнических системах для выполнения операций, не осуществимых человеком в связи с необходимостью переработки большого количества информации в ограниченное время, для повышения производительности труда, качества и точности регулирования, освобождения человека от управления системами, функционирующими в условиях относительной недоступности или опасных для здоровья. Цель управления тем или иным образом связывается с изменением во времени регулируемой (управляемой) величины – выходной величины управляемого объекта. Для осуществления цели управления, с учётом особенностей управляемых объектов различной природы и специфики отдельных классов систем, организуется воздействие на управляющие органы объекта – управляющее воздействие. Оно предназначено также для компенсации эффекта внешних возмущающих воздействий, стремящихся нарушить требуемое поведение регулируемой величины. Управляющее воздействие вырабатывается устройством управления (УУ). Совокупность взаимодействующих управляющего устройства и управляемого объекта образует систему автоматического управления (САУ).

 САУ поддерживает или улучшает функционирование управляемого объекта. В любом процессе управления существует объект, которым управляют (станок, предприятие), и орган, который осуществляет управление (техническое средство, человек). В процессе управления этот орган получает некоторую информацию о состоянии внешней среды, где находится объект и с которым он связан. Вся эта информация воспринимается управляющим органом, который вырабатывает на ее основе руководящую информацию (принимает решения). На основе принятого решения некоторый исполнительный орган (аппарат управления) совершают управляющее влияние на объект, которым руководят. Вот эти три элемента (вместе с информационными связями) образуют структурную систему управления (рис. в тексте).

Принцип разомкнутого управления Сущность принципа состоит в том, что алгоритм управления строится только на основе заданного алгоритма функционирования и не контролируется по фактическому значению управляемой величины. При наличии значительных возмущающих воздействий f величина х может заметно отклониться отзаданной, при этом управление станет непригодным и следует использовать другие принципы управления.

Принцип управления по отклонению (принцип обратной связи). В соответствии с этим принципом система управления наблюдает за объектом, на который воздействуют возмущающие факторы. В результате, в поведении объекта возникают отклонения. Система управления отслеживает наблюдаемые параметры (переменные) и на основе наблюдений создает алгоритм управления. Особенность этого принципа заключается в том, что система управления начинает действовать на объект только после того, как факт отклонения уже свершился. Это и есть "обратная связь". При такой схеме полная компенсация влияния возмущающих воздействий невозможна. Обратной связью называется любая передача влияния из выхода той или другой системы на его вход. Обратная связь является ключевым инструментом, который может быть использован для изменения поведение системы и достижения желаемых переходных процессов. В системах управления обратную связь можно определить как информационную связь, с помощью которой в управляющую часть поступает информация о следствиях управления объектом, то есть информация о новом состоянии объекта, который возник под влиянием управляющих действий.Обратная связь может реали­зоваться в виде непосредственной связи между выходом и вхо­дом всей системы (глобальная обратная связь) или любой части системы (локальная обратная связь). Обратная связь обеспечивает передачу воздействия, информации с выхода неко­торого элемента на вход того же элемента.

Принцип управления по возмущению – принцип компенсации. Отклонение регулируемой величины зависит не только от возмущающего воздействия, но и от управления. Принцип управления по возмущению основывается на том, что система управления наблюдает за возмущающими факторами и, учитывая их, строит алгоритм управления так, чтобы действие этих факторов на систему компенсировалось.

Данная схема применяется в случае, когда влияние возмущающих воздействий существенно, и в случае отсутствия их учета система может сильно отклоняться от желаемого состояния. При такой схеме теоретически возможна полная компенсация влияния возмущений, но только по тем воздействиям, по которым ведется учет. Однако в реальной системе невозможно вести учет всех возмущений, поэтому невозможна и полная компенсация их влияния. Системы управления по возмущению в сравнении с системами, действующими по отклонению, отличается обычно большими устойчивостью и быстродействием. К их недостаткам относятся трудность измерения нагрузки в большинстве схем, неполный учет возмущений. Во многих случаях весьма эффективно применение комбинированного управления по возмущению и отклонению. Комбинированное управление объединяет достоинства двух принципов, но, естественно, схема управления усложняется, а затраты увеличиваются.

Принцип оптимального управления В соответствии с этим принципом управление должно быть наилучшим. Можно выделить два типа задач оптимального управления: · оптимизация конечного состояния объекта управления. Исследуется и оптимизируется конечное состояние объекта, каким "путем" объект пришел в это состояние не учитывается. Задачи этого типа получили распространение в системах организационного и социально – экономического управления. Например, задача планирования выпуска продукции. Решаются такие задачи с использованием методов математического программирования (метода исследования операций).·оптимизация динамики (переходного процесса) состояния объекта управления. Рассматривается траектория переходного процесса, а конечный результат не представляет интереса. Эти задачи наиболее применимы в технике и при управлении технологическими процессами. Решаются они на основе вариационного исчисления, таких методов, как принцип максимума Понтрягина, Беллмана и др.

Стало достаточно общим местом в публикациях отечественных исследователей считать теорию управления междисциплинарной наукой. Теория управления аккумулирует в себе знания различных наук – философии, политологии, социологии, экономики, теории систем, системотехники, системологии, математики и т.д. Это достаточно естественно, поскольку система управления может включать элементы различной природы, которые изучаются различными науками.

3. Декомпозиция и агрегирование при исследовании систем управления;