Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

СА с позиции кибернетики

Кибернетика (по Амперу) – наука об управлении государством.

Кибернетика (по Винеру) – наука об управлении в живом организме, природной системе и машине на основе приема, передачи, переработки и использования информации в соответствии с принципом обратной связи.

Конструктивность определения Винера:

1) упоминание обратной связи;

2) упоминание о подобии (одинаковости) свойств живого человеческого организма, природной системы и машины (технической системы);

3) универсальность алгоритмов в системах различной природы;

4) обратил внимание на роль информации: новое направление, позволяющее в будущем (в перспективе) создавать системы лучшего качества на основе последних достижений анализа в биоэнергоинформатике).

Системы лучшего качества – энергетичность Е – уменьшается, а информационное обеспечение значительно расширено от простейшего к сложнейшему.

, где I – информационность, Е – энергетичность,

V – жизнеспособность (витальность)

Рис. 1. Эволюция систем

 

В реальных технических системах имеет место более общий факт в изменении E, I. В типичной иерархической структуре АСУ имеет место увеличение информационного обеспечения снизу вверх, а энерговооруженность системы возрастает сверху вниз. Это не противоречит рис. 1, т.к. исторически при движении от простой к сложной, система формировалась снизу вверх.

Известны три основные класса систем в кибернетике:

1) Системы регулирования

2) Системы управления

3) Иерархические СУ

С позиции СА имеет место последовательность от системы регулирования и системы управления, которая, в конце концов, превращается в иерархическую систему управления.

 

 

Рис. 2. Схема системы управления-регулирования

 

Управление – получение желаемой траектории и ее коррекция.

Регулирование – обеспечение качественного движения в окрестности оптимальной, желаемой траектории (нижний уровень).

 

Рис. 3. Схема САУ и САР при точных измерениях  и
с учетом коррекции желаемой траектории

 

x – векторное состояние;

v – возмущение;

u – управление;

,

r – регулирующее воздействие;

x₀ – опорная траектория.

На рисунке 3 обозначены

1 – объект;

2 – регулятор ;

3 – управляющее устройство (вырабатывает u и опорную траекторию x₀ на основе J и математической модели системы);

4 – устройство формирования показателя цели системы;

5 – устройство коррекции алгоритма оптимального управления, изменяет цели управления (работает на основе влияния подсистем более высокого уровня).

 

Понятие о б иерархии

Рис. 4. Типичная функциональная структура иерархической АСУ

 

Если объект состоит из нескольких подсистем или это многообъектная управляемая система, тогда может иметь место несколько связанных задач регулирования и оптимизации управления.

Уровень координации необходим, если задача управления и регулирования формируется в рамках достаточно сложного объекта, состоящего из подсистем.

Тогда координация в большом – решение в целом задачи уровня управления, регулирования или принятия решения в условиях несогласованности и конфликтности подсистем, составляющих уровень. Заключается в балансировке по эффективности задач, составляющих уровень (ТОУ ММС).

Координация в малом в этих условиях заключается в структуризации сложной задачи оптимизации управления на подзадачи и решение каждой из них с добавленным условием, которое необходимо для получения общего решения близкого к решению исходной неструктурированной задачи (т.е. обеспечение совместного решения этих подзадач такого, чтобы это решение было близко к решению исходной сложной задачи оптимизации управления). При этом задачей уровня координации является слежение за ходом решения сложной декомпозиции задачи управления с целью обеспечения близости результата декомпозиции задачи с результатом исходной. В других задачах уровень локальной координации появляется из-за необходимости координированного управления группы объектов нижнего уровня.

На уровне принятия решений формируется выбор вариантов функционирования или проектирования подчиненных систем и распределения ресурсов по подзадачам, которые возникают на нижних уровнях.

Чаще всего на уровне ПР функционирует ЛПР (лицо, принимающее решение), которое с помощью экспертной системы или группы экспертов реализует эту задачу.

 

СА с позиции биологии.

 

3.1) САР с обратной связью (кибернетическое и биологическое понятия)

3.2) Открытые системы – базируются на общей теории систем (системы консервативные (с обратным временем) и диссипативные (с рассеиванием (с деградацией))

В общих моделях систем под влиянием окружающей среды происходит не только изменения энергии, но и изменения вещества:

, ,

где  — компартменты — определенное количество вещества и/или энергии;

 — интенсивность прироста вещества и/или энергии;

 — интенсивность убывания вещества и/или энергии.

Например в биологии,  может иметь смысл процентного содержания вещества в каких-то локальных объемах организма или иметь смысл энергетической характеристики обмена веществ.

В открытой системе имеют место ситуации .

В закрытой системе — .

О «жестком» и «мягком» СА

«Жесткий» СА на основе строгого математического программирования (в том числе исследования операций) дополняется «мягким» СА (американская корпорация RAND – военное противостояние с научной точки зрения), где применяются малоформализованные процедуры экспертного анализа.

Выход за рамки ЖСА в следующем смысле:

• отказ от жестких критериев (стоимость, эффективность) как основных критериев СА;
• разработка методики последовательного анализа проблемы;
• активное использование принципа обратной связи для корректировки;
• акцентирование основного внимания на основные (корневые) проблемы;
• разработка специальных человеко-машинных операций, формирование процедур «человек-машина»;
• экспертный подход.

6.    Определения структур в СА, понятия структурных преобразований.

Понятие структуры

Структура – это

Определение 1 Средство отражения функционального назначения элементов и системы в целом (с указанием взаимосвязи между элементами)

Определение 2 (по Бурбаки – математическая школа) – это родовое понятие, касающееся физических элементов и явлений, природа которых может быть и не определена; структура отражает состав этих элементов и операции, которые над ними надо производить.

Определение 3 (общепринятое) – это решетка, то есть частично упорядоченное множество, любое двухэлементное подмножество которого имеет четко определенную верхнюю и нижнюю грани.

Примеры:

а)    М – линейное упорядоченное множество или цепь

supremum – наименьшая из верхних границ;

infinum – наибольшая из нижних границ.

б)

Непрерывное множество, упорядоченное по величине

в)

Например, на действительной оси R₁ для любой пары чисел имеет место свойство решетки.

г) набор действительных функций, определенных на отрезке [0,1] и упорядоченных:

 или .

Эти примеры обобщаются в топологии.

Понятие структурных преобразований.

С введением этих операций решетка превращается в элементарную алгебру:

 

 

Треугольная структура

Рис. 9. Типовая функциональная схема иерархической системы управления

 

На каждом уровне существует горизонтальное свойство.

1.1…1.m₁ — датчики первичной информации о состоянии и регуляторы – уровень САР;

2.1…2.m₂ — локальные оптимизаторы совместно с информационной системой, которые преобразуют первичную информацию в форму, необходимую для оптимизации – уровень оптимизации САУ – уставка на регулирование;

3.1…3.m₃ — координаторы, которые совместно с информацией об управлении решают следующие задачи:

• глобальная координация – заключается в уровновешивании эффективностей функционирования подсистем 1, 2 уровня;
• локальная координация – заключается в разделении более сложной задачи управления на связанные подзадачи оптимизации;

4.1 — уровень принятия решений, который обеспечивает оптимальное решение.

 

Ромбовидная структура

 — регуляторы уровня регулирования;

 — управляющая подсистема уровня оптимизации управления;

 — координирующая подсистема уровня локальной координации;

 — уровень принятия решений (экспертная система, оператор, автоматизированная система);

 — информация для уровня регулирования;

 — информация для уровня управления;

 — информация для уровня координации;

 — информация для уровня ПР.

Рис. 10 Ромбовидная структура

 

Уровень координации выполняет функцию локальной координации.

Глобальная координация – задает свойство балансировки по эффективности всех подзадач, составляющих любой уровень.

Аналог этой балансировки реализуется на уровнях информационных подсистем, которые подготавливают информацию для соответствующего управляющего уровня и связаны между собой.

 

СА с позиции кибернетики

Кибернетика (по Амперу) – наука об управлении государством.

Кибернетика (по Винеру) – наука об управлении в живом организме, природной системе и машине на основе приема, передачи, переработки и использования информации в соответствии с принципом обратной связи.

Конструктивность определения Винера:

1) упоминание обратной связи;

2) упоминание о подобии (одинаковости) свойств живого человеческого организма, природной системы и машины (технической системы);

3) универсальность алгоритмов в системах различной природы;

4) обратил внимание на роль информации: новое направление, позволяющее в будущем (в перспективе) создавать системы лучшего качества на основе последних достижений анализа в биоэнергоинформатике).

Системы лучшего качества – энергетичность Е – уменьшается, а информационное обеспечение значительно расширено от простейшего к сложнейшему.

, где I – информационность, Е – энергетичность,

V – жизнеспособность (витальность)

Рис. 1. Эволюция систем

 

В реальных технических системах имеет место более общий факт в изменении E, I. В типичной иерархической структуре АСУ имеет место увеличение информационного обеспечения снизу вверх, а энерговооруженность системы возрастает сверху вниз. Это не противоречит рис. 1, т.к. исторически при движении от простой к сложной, система формировалась снизу вверх.

Известны три основные класса систем в кибернетике:

1) Системы регулирования

2) Системы управления

3) Иерархические СУ

С позиции СА имеет место последовательность от системы регулирования и системы управления, которая, в конце концов, превращается в иерархическую систему управления.

 

 

Рис. 2. Схема системы управления-регулирования

 

Управление – получение желаемой траектории и ее коррекция.

Регулирование – обеспечение качественного движения в окрестности оптимальной, желаемой траектории (нижний уровень).

 

Рис. 3. Схема САУ и САР при точных измерениях  и
с учетом коррекции желаемой траектории

 

x – векторное состояние;

v – возмущение;

u – управление;

,

r – регулирующее воздействие;

x₀ – опорная траектория.

На рисунке 3 обозначены

1 – объект;

2 – регулятор ;

3 – управляющее устройство (вырабатывает u и опорную траекторию x₀ на основе J и математической модели системы);

4 – устройство формирования показателя цели системы;

5 – устройство коррекции алгоритма оптимального управления, изменяет цели управления (работает на основе влияния подсистем более высокого уровня).

 

Понятие о б иерархии

Рис. 4. Типичная функциональная структура иерархической АСУ

 

Если объект состоит из нескольких подсистем или это многообъектная управляемая система, тогда может иметь место несколько связанных задач регулирования и оптимизации управления.

Уровень координации необходим, если задача управления и регулирования формируется в рамках достаточно сложного объекта, состоящего из подсистем.

Тогда координация в большом – решение в целом задачи уровня управления, регулирования или принятия решения в условиях несогласованности и конфликтности подсистем, составляющих уровень. Заключается в балансировке по эффективности задач, составляющих уровень (ТОУ ММС).

Координация в малом в этих условиях заключается в структуризации сложной задачи оптимизации управления на подзадачи и решение каждой из них с добавленным условием, которое необходимо для получения общего решения близкого к решению исходной неструктурированной задачи (т.е. обеспечение совместного решения этих подзадач такого, чтобы это решение было близко к решению исходной сложной задачи оптимизации управления). При этом задачей уровня координации является слежение за ходом решения сложной декомпозиции задачи управления с целью обеспечения близости результата декомпозиции задачи с результатом исходной. В других задачах уровень локальной координации появляется из-за необходимости координированного управления группы объектов нижнего уровня.

На уровне принятия решений формируется выбор вариантов функционирования или проектирования подчиненных систем и распределения ресурсов по подзадачам, которые возникают на нижних уровнях.

Чаще всего на уровне ПР функционирует ЛПР (лицо, принимающее решение), которое с помощью экспертной системы или группы экспертов реализует эту задачу.

 

СА с позиции биологии.

 

3.1) САР с обратной связью (кибернетическое и биологическое понятия)

3.2) Открытые системы – базируются на общей теории систем (системы консервативные (с обратным временем) и диссипативные (с рассеиванием (с деградацией))

В общих моделях систем под влиянием окружающей среды происходит не только изменения энергии, но и изменения вещества:

, ,

где  — компартменты — определенное количество вещества и/или энергии;

 — интенсивность прироста вещества и/или энергии;

 — интенсивность убывания вещества и/или энергии.

Например в биологии,  может иметь смысл процентного содержания вещества в каких-то локальных объемах организма или иметь смысл энергетической характеристики обмена веществ.

В открытой системе имеют место ситуации .

В закрытой системе — .

Компартментальное описание системы

Компартмент – обособленное количество вещества, функционального состояния, ресурсов или энергии, а также информации, целевых свойств, которое в ходе транспортных, производственных процессов и обмена веществ в системе может рассматриваться как единое целое. Система уравнений на пространстве компартментальных состояний имеет вид

.

Модель содержит n компартментов, каждому из которых отвечает одна переменная состояния .

Если компартмент векторный, то  — вектор,

 – вектор состояния системы;

 – вектор возмущений;

 – транспортный поток вещества (энергии) (индекс О – окружающая среда);

 – скорости протекания вещественно – энергетических процессов.

Компартменты подразделяются на рабочие  и накопительные .

В рабочих, число которых , имеют место производственные процессы.

Заданные режимы формируются в виде заданий  или  — вектор управления.

Если  – источники,  – стоки. В источниках имеет место продуцирование, в стоках – потребление. В целом рабочий процесс в СЕТО или ИТС может быть связан с источниками и стоками одновременно. Процесс обработки деталей на станке можно представить источниками: электроэнергия, заготовки, запчасти при ремонте. Биохимический процесс в СЕТО при синтезе энергии в митохондриях живой клетки может быть описан вектором v из четырех компонент:  – источник полезной энергии (молекула АТФ),  – сток горючего (глюкоза), окислители (кислород) в процессе потребления.