Задачи анализа и синтеза систем управления.
Системный подход – подход к исследованию объекта (проблемы, явления, процесса) как к системе, в которой выделены элементы, расположенные в определенном порядке, причем каждый элемент стремится к определенной автономии и имеет собственную цель; система взаимодействует с внешней средой, подстраиваясь под ее изменения с учетом собственных изменений.
При системном подходе учитываются внутренние и внешние связи, наиболее существенным образом влияющие на исследуемые результаты функционирования.
Системный подход предполагает решение системных задач, в которых объект исследования представляется в виде систем ,причем системный задачи могут быть двух типов:
1) Системного анализа
2) Системного синтеза
Задача анализа предполагает определение свойств системы по известной структуре; а задача синтеза определение структуры по ее свойствам.
Под анализом систем управления понимается процесс исследования, основанный на изучении системы управления с последующим определением ее статистических и динамических характеристик, составляющих элементов, рассматриваемых во взаимосвязи с другими элементами и с окружающей средой.
Целью анализа систем управления является:
- детальное изучение систем управления для более эффективного использования и принятия решения по дальнейшему совершенствованию или замене.
- исследование альтернативных вариантов вновь создаваемой системы с целью выбора наилучшего варианта.
Задачи анализа систем управления:
- определение объекта анализа.
- определение функциональных особенностей системы управления.
- определение количественных и качественных показателей системы управления.
- оценка эффективности систем управления
- обобщение и оформление результатов анализа.
Под синтезом понимается процесс создания (совершенствования, организации, проектирования) систем управления.
Целью синтеза систем управления является:
- создание новой системы управления на основе известных свойств.
- совершенствование существующей системы управления на основе выявленных недостатков, появления новых задач и требований.
Задачи синтеза:
- формирование цели создания системы.
- формирование вариантов облика новой системы.
- Приведение описания варианта облика системы во взаимное соответствие.
- Оценка эффективности вариантов и принятие решения о выборе облика новой системы.
- Разработка требований к системе управления.
- Реализация разработанных требований.
Главная практическая задача системного подхода в исследовании систем управления, состоит в том, чтобы обнаружив и описав сложность обосновать такие дополнительные связи, которые будучи наложенными на сложную систему управления сделали ее управляемой в требуемых пределах, сохранив некоторые области самостоятельности (автономности).
Различают следующие принципы анализа и синтеза:
1) Принцип физичности.
Гласит, что всякой системе (не зависимо от ее природы) присуще физические законы, определяющие внутренние причинно-следственные связи, существование и функционирование.
Включает:
- Постулат целостности – система, как единое целое, обладает особым системным свойством, которого нет у подсистем.
- Постулат декомпозиции – анализ и синтез сложной системы управления осуществляется путем расчленения ее на подсистемы (и элементы).
- Постулат автономности – сложная система и каждый ее элемент стремится к определенному автономному функциональному пространству.
- Постулат действий - для изменения поведения системы требуются внутренние и внешние воздействия, либо какое-либо из них.
- Постулат неопределенности – существует область неопределенности, в пределах которой свойства сложной системы могут быть описаны только вероятностными характеристиками.
2) Принцип моделируемости.
Сложная система представляется конечным множеством моделей, каждая из которых отражает определенную грань сущности.
Включает:
- Постулат многообразия моделей – выбор моделей зависит от цели, анализа и синтеза и особенностей исследуемой системы.
- Постулат дополнительности – сложная система управления во взаимодействии с внешней средой может проявлять различные свойства в различных ситуациях.
- Постулат согласованности уровней – требования к системе, формулируемые на любом уровне выступают как условия или ограничения на выбор частных моделей.
- Постулат внешнего дополнения – проверка истинности результатов, получаемых на каждом уровне производится с использованием исходных данных, моделей и методов выше лежащих уровней.
- Постулат методического обеспечения – включает необходимость использования хорошо отработанных экспериментально проверенных моделей и методов обеспечивающих отдельные характеристики в заданные сроки и с требуемой точностью.
3) Принцип целенаправленности.
Предполагает, что сложной системе управления присуща функциональная тенденция, направленная на достижение системой некоторого состояния либо на усиление или сохранение некоторого процесса.
Включает:
- Постулат выбора – состоит в том, что сложные системы управления обладают способностью выбора поведения, т.е. осуществлять реакцию на внешние воздействия в зависимости от внутренних критериев.
Т.о. принципы полно отражают методологию системного подхода, так принцип физичности предписывает причинно-следственные связи объекта любой природы к системам построенных из этих объектов. Принцип моделируемости обеспечивает возможность использования в системном подходе упрощенных моделей, отражающих те грани, которые интересуют исследователя. Принцип целенаправленности распространяется на системы любой сложности.
Виды анализа и синтеза:
- структурный анализ и синтез
- функциональный а. и.с.
- информационный а. и с.
- параметрический а. и с.
Сущность структурного анализа – определение статических характеристик системы по известной структуре. Структурный анализ проводится с целью исследования статических характеристик системы путем выделения подсистем и элементов.
Объектами исследования структурного анализа являются различные варианты структур управления.
Сущность структурного синтеза – разработка (создание, проектирование, совершенствование, организация) системы, которая должна обладать желательными свойствами.
Структурный синтез проводится с целью обоснования множества элементов структуры, отношений и связей, обеспечивающих в совокупности максимальную степень соответствия заданным требованиям.
Объектами исследования являются различные варианты разрабатываемых структур управления.
Сущность функционального анализа – определение динамических характеристик систем на основании принятых алгоритмов ее функционирования.
Функциональный анализ проводится с целью определения динамических характеристик системы, путем исследования процессов изменения ее состояния с течением времени на основе принятых алгоритмов (способов, методов, принципов) управления.
Объектами исследования функционального анализ являются реализуемые системой методы и алгоритмы управления, включая общий алгоритм функционирования (содержит основные этапы, фазы и функции) и частные методы и алгоритмы (направлены на выполнение отдельных этапов).
Сущность функционального синтеза – обоснование динамических характеристик систем управления, которые должны обладать желательными свойствами.
Целью функционального синтеза является обоснование динамических характеристик систем управления, т.е. процессов изменения состояния системы с течением времени в соответствии с поставленной целью.
Сущностью информационного анализа является определение объекта и форм представления информации, методов и средств ее передачи, обработки, хранения, ввода и вывода для известной структуры и алгоритма функционирования систем управления.
Информационный анализ выполняется с целью исследования количественных и качественных характеристик информации, используемой в системе управления.
Объектами исследования является информационные процессы, протекающие в системе управления:
- сбор, прием и восприятие информации.
- передача информации между отдельными подсистемами.
- переработка, анализ, отбор информации.
- использование информации.
- передача информации во внешнюю среду.
Сущностью информационного синтеза является обоснование необходимого объема и форм представления информации, методов и средств ее передачи, обработки, хранения, ввода и вывода для разрабатываемой структуры и алгоритма функционирования систем управления.
Информационный синтез дополняет задачи функционального синтеза.
Сущность параметрического анализа – определение необходимой и достаточной совокупности показателей, характеризующих все исследуемые свойства системы и формирование зависимостей, характеризующих суммарный эффект от применения системы или ее элементов.
Цель параметрического анализа – оценка эффективности систем управления на основе определения количественных и качественных значений ее показателей.
Объект исследования параметрического анализа – частные и обобщенные показатели системы, образующие иерархическую структуру.
Сущность параметрического синтеза – обоснование необходимой и достаточной совокупности показателей, позволяющих оценивать желаемые свойства, разрабатываемой системы и ее суммарный эффект.
Цель параметрического синтеза – комплексное определение согласованных и сбалансированных по уровням исследования системы, требуемых значений ее показателей, включая общие показатели эффективности управления, а так же частные показатели структуры.
Системный подход требует многоуровневого изучения систем управления.
Выделяют:
1) Внешний
2) Исходный
3) Общесистемный
4) Системный.
На внешнем уровне анализируется сверхсистема, в состав которой входит исследуемая система управления.
Задачами исследования сверхсистемы является:
- определение цели и задачи сверхсистемы.
- выделение подсистем, в интересах которых применяются системы управления.
- уточнение показателей и критериев данных подсистем.
- определение внешних свойств и соответствующих показателей систем управления.
На исходном уровне исследуемая система управления выделяется как отдельная целенаправленный элемент сверхсистемы. Основные задачи исследования на исходном уровне:
- выделение исследуемой системы в виде отдельного целенаправленного элемента.
- выявление входных целе-задающих воздействий.
- установление показателей и критериев эффективности целенаправленного элемента.
На общесистемном уровне проводится детализация целенаправленного элемента на управляющую систему и объект управления.
Основные задачи исследования на общесистемном уровне:
- выделение управляющей и управляемой систем.
- формирование управляющих воздействий.
- определение маршрутов движения к цели.
- определение показателей, раскрывающих структуру системы.
На системном уровне осуществляется выделение отдельных элементов в управляющей и управляемой системах и связи между ними.
Рассмотренные уровни имеют иерархическую структуру и включают:
- показатели внешнего уровня – показатели отдельных подсистем сверхсистемы, которые взаимодействуют с исследуемой системой управления.
- показатели исходного уровня – характеризуют внешние свойства системы управления и ее влияние на сверхсистему.
- показатели общесистемного уровня определяют структуру системы управления на уровне управляющей системы и объекта управления, а так же процессы функционирования соответствующих элементов, при выработке управляющих воздействий и реакций.
- показатели системных уровней – включают различные структурные, функциональные и информационные характеристики исследуемой системы до принятой степени детализации.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему