Метасистемный подход в управлении

Объект

управле-

ния

(техноло-

гический

процесс -

ведущий)

U Y

• • •

• •

•

Рисунок 2.2 - Схема взаимодействия согласуемых метасистемой процессов

2.2 Классификация матричных систем управления

Общую иерархию управления можно представить следующим образом.

На  самой  вершине  (самом  высоком  уровне)  дерева  формулируется  цель
управления, она разбивается на задачи, решением которых можно ее дости-
гать.  Далее  для  задач  подбираются  методы  решения,  для  них  составляется
программа  или  алгоритм  управления,  включающий  необходимые  команды.

Устройство выбора
функционирующих
систем
(ведомый процесс)

структура 1

структура 2

структура 3

ЦЕЛЬ

структура 1

структура 2

Общесистемный ре-

сурс управляющего

воздействия

Внешний

процесс

(ведущий)

Наконец, команды разбиваются на операции с выделением функций, а по

• • •

U Y

•

• • •

•

Рисунок 2.3 – Схема матричной системы управления

следние  формируют  необходимые  управляющие  уставки.  Схема  такой  мно-
гоуровневой  системы  управления  приведена  на  рисунке 2.3.Здесь  применя-
ются следующие обозначения: Y – вектор управляемых величин, F – вектор
возмущающих воздействий, U – вектор управляющих воздействий на объект
управления, Ц – цель управления, СУ – субъект управления, З1,З2 – задачи,
М1 - М3 – методы, П1, П2 – программы, К1,К2 – команды, О1, О2 – опера-
ции,  Ф1,  Ф2 – функции,  У1,У2 – уставки.  Буквой  И  обозначены  исполни-
тельные  устройства.  Для  упрощения  на  схеме  показано  подробное  решение
лишь  одной  задачи  управления,  одним  методом,  одной  программой,  одной
командой, одной операцией, одной функцией и двумя уставками.

На схеме также показаны подсистемы выбора задачи и метода; подсис-

темы выбора программ, команд, операций, функций и уставок не показаны
также из соображений упрощения. Как следует из схемы, для выбора задачи
и метода нужна разная информация. Это и заставляет разделять подсистемы
распознавания и устройства выбора.

Пользуясь метасистемным подходом матричную систему управления

можно определить как метасистему, в состав которой могут входить как ме-
тасистемы более низкого уровня иерархии, так и независимые системы
управления. Под независимостью будем понимать независимость, в первую

Объ
ект
упра
вле-
ния

З1

З2

СУ

Подсистема

распозна-

вания

задачи

Устройство
выбора
задачи

М1

М2

М1

М2

М3

П1

П2

К1

К2

О1

О2

Ф1

Ф2

У1

У2

И
У

Подсистема

распозна-

вания

метода

Устрой-
ство вы-
б

очередь, алгоритмов функционирования систем управления.

В соответствии с определением, матричные системы управления можно

классифицировать  в  направлении  обработки  информации  по  количеству
уровней  иерархии,  типу  самого  верхнего  уровня,  на  котором  производится
разветвление структур, степени разветвленности выбора на каждом уровне. В
поперечном  направлении  можно  разделять  матричные  системы  по  составу
входящих в нее структур (систем самого нижнего уровня), по числу источни-
ков управляющего воздействия и исполнительных устройств и по процедуре
замены /12/ одной группы функционирующих систем на другую.

1) По типу самого верхнего уровня, на котором начинается ветвление

структур, можно выделить следующие классы систем.

Если задающие блоки обеспечивают лишь уставки для регулирования –

уровень технологических режимов (множество задающих блоков = {const1,
const2,…, constN}), то систему можно назвать многорежимной, и ее работа
заключается в своевременном переключении или поддержании этих режи-
мов. Такова, например, система управления сборочным автоматом, закручи-
вающим гайки с разными моментами затяжки.

Задающие блоки могут реализовывать ту или иную функцию (множест-

во  задающих  блоков = {f1(), f2(),…,fN()}), и  тогда  система  станет
многофункциональной.  Примером  такой  системы  является  система
управления  сварочным  роботом.  Обеспечивая  функции  перемещения
сварочной головки во времени вдоль  координат, система управления может
придать ей сложную траекторию в пространстве.

Задаваемые функции могут объединяться в группы и образовывать не-

кие операторы (множество задающих блоков = {А1[], А2[],…,AN[]}), прида-
вая тем самым системе статус многооператорной или, поскольку выполне-
ние оператора есть операция - многооперационной. В технике совокупность
нескольких функций приводит к выполнению операции (например, нагревая
кольцо и сажая его прессом на деталь, будем выполнять операцию посадки с
натягом). Поэтому сборочный автомат, осуществляющий несколько посадок
одновременно или целую гамму посадок последовательно, можно назвать
многооперационным.

Операторы могут объединяться в команды, и в этом случае мы имеем

дело  с  многокомандной  системой.  Сложный  сборочный  робот  имеет  свой
язык команд и тем самым управляется многокомандной системой. Команды,
в свою очередь, могут быть объединены в программу - в этом случае система
многопрограммная  (мультипрограммная).  Гибкая  автоматическая  линия,
собирающая  некоторую  размерную  гамму  какой-либо  сборочной  единицы,
например, шестереночного насоса, может служить примером автомата с мно-
гопрограммным управлением.

Программа, в свою очередь, реализует какой-либо метод управления

(алгоритм или технологию). Такую систему можно назвать системой с воз-
можностью выбора метода (технологии). Это может быть многопотоковая
автоматическая линия, на которой одна и та же сборочная единица может из-
готавливаться по нескольким технологиям (например, литьем, ковкой или

механической обработкой). При выходе из строя какого-либо оборудования
просто меняется технологический маршрут.

С помощью методов решаются задачи, поэтому система более высокого

уровня становится многозадачной. Переналаживаемая автоматическая ли-
ния является многозадачной.

Роль задающих блоков в системе управления могут играть люди - субъ-

екты. Учитывая, что субъект может ставить и менять цели, только в этом
случае система управления станет многоцелевой. В такой постановке цели
рассматриваются как совокупности нескольких задач. Примером может слу-
жить автоматизированная система управления сборочным цехом.

Итак, многоуровневое управление включает в себя иерархию целей, за-

дач, методов, программ, команд, операций, функций и уставок. Кроме того,
внутри каждого уровня может быть дополнительное разбиение задач на под-
задачи, методов на методики, программ на подпрограммы и так далее.

Возможны также различные комбинации указанных типов задающих

блоков с пропуском некоторых уровней.

Как указано в /3/, стратификация не поддается полной формализации.

Однако для автоматизации определенность в этом вопросе крайне важна. По-
этому приведенная классификация может носить рекомендательный характер
и обосновываться следующими соображениями.

Если система управления функционирует с объектами управления раз-

ных классов, то она явно многозадачная, так как в этом случае для каждого
класса объектов необходимы свои методы, программы, команды и так далее.

Если же все объекты относятся к одному классу, но диапазоны измене-

ния признаков не могут быть перекрыты одним методом управления, необ-
ходимо объединять в систему несколько различных методов, и система ста-
новится многометодной.

Метод включает в себя как набор определенных действий, так и режи-

мы, поэтому, если в системе управления меняется и то и другое (меняется
программа), то система называется многопрограммной. Если реализация ме-
тодов отличается только действиями, система управления станет многоко-
мандной, если только режимами, то – многооперационной.

Режимы, в свою очередь, могут изменяться непрерывно в многофунк-

циональной системе или дискретно в многорежимной системе. Подобная ие-
рархия поясняется рисунком 2.4.

Можно пойти и в обратном порядке. Фиксированные режимы образуют

уставки, меняющиеся режимы задаются функциями, совокупность функций в
математике образует оператор, совокупность операторов выполняет команду,
совокупность команд складывается в программу, программы реализуют не-
кий метод, а методы решают поставленные задачи. Наконец, решением задач
достигается цель. Цель же может поменять только человек, находящийся в
контуре управления.

Важность выделения иерархических уровней обусловлена еще и специ-

фикой управления в условиях разных частот возмущающих воздействий,
действующих на объект управления. При этом высокочастотные возмуще-

Метасистемный подход в управлении - часть 5