Тема 3. Системный подход в познании

Возникновение и развитие теории автоматического управления и теории систем. Задача управления. Задачи теории систем. Системный подход в познании. Классификация систем по виду реализации. Этапы развития систем. Обобщенная структурная схема системы автоматического управления. Методы определения характеристик звеньев системы и системы в целом. Классификация систем по цели управления. Концепция коэволюции. Этапы создания или модернизации систем.

Возникновение и развитие теории автоматического управления и теории систем

Управление с применением обратной связи имеет длинную историю, которая вызвана желанием людей использовать силы природы в своих целях. Первые системы управления: системы регулирования хода часов, механизмы направления ветряных мельниц навстречу ветру. Развитие систем управления началось в период промышленной революции, с появлением машин, которые существенно увеличили способность превращать сырьё в изделия на благо обществу. Появление паровых машин, использующих большие (по тем временам) потоки энергии, привели к пониманию, что этой энергией нужно управлять, чтобы система работала благополучно и эффективно. Главным достижением того времени был центробежный регулятор Уатта, который регулировал скорость парового двигателя. Устройства по такому принципу работают и по сей день, например, с таким же назначением в дизельных двигателях. Работа регулятора Уатта основывается на том, что увеличение скорости вращения приводит к удалению грузиков от вращающегося вала. Рычажный механизм немного закрывает клапан подачи пара и скорость вращения возвращается к исходному значению. Устройство компенсировало непостоянство горения драв в топке. Однако, оказалось, что у более мощных паровых машин возникали автоколебания. Появление этой проблемы положило начало разработки теории систем. До середины прошлого века в основном решены проблемы анализа систем управления с одним входом и одним выходом. С середины прошлого века началась интенсивная разработка теории нелинейных систем, систем оптимального управления, адаптивного управления и интеллектуального управления.

Системы регулирования с обратной связью являются центральными в жизнедеятельности биологических систем, национальных экономик и даже в отношениях между людьми. Если внимательно осмотреться и подумать, управление с обратной связью в той или иной форме можно найти в каждом аспекте жизни.

Системы управления и системный подход требует объединения многих дисциплин, включая моделирование (чтобы учесть лежащие в процессе закономерности и соотношения), технологию датчиков (чтобы измерить состояние системы), исполнительные механизмы (чтобы выполнить корректирующие действия в системе), линии связи (чтобы передать данные), средства вычисления (чтобы выполнить сложную задачу преобразования измеренных данных в соответствующие действия исполнительного механизма).

Системный подход и управление предполагает два момента:

• Всестороннее понимание самого процесса (знание закономерностей конкретной предметной области);

• Знание фундаментальных концепций сигналов (информации), систем и обратных связей.

Системный подход и системы управления имеют чрезвычайно большой диапазон практического применения. В дальнейшем можно прогнозировать увеличивающуюся роль в условиях глобализации рынков и экологических проблем.

Задача управления

Управление связано с поиском технически, экологически и коммерчески осуществимых путей воздействия на систему, чтобы поддерживать желаемые значения ее выходных параметров при обеспечении желаемого уровня функционирования и устойчивости системы.

Задачи теории систем

Термины «общая теория систем», «системный анализ», «системный подход» связаны с потребностью теории и практики в переходе от познания отдельных сторон или свойств объектов и явлений к изучению их интегральных характеристик. Целостное представление о явлении или объекте дает представление его как системы. Теория систем изучает закономерности, принципы и методы, характеризующие структуру, функционирование и развитие целостных объектов реального мира.

Системный подход в познании – представление объекта познания системой элементов и дальнейшее рассмотрение их внутренних и внешних связей, обеспечивающих его целостность. Познание настоящего должно начинаться с изучения прошлого. Следует рассматривать процессы с учетом временных изменений, связь и с прошлым и с будущем.

Системы представляют собой обособленные сложноорганизованные объекты, состоящие из множества взаимосвязанных разнородных, разнокачественных элементов, которые образуют в своем единстве целостность. Признаки системы: ограниченность, автономность и целостность.

Классификация систем по виду реализации

Реальные, существующие в объективной действительности, живой и неживой природе, в обществе.

Концептуальные, или идеальные (модели), которые с различной степенью полноты, глубины, объективности и достоверности отражают реальные системы.

Искусственные, созданные человеком в соответствии с его потребностями и возможностями.

Смешанные, в которых органически соединены элементы первых трех (экологические системы, системы человек-техника).

Основные этапы развития систем: возникновение, становление, расцвет, стагнация и распад. Распад системы не означает гибель и исчезновение элементов системы. Элементы могут перейти в другую, качественно новую систему.

Обобщенная структурная схема системы автоматического управления

Структурную схему системы рассмотрим на примере систем автоматического управления (САУ), созданных человеком.