3.5 Реализация управления.

Этот этап связан с отра­боткой объектом программы, полученной на предыдущем этапе. Процесс такой отработки для неактивных объектов решается ме­тодами теории следящих систем, отрабатывающих заданную про­грамму. Значительно более сложной является реализация управ­ления активной системой. Однако эти трудности должны быть преодолены на стадии синтеза модели объекта управления, учи­тывающей активность объекта. В этом случае отработка про­граммы будет такой же, как и при управлении, пассивным объек­том.

Реализовав управление и убедившись, что цель управления не достигнута (напомним, что рассматривается управление сложным объектом), приходится возвращаться к одному из предыдущих этапов. Даже в лучшем случае, когда поставленная цель достиг­нута, необходимость обращения к предыдущему этапу вызыва­ется изменением состояния среды X или сменой цели управления Z*. Таким образом, при самом благоприятном стечении обстоя­тельств следует обращаться к этапу синтеза управления (см. стрелку 1 на рис. 0.4), на котором определяется новое управле­ние, отражающее новую ситуацию, сложившуюся в среде. Так функционирует стандартный контур управления, которым поль­зуются при управлении простыми объектами.

4. Адаптация.

Специфика сложного объекта управления требует расширения описанного цикла за счет введения этапа адаптации, т. е. коррекции всей системы управления, а точнее – всех этапов управления. Адаптация здесь выступает в роли более глубокой обратной связи, улучшающей процесс управления слож­ным объектом. Рассмотрим ее подробнее.

5. Адаптация системы управления

Адаптация, как процесс приспособления системы управления к специфическим свойствам объекта и окружающей среды, имеет несколько иерархических уровней, соответствующих различным этапам управления сложным объектом. Начнем с нижнего уровня.

1. Параметрическая адаптация связана с коррекцией, подстрой­кой параметров С модели. Необходимость в такого рода адаптации возникает ввиду их приближенной оценки на стадии параме­трического синтеза и вследствие дрейфа характеристик управляе­мого объекта. Она позволяет подстраивать параметры модели на каждом шаге управления, причем исходной информацией для нее является рассогласование состояний объекта и модели, устранение которого и реализует процесс адаптации (см. стрелку 2 па рис. 0.4).

Такого рода адаптивное управление часто называют управле­нием с адаптивной (или адаптирующейся) моделью объекта. Пре­имущества дайной системы очевидны. Методы и аппарат, кото­рый при этом используется, присущи этапу идентификации. Именно поэтому адаптация параметров на рис. 0.4 соединена стрелкой 2 с их идентификацией, т. е. с определением параметров в режиме нормального функционирования теперь уже системы управления.

Однако часто процесс управления не предоставляет необходи­мой информации для коррекции модели, так как управление недо­статочно разнообразно, чтобы дать информацию о специфических свойствах объекта, необходимых для синтеза управления, которые поэтому следует отразить в модели объекта. Данное обстоятель­ство вызывает необходимость искусственно вводить дополнитель­ное разнообразие в управление в виде тестовых сигналов, накрадывающихся на собственно управление. Организация указанных сигналов и образует следующий контур адаптации, показанный пунктиром па рис. 0.4. При этом, строго говоря, снижается эффек­тивность управления. Однако полученная информация позволяет адаптировать модель, что повышает вероятность успеха управле­ния на последующих шагах.

Такого рода адаптивное управление, в процессе которого не только достигаются цели, но и уточняется модель, называют ду­альным, т. е. двойственным: путем специальной организации про­цесса управления сразу достигаются две цели - управление н адаптация модели.

Введение тестовых сигналов соответствует планированию экс­перимента. Действительно, в этом случае следует таким образом воздействовать тестовыми сигналами на объект, чтобы, мини­мально нарушая нормальное функционирование процесса управ­ления, получить максимальную информацию о специфике объекта с целью ее использования для коррекции модели, что, как видно, является типичной задачей планирования эксперимента. Именно этим объясняется положение пунктирной стрелки па рис. 0.4.

2. Однако далеко не всегда адаптация модели путем коррек­ции ее параметров позволяет получать адекватную модель объ­екта. Это бывает при несовпадении структур модели и объекта. А если в процессе эволюции объекта его структура изменяется, то такая ситуация складывается постоянно. Указанное обстоятельство заставляет обращаться к адаптации структуры модели, что реа­лизуется методами структурной адаптации. Например, в данном случае можно воспользоваться процедурой перехода от одной альтернативной модели к другой. При этом альтернативы могут различаться числом и характером входов—выходов модели, ва­риантами декомпозиции и структурой элементов модели.

Альтернативные модели нуждаются в последующей идентифи­кации параметров, что осуществляется указанными выше мето­дами параметрической адаптации.

Методически структурная адаптация модели использует алго­ритмы структурного синтеза. Поэтому се реализация в алгоритме осуществляется путем, показанным на рис. 0.4 стрелкой 3.

3. Если и структурная адаптация модели не позволяет повы­сить эффективность функционирования (например, какие-то цели управления не реализуются в объекте), то следует адаптировать объект управления (см. стрелку 4 на рис. 0.4). Адаптация такого рода связана с изменением объекта, т. е. с пересмотром границы, разделяющей объект и среду. При этом следует учитывать, что расширение объекта, как правило, приводит к повышению его управляемости, но требует дополнительных ресурсов для реали­зации управления. Различные варианты расширения объекта ква­лифицируются по управляемости и требуемому ресурсу управле­ния. Выбор наилучшего варианта объекта в процессе управления им и составляет основу адаптации объекта.

4. Наконец, если и эта мера не эффективна, следует обратиться к адаптации целей управления (см. стрелку 5 па рис. 0.4). В та­ком случае определяется новое множество целей {-2*}', которое обеспечивается созданной системой управления. Ввиду того, что объект эволюциони- рует (вместе со средой), изменяется и мно­жество достижимых им целей. Важно знать, какие именно цели могут быть поставлены перед созданной системой управления. Та­кую информацию можно получить путем адаптации целей. В ре­зультате этого процесса фактически адаптируется субъект, кото­рый изменяет свои потребности так, чтобы они удовлетворялись путем реализации нового множества целей, достижимого системой управления на данный момент времени. Поэтому адаптацию целей следует считать адаптацией потребностей субъекта, поставленного перед этой необходимостью и пользующегося услугами созданной системы управления.

Как видно, первые три из указанных выше уровней адаптации системы управления решают одну и ту же задачу — обеспечение достижения системой поставленных ей целей. И лишь последний — четвертый — заставляет адаптировать цели управления.

Каждый последующий уровень адаптации имеет постоянную времени по крайней мере на порядок выше, чем предыдущий, т. е. работает значительно медленней. Это обстоятельство следует учитывать при создании системы адаптации, чтобы верхние уровни адаптации успели отследить изменения, произошедшие в системе управления.