10.5. Принципи управління складними системами

10.5. Принципи управління складними системами

Управління складними системами принципово відрізняється від оптимального (програмного) управління, тобто переведення системи до бажаного стану деяким оптимальним шляхом. Це
пояснюється тим, що поводження складних систем важко спрогнозувати, а визначити й тим більше «нав’язати» системі «оптимальний» шлях переходу до бажаного стану практично неможливо. Тому управління складними системами за змістом та механізмом дії найближче до фізіологічних процесів збудження і гальмування, тобто зовнішнього і внутрішнього стимулювання.

Прямі і зворотні зв’язки, усі види та форми впливів — це не більш ніж стимули, які збуджують або гальмують процеси, що відбуваються в системі. Тому проблема управління складними системами полягає в дослідженні впливу цих стимулів на поводження системи та кінцевий результат, а також у застосуванні цих стимулів для досягнення бажаної ефективності функціонування системи. За зміною рівня стимулу та стану системи збудження може перейти в гальмування та навпаки. Управління має досягатись ціною порівняно незначного енергетичного ресурсу. Типовим при цьому є інформаційне управління, під час якого енергоресурс управління є незначним відносно енергоресурсу самої системи. Необхідно також враховувати, що складні системи окрім великого енергоресурсу мають також значну динамічну інерційність.

У загальному випадку формальну математичну постановку задачі управління складними системами можна подати так:

де Y — вихід системи; х(t, tx) Ì X — вплив середовища; Fi, , — відомі функції; u(t, tu) Ì U — множина можливих та допустимих управлінь; tu, tx, di — запізнення.

Необхідно знайти управління , що забезпечує високу ефективність системи. Реальна можливість управління полягає в тому, щоб, впливаючи на процеси в системі, стимулювати їх у напрямку певної орієнтації на поводження системи, близьке до бажаного.

Зауважимо, що ступінь впливу функцій, які входять до виразу Ф(×), неоднаковий для систем різних класів: Y(t) — характеризує стан виходів системи в початковий момент управління; Y(t – t) — поводження системи на інтервалі, що передує управлінню (передісторія системи),  , — множина, яка визначає типові властивості системи, її здатність до управління та внутрішні тенденції, відносно стабільний тип її поводження та керованості, внутрішню мотивацію тощо.

Розглянемо частинні випадки.

1. Функція Ф така, що вплив t на  порівняно незначний. У цьому разі  Якщо функція Ф лінійна і х = 0, tu = 0, дістаємо:

Це задача програмного управління, характерна для технічних систем. Якщо х ¹ 0, то

Це управління в умовах спільної дії або протидії.

У разі, коли f(t) = 0, маємо:

де x — деяка випадкова функція. Це стохастичне управління.

2. Функція Ф слабо залежить від  Тоді

Маємо управління, що не спирається на мотивацію, а істотно залежить від ситуації на інтервалі [t – t, t]. Це ситуаційне управління. Задачі ситуаційного управління характерні для виробничих систем.

3. Функція Ф лінійна і від часу безпосередньо не залежить. Тоді

Цей випадок характерний для нейтрального середовища. Досягти високої ефективності можна лише пристосуванням властивостей системи, що склалася на інтервалі (–¥; t – t], до ситуації, що склалися на інтервалі (t – t; t], тобто адаптуванням системи за рахунок управління. Цей тип управління називається адаптивним. Воно використовується тоді, коли минулі тенденції в поводженні системи не дуже впливові (коли їх можна змінити протягом короткого інтервалу часу).

4. Функція Ф залежить від часу:

У такому разі управління має впливати на внутрішню мотивацію системи, а це можливо тоді, коли ця мотивація хоча б частково відома.

5. Розглянемо управління, що змінює властивості (поводження, структуру) системи:

У результаті управління u* на інтервалі (t – t; t] функція Ф змінюється на Ф*, Fi — на Fi*, тобто перетворюється структура системи. Це процес формування нової, перебудованої системи, яка починає функціонувати в момент часу t.

Ця перебудова може відбуватись як під впливом внутрішніх факторів (самоорганізація), так і за рахунок зовнішніх впливів (організація) (випадкових чи детермінованих — деякої внутріш­ньої або зовнішньої програми). У новій системі мотивація нагромаджується на інтервалі (t – t; t] і діє нове управління u(t, tu).

Управління самоорганізацією (організацією) полягає в поділі старої системи до рівня підсистем та компонентів, які необхідні для нової системи; створенні нової структури системи; підготовці системи до сприйняття управління u(t, tu); нейтралізації в можливих межах несприятливих (зокрема, таких, що заважають процесам самоорганізації) впливів середовища.

Контрольні запитання та завдання

Наведіть найпростішу структурну схему управління та поясність сутність і призначення каналу зворотного зв’язку.

Сформулюйте основні вимоги до СУ та ОУ.

У чому полягає сутність закону необхідної різноманітності Ешбі для СУ?

У чому полягає відмінність між замкненими та розімкненими СУ?

Наведіть приклади різних типів управління у природних, технічних та соціально-економічних системах.

У чому полягають особливості управління у складних системах?