Читать онлайн «Мёртвая вода. Часть 1». Страница 34

Внешние обратные связи в системе есть. Управляющий сигнал является функцией реальных параметров внешней среды и замкнутой системы, информация о которых поступает по цепям внешних и внутренних обратных связей. Но в то же время управляющий сигнал является и однозначной функцией программы (закона управления) в том смысле, что одинаковой информации, поступающей по цепям обратных связей, всегда соответствует один и тот же управляющий сигнал. Эту тождественность реакции “вход — выход” можно понимать и в смысле соответствия статистических характеристик управляющего сигнала информации, поступающей по цепям обратных связей. Реакция системы на возмущение до некоторой степени гибкая.

Программно-адаптивное управление имеет свойство неограниченно накапливать с течением времени ошибку рассогласования по контрольному параметру, если нет возможности его измерять непосредственнов процессе управления, то есть в отношении которого разорваны внешние и внутренние обратные связи. В таком случае вместо не поддающегося непосредственному измерению значения контрольного параметра используется косвенная оценка на основе его производных, интегральных и иным образом информационно с ним связанных параметров, которые измеряются непосредственно. Причина неограниченного накопления ошибки управления по контрольному параметру — накопление ошибок измерения и преобразования измеренных величин в процессе косвенной оценки необходимой характеристики. Примерами такого рода ошибок полна летопись морских катастроф, когда навигаторы, не видя берега в течение многих недель, из-за плохой погоды не видя звезд, вынуждены были определять место корабля по счислению (на основе расчетов), и из-за ошибок в измерении скорости хода, ошибок в оценке влияния ветра и течений, неточности хода корабельных хронометров (часов) и ошибочного показания компасов теряли точные координаты (место) и гибли на камнях, которые по их расчетам должны были находиться за много миль от них. Таков же механизм накопления ошибок инерциальными навигационными системами, употребляемыми в ракетно-космической технике, на подводных лодках и системах оружия, в которых координаты объекта определяются на основе измерения ускорений и их двукратного интегрирования.

Качество управления при употреблении программной схемы ниже по сравнению с программно-адаптивной при одинаковой схеме моделирования поведения объекта, положенной в основу формирования управляющего сигнала. Но и возможное качество управления при программно-адаптивной схеме может оказаться ниже минимально необходимого уровня в сложившихся условиях.

Допустим, что в какой-то момент времени вектор ошибки управления равен нулю. Но в какой-то момент времени, даже в тот же самый, замкнутая система будет подвергаться ненулевому возмущающему воздействию. Если бы в состав замкнутой системы входила идеальная система управления, то она формировала бы управляющий сигнал так, что управляющее воздействие в каждый момент времени в точности компенсировало бы возмущающее воздействие, вследствие чего вектор ошибки управления сохранял бы свое нулевое значение неограниченно долгое время.

Но в большинстве случаев возмущающее воздействие прямому измерению не поддается. Но даже если что-то и возможно измерить, то существует порог чувствительности средств измерения величин всех факторов, на основе информации о которых формируется управляющий сигнал. Информация при передаче искажается в некоторых пределах в самой системе. Системе управления требуется время на формирование и передачу управляющего сигнала. Средства управления также обладают ограниченным быстродействием. Сам объект управления обладает характеристиками инерции и ему необходимо время, чтобы отреагировать на возмущающее воздействие, в результате чего возмущенное его движение также успевает набрать инерцию и требуется более мощное управляющее воздействие, чтобы вернуть объект к исходному режиму; но объекту необходимо время и для реакции на управляющее воздействие. По этим причинам управляющее воздействие, соответствующее в некоторой мере вызвавшему его возмущающему воздействию, в программно-адаптивной схеме управления неизбежно запаздывает, даже если мощность средств управления достаточна, чтобы полностью компенсировать возмущающее воздействие. То есть всегда имеет место фазовый сдвиг между возмущающим воздействием и компенсирующим его управляющим. По этой причине объект всегда находится под возмущающим воздействием факторов, реально учитываемых системой управления, не говоря уж о воздействии неучитывамых факторов: неопознанных, признанных мало влияющими, оказавшихся ниже порогов чувствительности средств измерения и т.п. Таким образом  замкнутая система — колебательная система, преобразующая возмущающее воздействие в вектор ошибки управления. Потребность уменьшить вектор ошибки управления приводит к схеме “предиктор-корректор” — предуказатель-поправщик, предсказатель-поправщик. Смысл слова “предуказатель” объемлет смысл слова “пред­ска­затель”, но на Западе уже принят термин “предиктор-корректор”, однако не в общем смысле, а в ограниченном: в технике и вычислительной математике[32]. Поэтому мы, оговорив по-русски особенности нашего понимания — “предуказатель-поправщик”, а не “предсказатель-поправщик” — сохраняем уже прижившееся на Западе термин “предиктор-корректор”, однако расширив область его применения введением в контекст достаточно общей теории управления.

Оно строится на основе прогнозирования в самом процессе управления поведения замкнутой системы исходя из информации о текущем и прошлых состояниях замкнутой системы и воздействии на неё окружающей среды. Прогнозная информация подается на вход программно-адаптивного модуля системы управления. Вследствие этого система управления реагирует не только на уже свершившиеся отклонения замкнутой системы от идеального режима, но и на те, которые только имеют тенденцию к осуществлению (в случае, если прогнозирование достаточно точное). Если программно-адаптивное управление замыкает прямые и обратные связи через уже свершившееся прошлое, то в схеме предиктор-корректор некоторая часть прямых и обратных связей замыкается через прогнозируемоебудущее. Информация о свершившемся прошлом и о настоящем в схеме предиктор-корректор, кроме того,  используется как основа для минимизации (периодического обнуления) в процессе управления составляющей вектора ошибки, обусловленной накоплением с течением времени ошибок прогнозирования.

При сравнении программно-адаптивной схемы и предиктора-корректора на основе вектора состояния, используемого программно-адаптивной схемой, одному и тому же вектору состояния в схеме предиктор-корректор будут  соответствовать разные управляющие сигналы, поскольку в основе прогноза предиктора-корректора лежит вектор состояния большей размерности, чем в программно-адаптивной схеме. На основе информации, выходящей за пределы тождественной части векторов состояния, используемых в обеих схемах, предиктор-корректор будет получать разные прогнозы, что и отразится в несовпадении управляющих сигналов. То есть предиктор-корректор “умнее” и обеспечивает более гибкое, нешаблонное управление по сравнению с предыдущими схемами.

При условии достаточно высокой точности прогноза схема предиктор-корректор обеспечивает наиболее высокое качество управления за счет того, что в ряде случаев сводит до нуля (при необходимости — до отрицательных величин; это — упреждающее управление) фазовый сдвиг между возмущающим воздействием и управляющим воздействием, обеспечивающим компенсацию возмущения. Это позволяет употребить ресурсы замкнутой системы на повышение запаса устойчивости управления ипроизводительности замкнутой системы в отношении вектора целей управления. При других схемах управления эти резервы расходуются на компенсацию той составляющей отклонений от идеального режима, которая обусловлена фазовым сдвигом управляющего воздействия относительно возмущающего по сравнению с теоретическим случаем отсутствия фазового сдвига между возмущением и управляющим воздействием.

Разные схемы управления несут содержательно разные целевые функции (концепции) управления, даже когда управление идет по одному и тому же вектору целей. Концепция управления является этапом полной функции управления. Полная функция управления — тоже иерархически упорядоченная последовательность разнокачественных действий, включающая в себя: