СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ — функционально организованная динамическая система (техническая, социальная, биологическая и т. д.), в к-рой осуществляются процессы управления, обеспечивающие достижение поставленных целей. В структурном отношении С. у. подразделяется на две части — управляющую и управляемую (см. Регулирование, в биологических системах).

В управляющем устройстве С. у. формируются специальные сигналы — т. е. управляющие воздействия, к-рые поступают на входы объекта управления и изменяют его состояние в нужном направлении. Эти сигналы формируют так наз. прямые связи. Управляющие воздействия в С. у. могут вырабатываться как на основании информации о состоянии внешних объектов (по отношению к объекту управления), так и на основании информации о текущем состоянии самого объекта управления, поступающей по каналам обратной связи (см.). С. у., функционирующие без информации о текущем состоянии объекта управления, т. е. без обратной связи, называются разомкнутыми, а функционирующие при наличии такой информации — замкнутыми.

Сложные С. у. обычно имеют иерархическую организацию со множеством соподчиненных уровней. На каждом уровне функционируют свои механизмы управления, образующие в С. у. целостную систему прямых и обратных связей. Поэтому сложные С. у. иногда называются многосвязными.

Для описания функционирования С. у. в кибернетике (см.) используются понятия устойчивости, чувствительности и качества системы.

Устойчивость в широком смысле понимается как свойство С. у. возвращаться из возмущенных состояний в исходный или близкий к исходному установившийся режим после того, как внешнее возмущение, вызвавшее отклонение, перестает действовать (снимается). С. у. неустойчива, если после снятия возмущения она не способна возвратиться в исходное состояние.

Чувствительность С. у. характеризует степень изменения ее режима под влиянием постоянно действующего возмущения. В тех случаях, когда при постоянном действии какого-либо возмущения возникающий режим мало отличается от исходного, говорят, что система управления обладает малой чувствительностью.

Качество С. у. (т. е. степень соответствия данной С. у. выполняемым ею задачам) оценивается на основании выработанных заранее критериев. Система, процессы управления в к-рой обеспечивают достижение наилучших (предельных, максимальных или минимальных) значений показателей, называется оптимальной. Напр., технические С. у., реализующие максимально быстрое достижение поставленной цели, называются оптимальными по быстродействию.

Часто в процессе функционирования С. у. нек-рые параметры управляющего устройства при изменении условий среды автоматически меняются с целью улучшения качества управления. Такие С. у. называются адаптивными; адаптивные системы управления способны поддерживать оптимальность системы в условиях изменяющейся окружающей среды.

В теории автоматического управления задача конструирования С. у., удовлетворяющей заданным требованиям устойчивости и качества, называется задачей синтеза, а задача изучения реальной С. у. и получения ее количественных характеристик — задачей анализа. При решении этих задач используются различные математические методы (см.).

В течение долгого времени задача анализа С. у. решалась с помощью так наз. метода черного ящика, когда функционирование С. у. описывалось с помощью соотношений, связывающих между собой непосредственно входы и выходы С. у. После того как была выяснена ограниченность этого метода, пригодного лишь для описания и исследования относительно простых систем, стали использовать метод пространства состояний. В этом методе выходы системы не связываются непосредственно с ее входами, а сначала для заданной структуры по входным сигналам определяется состояние системы, т. е. минимальный набор чисел, к-рый позволяет при задании будущих входов системы всегда определять значения всех ее будущих выходов. Математически С. у. описывают двумя системами уравнений. Первая, описывающая состояние С. у., включает в себя только дифференциальные уравнения (так наз. уравнения состояния), а вторая — только алгебраические уравнения, дающие возможность по текущим значениям входов и состояний определить все выходы (уравнения выходов).

Различные по природе С. у. обладают большим разнообразием свойств. В частности, для биол. систем (см. Биологическая система) характерны иерархические структуры эволюционно сложившихся механизмов управления. Обменные процессы, лежащие в основе жизнедеятельности, регулируются биохимическими механизмами управления метаболической систехмы организма; процессы снабжения веществами и энергией — механизмами управления физиол. уровня; процессы самовоспроизведения, роста и онтогенеза — генетическими механизмами управления.

Наметилась тенденция к созданию сложных С. у., в к-рых одновременно работают как технические, так и биол. управляющие элементы. В искусственных органов (см.), взаимодействие технических и физиол. механизмов управления направлено на обеспечение наилучшего функционирования биол. компонента системы — т. е. организма человека.

См. также Управление.

Библиография: Винер Н. Кибернетика, пер. с англ., М., 1968; Новосельцев В. Н. Теория управления и биосистемы, Анализ сохранительных свойств, М., 1978.

В. Н. Новосельцев.