Структурный анализ и синтез систем управления

Структурный анализ систем управления

Прежде чем раскрыть сущность структурного анализа, необходимо еще раз вернуться к понятию "структура".

Структура - это внутренняя организация системы, которая способствует связи составляющих систему элементов. Она определяет существование системы как целого и ее качественные особенности. Структура определят упорядоченность элементов системы. Таким образом, структура — это относительно устойчивый, упорядоченный способ связи элементов, придающий их взаимодействию в рамках внутренне расчлененного объекта целостный характер.

Сущностью структурного анализа является определение статических характеристик системы по ее структуре.

Структурный анализ проводится с целью исследования статических характеристик системы путем выделения в ней подсистем и элементов различного уровня и связей между ними.

Объектами исследования структурного анализа являются различные варианты структур системы управления, которые формируются в процессе ее декомпозиции.

В качестве показателей исследуемых структур целесообразно использовать:

• множество выделенных элементов, отношений и связей;

• характеристики элементов и связей;

• обобщенные показатели структур, характеризующие их влияние на эффективность системы управления (число уровней управления, структурная устойчивость, экономические затраты на поддержание требуемых структурных характеристик и др.).

При выборе и оценке показателей структуры применяются различные методы описания и моделирования, которые зависят от вида структуры, степени неопределенности исходных данных и требований, предъявляемых к точности и достоверности результатов анализа. Процедура определения показателей структуры включает следующие этапы:

• определение исходных данных для оценки структуры;

• вычисление значений характеристик элементов структуры и связей между ними;

• вычисление значений характеристик (показателей эффективности) структуры.

Исходные данные включают:

• модель исследуемой структуры, задаваемую в графической, матричной или аналитической форме;

• перечень определяемых обобщенных показателей эффективности (характеристик) структуры q_l, l = 1, 2, ..., L;

• перечень определенных показателей (характеристик) элементов h_i, i, j = 1, 2, ..., п;

• значения характеристик (х) воздействий окружающей среды, условий функционирования системы управления, частных технических, экономических, эксплуатационных, организационно-штатных и других характеристик элементов и связей, указанных в соответствующей документации или определяемых в ходе измерений и наблюдений.

На основании исходных данных вычисляются значения показателей элементов и связей:

h_i=f_i (x); h_ij (x) ,i, j= 1, 2, ..., п. (2.1)

Затем определяются значения показателей эффективности:

q_l= F_l (h₁, h₂ .... h_n; h₁₂, h₁₃, .... h _n,n-1). (2.2)

Оценка эффективности анализируемых структур производится, как вило, на основе установленного критерия пригодности, который для минимизируемых показателей эффективности будет иметь вид

q_l < q_ol, l= 1,2, ..., L, (2.3)

где q_ol — требуемое значение l-го показателя.

Исследование моделей и оценка структуры проводятся на основании конкретных числовых значений q_l

На основании оценки структуры производится выбор варианта структуры или же предложения по ее совершенствованию.

Структурный синтез систем управления

Необходимо обратить внимание на то обстоятельство, что, в отличие от технических систем, при исследовании организационных (общественных) систем вместо понятия "синтез" используются такие, в принципе идентичные понятия, как "создание", "проектирование", "совершенствование", "реорганизация" и "организация" системы. При этом под организацией системы понимается совокупность процессов, действий, ведущих к образованию и совершенствованию взаимодействия между частями целого, т.е. процесс создания системы — синтез системы.

Сущностью структурного синтеза является разработка (создание, проектирование, совершенствование, реорганизация и организация) системы, которая должна обладать желаемыми свойствами.

Структурный синтез проводится с целью обоснования множества элементов структуры, отношений и связей между ними, характеристик элементов и связей, обеспечивающих в совокупности максимальную степень соответствия заданным требованиям.

Объектами исследования структурного синтеза являются различные варианты разрабатываемых (совершенствуемых) структур системы управления.

К основным обобщенным показателям исследуемых структур относятся:-

• число управляемых объектов;

• время и достоверность доведения информации до управляемых объектов;

• вероятность реализации полного цикла управления с использованием синтезируемой структуры;

• жизнеспособность структуры;

• суммарная стоимость структуры и др.

В процессе структурного синтеза определяются множество элементов структуры, отношения и связи между ними, характеристики элементов и связей, обеспечивающие оптимальные или рациональные значения обобщенных показателей (2.2), в соответствии с выбранными критериями эффективности:

q_l G, (2.4)

где G - множество требуемых значений показателей эффективности q_l

Общая модель структурного синтеза включает определение показателей структуры (2.1) = f (h_i, h_ij),   М, обеспечивающих требуемые значения показателя эффективности q_l (2.1), при заданных условиях выбора v N, т.е. определение М, при которых

q_l ( ) G, v N, (2.5)

где М — допустимые (предельно возможные) значения определяемых показателей структуры;

N — заданные значения условий выбора;

G - множество требуемых значений показателей эффективности q_l

Критерий эффективности (2.5) выбирается с учетом требований, предъявляемых к системе управления. На выбор критерия влияют требования, предъявляемые к точности определения показателей , степень определенности исходных данных, наличие методического аппарата.

Условия выбора v характеризуют все необходимые исходные данные, которые имеет исследователь к моменту решения задачи синтеза. Исходные данные определяются на основе опыта создания и применения аналогичных структур в ходе анализа исследуемой системы управления, уточняются и дополняются в процессе внедрения синтезируемой структуры. Условия выбора ограничивают число возможных вариантов синтезируемых структур и учитываются при окончательном выборе варианта создаваемой структуры системы управления.