Басқару үрдістерінде идентификаттау
Басқарудың қазіргі заманғы теориясы мен практикасының ең маңызды мәселесі басқару объектісінің моделін құру, яғни, объекттің жұмыс жасау заңдылықтарын формалау болып табылады. Осы модельдің негізінде басқару жүйесінің құрылымы, алгоритмдері мен параметрлері анықталады, жүйені жүзеге асырудың аппараттық-программалық құралдары таңдап алынады. Күрделі объекттің моделін құрудың тиімді әдістерінің бірі идентификаттау болып табылады.
Басқару үшін ең алдымен нені басқарытынымызды білу керек, яғни, ол арқылы болжамдалатын басқару салдарын «ойнатып көріп» олардың ең жақсысын таңдап алуға болатын объекттің моделі керек. Сондықтан осындай модельдеу барысында ең алдымен басқару қажеттілігін қанағаттандыратын модельді құру керек.
Арнайы басқару қажеттілігі үшін синтезделген мұндай модель тану моделі үшін өте қажет болатын құбылыстың ішкі механизмдерін бейнелемесе де болады. Оған объекттің кірісі мен шығысы арасындағы белгілі бір формальды байланыстың бар болуын констатациялау жеткілікті.
Осыған байланысты «басқару» ұғымы деп нені түсіну керек және ол басқарылатын объекттің модельдеу барысында алынатын модельге қандай талаптарды қойятынын анықтау мақсатқа лайықты.
Басқару деп нәтижеде объект қойылған мақсаттарды орындауға басқарудан бұрыңғымен салыстырғанда белгілі бір мағынада «жақындау» болып қалатын объектке осындай мақсатқа лайықты әсер тигізу үрдісін түсінеді. 1.1 суретте объектті басқарудың жалпы схемасы көрсетілген.
Х- басқарылмайтын, бырақ бақыланатын құрамдас; U - басқарылатын құрамдас;
Y- объекттің күйі туралы басқарушы құрылғыға қол жетерлік ақпарат.
Сурет 1.1 – Объектті басқарудың жалпы схемасы
Басқаруды синтездеу үшін ең алдымен Z мақсатын, яғни объектке әсер тигізу барысында басқарушы құрылғы неге «ұмтылуы» тиісті екенін, басқару көз қарасынан объект қандай долуы тиіс екенін анықтау керек. Бырақ, бұл жеткіліксіз, осы мақсатқа қалай жетуге болатынын көрсететін басқару алгоритмі А қажет.
Сонымен, басқару келесі төртеулік арқылы жүзеге асырылады:
<U,I=<X,Y>,A,Z>,
мұндағы U – басқарушы әсер; I=<X,Y> - орта мен объект қалып-күйлері туралы ақпарат; А- алгоритм; Z – басқару мақсаты.
Z мақсаты олардың орындалуы А алгоритм көмегімен U – басқарушы әсерді ұйымдастыру және Y арна бойынша ақпаратты жинау арқылы қамтамасыз етіледі. X пен U Y қалып-күйге қалай әсер ететінін, яғни, Y=F(X,U) модельге ие болмай U басқаруды анықтау мүмкін емес.
Идентификаттау және модельдеу теориясы – басқару объектілері мен басқару жүйелердің модельдерін құру мәселелерімен айналысатын және сол модельдердің параметрлерін бағалау проблемасын шешетін ғылыми-техникалық пән.
Идентификаттау проблемасын қарастыру барысында статикалық тәсілді ажыратады, оның маңызы келесіде: экспериментальдық зерттеулер қойылады, модельдің динамикасын сипаттайтын экспериментальдық сұрыптау алынады, модельдегі физикалық үрдістер туралы априорлы деректердің негізінде модельдің құрылымы анықталады, ал экспериментальдық сұрыптау бойынша модельдің баптау параметрлері анықталады.
Сонымен қатар, идентификаттау проблемасының динамикалық тәсілі бар: кейбір тұйықталған жүйе бар, сол жүйенің ішіне жүйенің нақтылы жұмыс жасау барысында модель параметрлерінің өзгеруін бақылайтын идентификаттаудың қосымша контуры арнайы түрде енгізіледі, белгілі бір критерийдің негізінде модельді бағалаймыз және қажет болса объекттің немесе толығымен жүйенің баптау параметрлерін өзгертеміз.
Курста оқылатын предмет болып басқару жүйелерінің объектері үшін модельдерді құру әдістері және сол модельдердің динамикалық параметрлерін анықтау әдістері болып табылады.
Кез келген объекттерді (техникалық жүйелер, үрдістер, құбылыстар) зерттеу барысында негізгі мәселе олардың модельдерін құру болып табылады. Тану нәтижесі ретінде модель зерттелетін объектке тән болатын қасиеттерін, заңдылықтарын, физикалық және басқа сипаттарын бейнелеу болып табылады. Модельдің сипаттамасы қойылатын мақсаттар арқылы анықталады және оның тағайындалуына тәуелді әртүрлі болуы мүмкін. Модельдерді екі негізгі класқа жіктейді: символикалық (сөз арқылы сипаттаулар, схемалар, сызбалар, математикалық теңдеулер және с.с.) және заттық (макеттер, объекттердегі үрдістерді имитациялайтын түрлі физикалық аналогтар мен электрондық модельдеуші құрылғылар).
Басқаруға арналған объекттерді зертеу барысында символикалық және заттық класс қатарына жататын математикалық модельдерді пайдаланады. Математикалық модельдердің қатарына объекттің кіріс және шығыс айнымалылары арасындағы статикалық және динамикалық байланыстарды адекватты түрде бейнелейтін осындай математикалық сипаттау жатады. Математикалық модельді аналитикалық түрде (объект ішінде өтетін үрдістердің заңдылықтары толығымен белгілі) және объекттің физикалық маңызын зерттемей оның кіріс және шығыс айнымалыларын экспериментальдық зерттеу нәтижелері бойынша алуға болады. Соңғы тәсіл тәжірибеде кең пайдаланылады, себебі модельді құру барысында объект туралы априорлы мәліметтердің минимумы жеткілікті.
Объектті басқару үшін оның негізнде объекттің берілген жұмыс жасау тәртібін қамтамасыз ететін басқару заңын таңдап алуға болатын кіріс және шығыс айнымалылардың арасындағы байланысты орнататын математикалық сипаттама түріндегі модель қажет. Пайда болатын сипаттау объектке тигізілетін u әсерді объекттің қайтаратын у реакциясына түрлендіру ережесін беруі тиіс. u және у айнымалылар бірдей немесе әртүрлі аргументтердің функциялары болуы мүмкін. Бір функцияны екінші функцияға түрлендіру оператор арқылы іске асырылады. Ол оператор функциялар арасындағы x(t) = A{u(t)} сәйкестікті орнататын математикалық немесе логикалық операциялардың жиынтығын анықтайды.
Мысал ретінде дифференциалдау, интегралдау және с.с. операторларды атауға болады. Стационарлы сызықтық бірөлшемді объекттер үшін оператор дифференциалды теңдеу немесе бірінші ретті дифференциалды теңдеулер жүйесі, интегральдық свертка, объекттің жиілік сипаттамасы (беріліс функция) түрінде берілуі мүмкін.
Тәжірибеде объекттерді стационарлы модельдермен сипаттауға ұмтылады, бырақ, нақтылықта барлық объекттер бейсызықтық, бейстационарлық, таралу, стохастикалық қасиеттерге ие. Қарапайымдау операторларды пайдалануды күрделі объекттің сипаттамаларын қарапайымдалған жуықталған бырақ келесі есептеулерге ыңғайлы сипаттаумен аппроксимациялау әрекеті ретінде қарастыру керек. Сипаттаулар түрлі түрде берілуі мүмкін: аналитикалық, кестелік, функцияларды белгілі бір жүйе бойынша жіктеу және с.с.
Басқару мақсаттарын тұжырымдағаннан кейін ортадан басқару объектті ерекшелеп алу, яғни, объекттің шекараларын анықтап, оның ортамен өзара әрекеттесуін анықтау керек. Соңғысы бөгет әсерлер моделі арқылы сипатталады. Одан кейін құрылым құрылады да, объект моделінің параметрлері идентификацияланады. Оптимизациялық есеп болып табылатын басқаруды синтездеу процедурасында объекттің моделі шектеулер ретінде қызмет атқарады. Бөгет әсерлер моделі көмегімен басқарудың кейбір сапалық көрсеткіштерін бағалауға болады.
Күрделі объектті басқару мәселесін шешкенде көп жағдайларда қажетті дәлділікке ие болатын сипаттауды алу мүмкін емес. Бұл жағдайда әрқайсысы үрдістің жеке жақтарын сипаттайтын модельдер ансамблі пайдаланылады. Модельдерді қарапайымдаумен басқару мақсаттары да әлсірейді (мысалы, анықсыз жағдайда қатаң сапалық көрсеткіштерсіз басқарудың ойға сиятындай стратегияны табу есебі қойылады). Көп жағдайда ондай модельдер объект жұмысын имитациялайтын және ЭЕМді пайдалануға бағытталған программалр жиынтығы ретінде іске асырылады.