logo
Моделирование систем / Моделирование систем / Теория / Dop / АИС_Конспект

1.1. Общие положения

Системой называется некая совокупность элементов, обособленная от окружающей среды и взаимодействующая с ней как некое целое. Важной особенностью системы является невозможность выполнения отдельными элементами ее функций. Данная особенность получила наименование эмерджентности. Чем сложнее система, чем больше различие между ней и составляющими ее элементами.

Система взаимодействует с внешней средой. При этом можно выделить в общем виде следующие формы обмена:

Системы можно разделить на два больших класса природные и искусственные. Искусственные системы создаются человеком в процессе его деятельности. В составе искусственных систем можно выделить три основных класса: технические, автоматизированные и организационные.

Системы созданные человеком возникают для удовлетворения определенной цели. При этом можно говорить о причинно – следственной цепочке:

Потребность – Цель – Функционирование системы – Результат.

В этой последовательности потребность можно определить как то, что объективно связывает человека с внешней средой, в том числе и с социальной, как некоторое условие обеспечения его жизнедеятельности и существования.

В свою очередь цель: это совокупное представление о некоторой модели будущего результата, способного удовлетворить исходную потребность при имеющихся реальных возможностях, оцененных по результатам опыта.

Для получения результата требуется определенный метод функционирования системы, то есть возникает потребность в управлении системой.

Управление системой в общем виде может быть реализовано тремя способами:

Последние два способа управления следует отнести к адаптивному типу управления.

В системах управления любого типа выделяют следующие составные элементы множество входных сигналов X, множество выходных сигналов Y и каналы воздействия на систему возмущений V (см. рис.1.1). В формализованном виде в данные множества могут быть представлены как:

X={x1,x2,…,xi} (1.1)

Y={y1,y2,…,yi} (1.2)

V={v1,v2,…,vi} (1.3)

Рис.1.1. Система с прямым контуром управления.

Внешние возмущения в системе представляют собой «шум» помехи. На рисунке 1.1. Показана система с открытым контуром управления. Для контроля за правильностью работы системы и обеспечения ее устойчивости используют замкнутый контур управления, как это показано на рисунке 1.2. Такие системы называются системами с обратной связью. В большинстве систем реализуется принцип отрицательной обратной связи. Разница между обобщенным входом X и обобщенным выходом Y называется рассогласованием системы. Отсутствие рассогласования означает, что система точно выполняет свои функции.

Рис.1.2. Систем с замкнутым контуром управления.

Важным системным понятием является понятие элемента и структуры. Введем следующие определения:

S={ei,j} (1.4)

где i и j изменяются от 1..n; n – число связей в системе.

Динамическое поведение системы во времени характеризуется изменением ее параметров состояния во времени. Это множество стабильных значений переменных параметров элементов системы. Переход из одного состояния в другое – процесс в системе. В свою очередь процессы в системе могут быть как устойчивыми, так и не устойчивыми. Неустойчивый процесс ведет к разрушению структуры системы.

Создаваемые человеком системы ­– это сложные системы и большие. Под сложными системами следует понимать такие системы, при изучении которых можно выделить отдельные подсистемы. Большие системы это пространственно распределенные сложные определенным образом взаимодействующие друг с другом.

В сложных системах их структуру можно рассматривать как состояние, возникающее в результате многовариантного и неоднозначного поведения многоэлементных структур. Для таких систем характерны следующие особенности:

одного устойчивого состояния.

Режимы с обострением – точки бифуркации. Такие режимы наблюдаются при смене установившегося режима работы системы. Точка бифуркации – критическое состояние системы, при котором система становится неустойчивой и возникает неопределенность: станет ли состояние системы хаотическим или она перейдет на новый, более дифференцированный и высокий уровень упорядоченности. Такие точки обладают следующими свойствами:

Непредсказуемость. Обычно точка бифуркации имеет несколько веточек аттрактора (устойчивых режимов работы), по одному из которых пойдёт система. Однако заранее невозможно предсказать, какой новый аттрактор займёт система.

Точка бифуркации носит кратковременный характер и разделяет более длительные устойчивые режимы системы.

Системы такого рода являются предметом изучения синергетики.

Технические системы управления – это системы, кото­рые содержат в качестве элементов технические устройства и мо­гут в течение некоторого интервала времени функционировать без участия человека.

Технические системы управления имеют следующие особен­ности:

В технических системах легко выделить объект управления и управляющую си­стему.

Автоматизированные системы управления – это системы, включающие в качестве элементов, как технические системы, так и персонал, взаимодействующий с этими системами.

Организационные системы возникают в обществе. В качестве такой системы выступает коллектив людей деятельность которых сознательно координируется для достижения определенной цели.