Страница:
Вектор ошибки управления возникает в результате двух причин:
· во-первых, сама устойчиво функционирующаязамкнутая система представляет собой колебательную систему, поэтому даже в условиях заведомого отсутствия внешних возмущений она совершает колебания относительно вектора целей (вопрос только в том, позволяет ли постановка задачи управления пренебречь этими колебаниями, либо же нет);
· во-вторых, на замкнутую систему действуют внешние возмущения из окружающей среды, а в ней самой могут произходить какие-то внутренние изменения
Есть понятие «запас устойчивости замкнутой системы», это - собственная характеристика замкнутой системы, построенная на основе какой-либо (их может быть несколько) меры возмущающего воздействия, превышение которой ведёт к выходу вектора ошибки управления за допустимые пределы или к гибели системы.
3.9. Схемы управления
Все замкнутые системы при структурном и безструктурном управлении (и самоуправлении) строятся на основе одной из следующих схем управления
Структура, реализующая схему управления, может быть полностью размещена на объекте, либо какие-то её элементы могут быть размещены вне управляемого объекта по разным причинам. Частным случаем такого варианта является дистанционное управление, когда на объекте размещены преимущественно изполнительные элементы структуры, которые не жалко потерять или которые заведомо невозможно сохранить. Последнее часто имеет место по отношению к команде политиков, изображающих реальную власть, а также при употреблении роботовв опасной обстановке (хотя в толпо-“элитарном” обществе политики редко не представляют собой роботов - биороботов).
ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ
Внешние обратные связи после включения схемы в процесс управления в замкнутой системе отсутствуют: текущая информация о состоянии внешней среды и положении объекта в ней в системе управления не изпользуется.
Управляющий сигнал является функцией времени и, возможно, информации, поступающей по каналам внутренних обратных связей. Учёт влияния на поведение объекта всех возмущающих воздействий производится на стадии проектирования и создания объекта и (или) системы управления им и программы управления. Уровень максимально возможного качества управления является функцией соответствия программы управления реальнымусловиям её реализации, поскольку замкнутая система не реагирует на реальное воздействие внешней среды. Гибкость поведения отсутствует.
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 в том смысле, что управляющий сигнал и реакция замкнутой системы на возмущения - функция этих возмущений.
Программно адаптивная схема может реализовывать разные принципы управления. Отметим два наиболее часто встречающихся: управление по возмущению, и управление по отклонению. В первом случае система управления вырабатывает управляющий сигнал на основе измерения в процессе управления возмущающего непосредственно воздействия. Во втором случае система управления вырабатывает управляющий сигнал на основе измерения контрольных параметров и оценки их отклонений от значений, характеризующих идеальный режим управления. При необходимости оба принципа могут сочетаться в одной и той же системе управления.
Предположим, что мы проектируем систему автоматического управления температурным режимом в помещении. Мы можем построить её так, что обогреватели будут включаться в результате регистрации системой падения температуры в помещении ниже заданного значения. Это будет реализацией принципа управления по отклонению. Но мы можем построить систему такого назначения и иначе. Поскольку температура в помещении обычно падает после того, снизится среднесуточная температура наружного воздуха, остынут стены помещения и в него попадёт холодный наружный воздух, то мы имеем возможность регистрировать температуру наружного воздуха, вычислять среднесуточную температуру, и, не дожидаясь того момента, когда стены остынут и начнётся снижение температуры в помещении, давать команду на включение обогревателя в каком-то режиме немедленно в случае снижения среднесуточной температуры до заданного порогового значения. Кроме того, режим функционирования обогревателя может быть функцией разницы среднесуточной наружной температуры и текущего значения температуры в помещении. В последнем варианте в программно-адаптивной схеме управления будут сочетаться оба принципа управления - по возмущению и по отклонению.
Если нет возможности измерять контрольный параметр непосредственно в процессе управления(то есть в отношении него разорваны внешние и внутренние обратные связи), то в таком случае вместо не поддающегося непосредственному измерению значения контрольного параметра может быть изпользована его косвенная оценка на основе его производных, интегральных и иным образом информационно с ним связанных параметров, которые измеряются непосредственно. Однако в этом случае программно-адаптивное управление имеет свойство неограниченно накапливать с течением времени ошибку разсогласования по контрольному параметру. 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 расчётов), 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 расчётам 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 текущие координаты объекта определяются на основе ввода изходных координат, измерения ускорений и их двукратного интегрирования.
Качество управления при употреблении программной схемы ниже в сопоставлении с программно-адаптивной при одинаковой алгоритмике 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 своё нулевое значение неограниченно долгое время.
Но в большинстве случаев возмущающее воздействие прямому измерению не поддаётся. 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 изкажается 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 движение объекта также успевает набрать инерцию и требуется более мощное управляющее воздействие, чтобы вернуть объект к изходному 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, она не может быть полностью изпользована вследствие того, что 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 не учитываемых факторов: неопознанных, признанных мало влияющими, оказавшихся ниже порогов чувствительности средств измерения и т.п. Соответственно замкнутая система - колебательная система, преобразующая возмущающее воздействие и управляющее воздействие в вектор ошибки управления, изменения которого в устойчивом процессе управления носят колебательный характер.
Потребность уменьшить вектор ошибки управления приводит к схеме « предиктор-корректор»- предуказатель-поправщик, предсказатель-поправщик. Смысл слова «предуказатель» объемлет смысл слова «предсказатель», но на Западе и в отечественной научной традиции уже принят термин «предиктор-корректор», однако не в общем управленческом смысле, а в ограниченном: в технике и вычислительной математике
УПРАВЛЕНИЕ ПО СХЕМЕ ПРЕДИКТОР-КОРРЕКТОР
Оно строится на основе прогнозирования в самом процессе управленияповедения замкнутой системы, изходя из информации о текущем и прошлых состояниях замкнутой системы и воздействии на неё окружающей среды. Прогнозная информацияподаётся 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 прогнозируемое будущее . Информация о свершившемся прошлом и о настоящем в схеме предиктор-корректор, кроме прогнозирования и выработки управляющего сигнала, также изпользуется как основа для минимизации (периодического обнуления) в процессе управления составляющей вектора ошибки, обусловленной накоплением с течением времени ошибок прогнозирования.
При сопоставлении программно-адаптивной схемы и предиктора-корректора на основе вектора состояния, изпользуемого 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, изпользуемых в обеих схемах, предиктор-корректор будет получать разные прогнозы, что и выразится в несовпадении управляющих сигналов, вырабатываемых в программно-адаптивных модулях обеих схем управления. То есть предиктор-корректор «умнее» и обеспечивает более гибкое, нешаблонное управление по сравнению с предъидущими схемами.
При условии достаточно высокой точности прогноза схема предиктор-корректоробеспечивает наиболее высокое качество управления за счёт того, что в ряде случаев сводит до нуля (при необходимости - до отрицательных величин: это - упреждающее управление) фазовый сдвигмежду возмущающим воздействием и управляющим воздействием, обеспечивающим компенсацию возмущения. Это позволяет употребить ресурсы замкнутой системы на повышение запаса устойчивости управления и производительности замкнутой системы в отношении вектора целей управления. При других схемах управления эти резервы не могут быть изпользованы или разходуются 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.
3.10. Полная функция управления,
Разные схемы управления обладают разными возможностями к возприятию (к поддержке) содержательно разных концепций управления и составляющих их целевых функций управления. Поэтому даже когда в основу управления закладывается один и тот же вектор целей, то концепция управления и схема управления взаимно обуславливают друг друга.
Концепция управления является этапом полной функцииуправления. Полная функция управления (как и концепция управления) - иерархически упорядоченная последовательность разнокачественных действий, включающая в себя:
1. Опознавание факторов среды (объективных явлений), с которыми сталкивается интеллект, во всём многообразии процессов Мироздания.
2. Формирование стереотипа (навыка) разпознавания фактора на будущее.
3. Формирование вектора целей управления в отношении данного фактора и внесение этого вектора целей в общий вектор целей своего поведения (самоуправления).
4. Формирование концепции управления и частных целевых функций управления, составляющих в совокупности концепцию, на основе решения задачи об устойчивости в смысле предсказуемости поведения.
5. Организация и реорганизация целесообразных управляющих структур, несущих целевые функции управления.
6. Контроль (наблюдение) за деятельностью структур в процессе управления, осуществляемого ими и координация взаимодействия разных структур.
7. Ликвидация существующих структур в случае ненадобности или поддержание их в работоспособном состоянии до следующего изпользования.
Пункты «1» и «7» всегда присутствуют. Промежуточные между ними можно в той или иной степени объединить или разбить ещё более детально.
Полная функция управления может осуществляться только в интеллектуальной схеме управления, которая предполагает творчествосистемы управления как минимум в следующих областях: выявление факторов среды, вызывающих потребность в управлении; формирование векторов целей; формирование новых концепций управления; совершенствование методологии и навыков прогноза при решении вопроса об устойчивости в смысле предсказуемости при постановке задачи управления и (или) в процессе управления по схеме предиктор-корректор.
Исторически так сложилось, что обыденное сознание утратило въдение смыслового различия слов «разум», «ум», «разсудок», «соображение», поэтому мы здесь пользуемся нерусским словом «интеллект», понимая под ним самоизменяющийся, самонастраивающийся алгоритм выбора, преобразования информации, в результате действия которого возникают информационные модули, ранее данному субъекту не известные и в готовом виде в него извне не поступавшие.
Всякий алгоритм - некая частная мера, по которой протекают информационные потоки; поэтому интеллект - процесс разширения некой частной меры.
Что такое и в чём суть объективного явления, называемого «интеллект», - дело довольно неясное, особенно для сознания, опирающегося на мировоззрение, не признающее информацию вне человеческого общества объективной категорией; или полагающего, что человек - единственное существо, обладающее интеллектом, или что интеллект всегда локализуется по принципу «один интеллект - одно существо» и не может локализоваться по принципу «один интеллект - множество (также и разнородных) носителей его разных фрагментов, в том числе и таких носителей, что собственным интеллектом они не обладают».
Но, если говорить об управлении достаточно широко, то интеллектуальный фактор всегда присутствует при управлении и самоуправлении по полной функции, вне зависимости от того, насколько и как человек представляет себе интеллект вообще и его различные способы естественного существования и реализации в искусственных технических порождениях самих людей.
Во многих замкнутых системах интеллект действует и в ходе осуществления концепции управления: в случае утраты или паралича интеллекта в таких системах произходит потеря качества управления в большей или меньшей степени, вплоть до полного срыва концепции управления. Именно это и произошло с партаппаратом КПСС: паралич интеллекта верноподданностью и догматами, оторванными в психике членов партии от чувственного возприятия ими жизни. Ранее по тем же причинам погиб царизм; по этим же причинам погибнет и “демократия” по-западному.
Необходимость повышения качества управления в технике вызвала к жизни множество научно-технических разработок по теме «искусственный интеллект». Противоборство различных социальных групп в истории породило множество методов сдерживания, блокирования, нарушения, «осёдлывания» чужой интеллектуальной деятельности и множество методов стимуляции, псевдостимуляции и оттачивания культуры собственной интеллектуальной деятельности. Указанные в этом абзаце два аспекта деятельности человеческого общества по проблеме интеллекта тесно связаны с ответом на вопрос: интеллект - общеприродное явление и человеческий интеллект - один из многих, а искусственный интеллект - действительный интеллект, но достаточно часто - протез собственного интеллекта человека, не желающего и не умеющего пользоваться своим собственным? либо же человеческий интеллект уникален, а «искусственный интеллект» - его порождение, имеющее с человеческим только общее название, но внутренне сущностно качественно отличное от него?
Чтобы получить один из возможных ответов на этот вопрос, умозрительно построим некий информационно-алгоритмический процесс, основанный на заведомо безъинтеллектуальных элементах и на жёстких алгоритмах (правилах действий), не требующих участия интеллекта.
В природе всё подчинено иерархии вероятностных предопределённостей, выражающихся в наблюдаемой статистике явлений. Поэтому моделирование многих процессов, протекающих в природе и обществе требует моделирования вероятностных предопределённостей, для чего употребляются разного рода статистические модели, которые могут включать в себя генераторы случайных чисел - аналогов жизненных случайностей в моделях.
Один из наиболее известных генераторов случайностей (однозначных непредсказуемостей, по крайней мере для большинства) - игра в рулетку. Рулетка в её примитивном виде представляет собой «блюдечко», внутри которого вдоль бортика лежит кольцевой желобок с ячейками, в которых записаны числа. В центре «блюдечка» вертикальная ось, на которую насажена крестовина. Крестовине придают вращение, и в «блюдечко» бросают шарик. Лопасти крестовины гоняют шарик по «блюдечку» (донышко которого в некоторых конструкциях рулетки также вращается) до тех пор, пока кинетическая энергия крестовины и шарика не будет разсеяна. После этого шарик попадает в одну из ячеек и останавливается в ней. В зависимости от выпавшего числа и ставок, сделанных игроками перед бросанием в «блюдечко» шарика, крупье-банкир - вращающий рулетку - переразпределяет между своим «банком» и игроками выигрыши и проигрыши. Шарик не имеет механически неизменной кинематической связи с крестовиной и «блюдечком», и при правильной круглой форме «блюдечка», его горизонтальном положении, отсутствии скрытных тормозов и т.п., это является защитой интересов игроков от мошенничеств с торможением крестовины на числах, гарантирующих выигрыш кого-либо из игроков или крупье. Правила же игры таковы, что вероятностно предопределяют выигрыш владельцев казино.
Игру в рулетку относительно недавно (1980-е гг.
Телешоу этого типа - отвлечение интеллектуальной мощи массы людей на ерунду, необходимое хозяевам закулисных спонсоров подобных программ для того, чтобы облапошить народ, пока он взирает на телешоу
Разрядка страстей и эмоциональная отдушина есть, но понимание произходящего от КВНа к КВНу не растёт, хотя интеллект и команд, и сценаристов работает вовсю… однако не на разрешение проблем жизни общества; а коэффициент общественно полезной интеллектуальной деятельности при этом близок к нулю. Это и требуется над-“элитарному” предиктору
* *
Разсмотрим ситуацию: два игрока по имени «Среда» (окружающая) и «Система» (замкнутая) крутят «рулетку» под наблюдением «Судьи», контролирующего общий ход игры. Рулетка обладает особенностью: при многократном вращении она выбрасывает случайные числа, подчинённые закону разпределения такому, что на числовой оси по мере выпадения новых чисел появляется область сгущения, в которой выпавших чисел больше, чем вне её.
«Среда» начинает игру и крутит рулетку два раза. Первое из выпавших у неё чисел является кодом, по которому «Судья» определяет максимальное время, в течение которого «Система» должна сделать ответный ход. Роль в игре второго числа, выпадающего у “Среды» в каждом её ходе, видна из действий «Системы» в процессе осуществления ею своего хода.
В своём ходе «Система», чтобы не проиграть, должна противопоставить второму числу, выпавшему у «Среды», большее или равное ему число. При этом «Система» вращает “рулетку” в течение времени, которое отведенного ей «Судьёй» в соответствии с первым числом, выпавшим у «Среды» в её ходе. «Система» в праве запускать рулетку несколько раз, если у неё есть на это время.
Кроме того, у «Системы» есть лотерейный барабан, в котором находятся шарики с записанными на них числами, выпадавшими в прошлых вращениях рулетки «Системой». Лотерейный барабан таким образом накапливает в себе весь прошлый опыт взаимодействия «Среды» и «Системы» в ходе игры. И пока время, отведённое для хода «Системы», не изтекло, «Система» крутит и лотерейный барабан.
· во-первых, сама устойчиво функционирующаязамкнутая система представляет собой колебательную систему, поэтому даже в условиях заведомого отсутствия внешних возмущений она совершает колебания относительно вектора целей (вопрос только в том, позволяет ли постановка задачи управления пренебречь этими колебаниями, либо же нет);
· во-вторых, на замкнутую систему действуют внешние возмущения из окружающей среды, а в ней самой могут произходить какие-то внутренние изменения
[59].
Есть понятие «запас устойчивости замкнутой системы», это - собственная характеристика замкнутой системы, построенная на основе какой-либо (их может быть несколько) меры возмущающего воздействия, превышение которой ведёт к выходу вектора ошибки управления за допустимые пределы или к гибели системы.
3.9. Схемы управления
Все замкнутые системы при структурном и безструктурном управлении (и самоуправлении) строятся на основе одной из следующих схем управления
[60]и (или) их сочетании в объемлющей замкнутой системе. Разные схемы (не способы) управления обеспечивают для одних и тех же объектов в одних и тех же условиях различную гибкость реагирования на возмущающие воздействия и различный максимально достижимый уровень качества управления. Будучи реализованы на одних и тех же объектах, они обеспечивают им разные запасы устойчивости управления. Схемы управления отличаются одна от другой разпределением по компонентам замкнутой системы полной функции управления.
Структура, реализующая схему управления, может быть полностью размещена на объекте, либо какие-то её элементы могут быть размещены вне управляемого объекта по разным причинам. Частным случаем такого варианта является дистанционное управление, когда на объекте размещены преимущественно изполнительные элементы структуры, которые не жалко потерять или которые заведомо невозможно сохранить. Последнее часто имеет место по отношению к команде политиков, изображающих реальную власть, а также при употреблении роботовв опасной обстановке (хотя в толпо-“элитарном” обществе политики редко не представляют собой роботов - биороботов).
ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ
Внешние обратные связи после включения схемы в процесс управления в замкнутой системе отсутствуют: текущая информация о состоянии внешней среды и положении объекта в ней в системе управления не изпользуется.
Управляющий сигнал является функцией времени и, возможно, информации, поступающей по каналам внутренних обратных связей. Учёт влияния на поведение объекта всех возмущающих воздействий производится на стадии проектирования и создания объекта и (или) системы управления им и программы управления. Уровень максимально возможного качества управления является функцией соответствия программы управления реальнымусловиям её реализации, поскольку замкнутая система не реагирует на реальное воздействие внешней среды. Гибкость поведения отсутствует.
ПРОГРАММНО-АДАПТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ
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 в том смысле, что управляющий сигнал и реакция замкнутой системы на возмущения - функция этих возмущений.
Программно адаптивная схема может реализовывать разные принципы управления. Отметим два наиболее часто встречающихся: управление по возмущению, и управление по отклонению. В первом случае система управления вырабатывает управляющий сигнал на основе измерения в процессе управления возмущающего непосредственно воздействия. Во втором случае система управления вырабатывает управляющий сигнал на основе измерения контрольных параметров и оценки их отклонений от значений, характеризующих идеальный режим управления. При необходимости оба принципа могут сочетаться в одной и той же системе управления.
Предположим, что мы проектируем систему автоматического управления температурным режимом в помещении. Мы можем построить её так, что обогреватели будут включаться в результате регистрации системой падения температуры в помещении ниже заданного значения. Это будет реализацией принципа управления по отклонению. Но мы можем построить систему такого назначения и иначе. Поскольку температура в помещении обычно падает после того, снизится среднесуточная температура наружного воздуха, остынут стены помещения и в него попадёт холодный наружный воздух, то мы имеем возможность регистрировать температуру наружного воздуха, вычислять среднесуточную температуру, и, не дожидаясь того момента, когда стены остынут и начнётся снижение температуры в помещении, давать команду на включение обогревателя в каком-то режиме немедленно в случае снижения среднесуточной температуры до заданного порогового значения. Кроме того, режим функционирования обогревателя может быть функцией разницы среднесуточной наружной температуры и текущего значения температуры в помещении. В последнем варианте в программно-адаптивной схеме управления будут сочетаться оба принципа управления - по возмущению и по отклонению.
Если нет возможности измерять контрольный параметр непосредственно в процессе управления(то есть в отношении него разорваны внешние и внутренние обратные связи), то в таком случае вместо не поддающегося непосредственному измерению значения контрольного параметра может быть изпользована его косвенная оценка на основе его производных, интегральных и иным образом информационно с ним связанных параметров, которые измеряются непосредственно. Однако в этом случае программно-адаптивное управление имеет свойство неограниченно накапливать с течением времени ошибку разсогласования по контрольному параметру. 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 расчётов), 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 расчётам 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 текущие координаты объекта определяются на основе ввода изходных координат, измерения ускорений и их двукратного интегрирования.
Качество управления при употреблении программной схемы ниже в сопоставлении с программно-адаптивной при одинаковой алгоритмике 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 своё нулевое значение неограниченно долгое время.
Но в большинстве случаев возмущающее воздействие прямому измерению не поддаётся. 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 изкажается 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 движение объекта также успевает набрать инерцию и требуется более мощное управляющее воздействие, чтобы вернуть объект к изходному 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, она не может быть полностью изпользована вследствие того, что 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 не учитываемых факторов: неопознанных, признанных мало влияющими, оказавшихся ниже порогов чувствительности средств измерения и т.п. Соответственно замкнутая система - колебательная система, преобразующая возмущающее воздействие и управляющее воздействие в вектор ошибки управления, изменения которого в устойчивом процессе управления носят колебательный характер.
Потребность уменьшить вектор ошибки управления приводит к схеме « предиктор-корректор»- предуказатель-поправщик, предсказатель-поправщик. Смысл слова «предуказатель» объемлет смысл слова «предсказатель», но на Западе и в отечественной научной традиции уже принят термин «предиктор-корректор», однако не в общем управленческом смысле, а в ограниченном: в технике и вычислительной математике
[61]. Поэтому мы, оговорив по-русски особенности нашего понимания - «предуказатель-поправщик», а не «предсказатель-поправщик» - сохраняем уже прижившееся на Западе термин «предиктор-корректор», однако разширив область его применения введением в контекст достаточно общей теории управления.
УПРАВЛЕНИЕ ПО СХЕМЕ ПРЕДИКТОР-КОРРЕКТОР
Оно строится на основе прогнозирования в самом процессе управленияповедения замкнутой системы, изходя из информации о текущем и прошлых состояниях замкнутой системы и воздействии на неё окружающей среды. Прогнозная информацияподаётся 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 прогнозируемое будущее . Информация о свершившемся прошлом и о настоящем в схеме предиктор-корректор, кроме прогнозирования и выработки управляющего сигнала, также изпользуется как основа для минимизации (периодического обнуления) в процессе управления составляющей вектора ошибки, обусловленной накоплением с течением времени ошибок прогнозирования.
При сопоставлении программно-адаптивной схемы и предиктора-корректора на основе вектора состояния, изпользуемого 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, изпользуемых в обеих схемах, предиктор-корректор будет получать разные прогнозы, что и выразится в несовпадении управляющих сигналов, вырабатываемых в программно-адаптивных модулях обеих схем управления. То есть предиктор-корректор «умнее» и обеспечивает более гибкое, нешаблонное управление по сравнению с предъидущими схемами.
При условии достаточно высокой точности прогноза схема предиктор-корректоробеспечивает наиболее высокое качество управления за счёт того, что в ряде случаев сводит до нуля (при необходимости - до отрицательных величин: это - упреждающее управление) фазовый сдвигмежду возмущающим воздействием и управляющим воздействием, обеспечивающим компенсацию возмущения. Это позволяет употребить ресурсы замкнутой системы на повышение запаса устойчивости управления и производительности замкнутой системы в отношении вектора целей управления. При других схемах управления эти резервы не могут быть изпользованы или разходуются 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.
3.10. Полная функция управления,
интеллект (индивидуальный и соборный)
Разные схемы управления обладают разными возможностями к возприятию (к поддержке) содержательно разных концепций управления и составляющих их целевых функций управления. Поэтому даже когда в основу управления закладывается один и тот же вектор целей, то концепция управления и схема управления взаимно обуславливают друг друга.
Концепция управления является этапом полной функцииуправления. Полная функция управления (как и концепция управления) - иерархически упорядоченная последовательность разнокачественных действий, включающая в себя:
1. Опознавание факторов среды (объективных явлений), с которыми сталкивается интеллект, во всём многообразии процессов Мироздания.
2. Формирование стереотипа (навыка) разпознавания фактора на будущее.
3. Формирование вектора целей управления в отношении данного фактора и внесение этого вектора целей в общий вектор целей своего поведения (самоуправления).
4. Формирование концепции управления и частных целевых функций управления, составляющих в совокупности концепцию, на основе решения задачи об устойчивости в смысле предсказуемости поведения.
5. Организация и реорганизация целесообразных управляющих структур, несущих целевые функции управления.
6. Контроль (наблюдение) за деятельностью структур в процессе управления, осуществляемого ими и координация взаимодействия разных структур.
7. Ликвидация существующих структур в случае ненадобности или поддержание их в работоспособном состоянии до следующего изпользования.
Пункты «1» и «7» всегда присутствуют. Промежуточные между ними можно в той или иной степени объединить или разбить ещё более детально.
Полная функция управления может осуществляться только в интеллектуальной схеме управления, которая предполагает творчествосистемы управления как минимум в следующих областях: выявление факторов среды, вызывающих потребность в управлении; формирование векторов целей; формирование новых концепций управления; совершенствование методологии и навыков прогноза при решении вопроса об устойчивости в смысле предсказуемости при постановке задачи управления и (или) в процессе управления по схеме предиктор-корректор.
* * *
Исторически так сложилось, что обыденное сознание утратило въдение смыслового различия слов «разум», «ум», «разсудок», «соображение», поэтому мы здесь пользуемся нерусским словом «интеллект», понимая под ним самоизменяющийся, самонастраивающийся алгоритм выбора, преобразования информации, в результате действия которого возникают информационные модули, ранее данному субъекту не известные и в готовом виде в него извне не поступавшие.
Всякий алгоритм - некая частная мера, по которой протекают информационные потоки; поэтому интеллект - процесс разширения некой частной меры.
Что такое и в чём суть объективного явления, называемого «интеллект», - дело довольно неясное, особенно для сознания, опирающегося на мировоззрение, не признающее информацию вне человеческого общества объективной категорией; или полагающего, что человек - единственное существо, обладающее интеллектом, или что интеллект всегда локализуется по принципу «один интеллект - одно существо» и не может локализоваться по принципу «один интеллект - множество (также и разнородных) носителей его разных фрагментов, в том числе и таких носителей, что собственным интеллектом они не обладают».
Но, если говорить об управлении достаточно широко, то интеллектуальный фактор всегда присутствует при управлении и самоуправлении по полной функции, вне зависимости от того, насколько и как человек представляет себе интеллект вообще и его различные способы естественного существования и реализации в искусственных технических порождениях самих людей.
Во многих замкнутых системах интеллект действует и в ходе осуществления концепции управления: в случае утраты или паралича интеллекта в таких системах произходит потеря качества управления в большей или меньшей степени, вплоть до полного срыва концепции управления. Именно это и произошло с партаппаратом КПСС: паралич интеллекта верноподданностью и догматами, оторванными в психике членов партии от чувственного возприятия ими жизни. Ранее по тем же причинам погиб царизм; по этим же причинам погибнет и “демократия” по-западному.
Необходимость повышения качества управления в технике вызвала к жизни множество научно-технических разработок по теме «искусственный интеллект». Противоборство различных социальных групп в истории породило множество методов сдерживания, блокирования, нарушения, «осёдлывания» чужой интеллектуальной деятельности и множество методов стимуляции, псевдостимуляции и оттачивания культуры собственной интеллектуальной деятельности. Указанные в этом абзаце два аспекта деятельности человеческого общества по проблеме интеллекта тесно связаны с ответом на вопрос: интеллект - общеприродное явление и человеческий интеллект - один из многих, а искусственный интеллект - действительный интеллект, но достаточно часто - протез собственного интеллекта человека, не желающего и не умеющего пользоваться своим собственным? либо же человеческий интеллект уникален, а «искусственный интеллект» - его порождение, имеющее с человеческим только общее название, но внутренне сущностно качественно отличное от него?
Чтобы получить один из возможных ответов на этот вопрос, умозрительно построим некий информационно-алгоритмический процесс, основанный на заведомо безъинтеллектуальных элементах и на жёстких алгоритмах (правилах действий), не требующих участия интеллекта.
В природе всё подчинено иерархии вероятностных предопределённостей, выражающихся в наблюдаемой статистике явлений. Поэтому моделирование многих процессов, протекающих в природе и обществе требует моделирования вероятностных предопределённостей, для чего употребляются разного рода статистические модели, которые могут включать в себя генераторы случайных чисел - аналогов жизненных случайностей в моделях.
Один из наиболее известных генераторов случайностей (однозначных непредсказуемостей, по крайней мере для большинства) - игра в рулетку. Рулетка в её примитивном виде представляет собой «блюдечко», внутри которого вдоль бортика лежит кольцевой желобок с ячейками, в которых записаны числа. В центре «блюдечка» вертикальная ось, на которую насажена крестовина. Крестовине придают вращение, и в «блюдечко» бросают шарик. Лопасти крестовины гоняют шарик по «блюдечку» (донышко которого в некоторых конструкциях рулетки также вращается) до тех пор, пока кинетическая энергия крестовины и шарика не будет разсеяна. После этого шарик попадает в одну из ячеек и останавливается в ней. В зависимости от выпавшего числа и ставок, сделанных игроками перед бросанием в «блюдечко» шарика, крупье-банкир - вращающий рулетку - переразпределяет между своим «банком» и игроками выигрыши и проигрыши. Шарик не имеет механически неизменной кинематической связи с крестовиной и «блюдечком», и при правильной круглой форме «блюдечка», его горизонтальном положении, отсутствии скрытных тормозов и т.п., это является защитой интересов игроков от мошенничеств с торможением крестовины на числах, гарантирующих выигрыш кого-либо из игроков или крупье. Правила же игры таковы, что вероятностно предопределяют выигрыш владельцев казино.
* * *
Игру в рулетку относительно недавно (1980-е гг.
[62]) массово показывали в фильме “Блеф”, где А.Челентано «сорвал банк», хлопая дверью после беседы на яхте, поставив на «зеро» - ноль. Телешоу «интеллектуальное казино» “Что? Где? Когда?” и “Поле чудес” имеют упрощённые варианты «рулетки» без шарика, где крестовина выродилась в волчок со стрелкой-указателем.
Телешоу этого типа - отвлечение интеллектуальной мощи массы людей на ерунду, необходимое хозяевам закулисных спонсоров подобных программ для того, чтобы облапошить народ, пока он взирает на телешоу
[63].
Разрядка страстей и эмоциональная отдушина есть, но понимание произходящего от КВНа к КВНу не растёт, хотя интеллект и команд, и сценаристов работает вовсю… однако не на разрешение проблем жизни общества; а коэффициент общественно полезной интеллектуальной деятельности при этом близок к нулю. Это и требуется над-“элитарному” предиктору
* *
*
Разсмотрим ситуацию: два игрока по имени «Среда» (окружающая) и «Система» (замкнутая) крутят «рулетку» под наблюдением «Судьи», контролирующего общий ход игры. Рулетка обладает особенностью: при многократном вращении она выбрасывает случайные числа, подчинённые закону разпределения такому, что на числовой оси по мере выпадения новых чисел появляется область сгущения, в которой выпавших чисел больше, чем вне её.
«Среда» начинает игру и крутит рулетку два раза. Первое из выпавших у неё чисел является кодом, по которому «Судья» определяет максимальное время, в течение которого «Система» должна сделать ответный ход. Роль в игре второго числа, выпадающего у “Среды» в каждом её ходе, видна из действий «Системы» в процессе осуществления ею своего хода.
В своём ходе «Система», чтобы не проиграть, должна противопоставить второму числу, выпавшему у «Среды», большее или равное ему число. При этом «Система» вращает “рулетку” в течение времени, которое отведенного ей «Судьёй» в соответствии с первым числом, выпавшим у «Среды» в её ходе. «Система» в праве запускать рулетку несколько раз, если у неё есть на это время.
Кроме того, у «Системы» есть лотерейный барабан, в котором находятся шарики с записанными на них числами, выпадавшими в прошлых вращениях рулетки «Системой». Лотерейный барабан таким образом накапливает в себе весь прошлый опыт взаимодействия «Среды» и «Системы» в ходе игры. И пока время, отведённое для хода «Системы», не изтекло, «Система» крутит и лотерейный барабан.