Конвергентная система управления

Полезная модель относится к области управления сложными техническими и организационными системами и может быть использована для создания и моделирования систем управления объектами, в которых обеспечивается целенаправленность и устойчивость процесса функционирования объекта управления, когда управляющее воздействие формируется на основе обработки сигналов о состоянии объекта управления от различных источников (различных форм и содержаний), определяющих конвергентность системы управления. Требуемый технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей и повышении точности управления, достигается в устройстве, содержащем блок выбора решений, блок конвергенции, блок формирования информации об объекте управления от внешней среды и блок формирования новой информации об объекте управления. 1 н.п.ф., 2 ил.

Полезная модель относится к области управления сложными техническими и организационными системами и может быть использована для создания и моделирования систем управления объектами, в которых обеспечивается целенаправленность и устойчивость процесса функционирования объекта управления, когда управляющее воздействие формируется на основе обработки сигналов о состоянии объекта управления от различных источников (различных форм и содержаний), определяющих конвергентность системы управления.

Известно устройство, содержащее группы из n первых, вторых и третьих блоков памяти, n коммутаторов, n блоков сравнения, n счетчиков адресов, n выходных регистров, входной регистр, элемент ИЛИ, генератор тактовых импульсов и блок управления, причем группа информационных входов устройства соединены с входами записи входного регистра, группы выходов которого соединены соответственно с первыми группами входов коммутаторов, вторые группы входов которого соединены с группами выходов первых блоков памяти, а группы выходов соединены с первыми группами входов соответствующих блоков сравнения, группы вторых входов которых соединены с группами выходов соответствующих вторых блоков памяти, а выходы с входами группы входов блока управления, выходы группы первых выходов которого соединены с входами соответствующих счетчиков адресов, группа выходов которого соединена с группами входов первых, вторых и третьих блоков памяти соответственно, группы выходов третьих блоков памяти соединены с группами входов записи выходных регистров соответственно, входы управления которых соединены соответственно с выходами группы вторых выходов блока управления и соответствующими входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом входного регистра, группы выходов выходных регистров соединены с группами выходов устройства [SU 1742819, G05В 19/18, 1992].

Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности.

Известно также устройство [RU 2309443, C1, G05В 13/02, 2007.10.27], состоящее из сравнивающего устройства, фаззификатора, блока нечеткого логического вывода с непрерывно сканируемой системой продукционных правил и с заданными функциями принадлежности термов лингвистических переменных, дефаззификатора, который по термам - В_max («Отрицательное максимальное»), -0,5 В_m («50% от отрицательного максимального»), Во («Нулевой»), +0,5 В_max («50% от положительного максимального»), и +В_max («Положительное максимальное») лингвистической переменной В («Управляющая величина») вырабатывает текущее четкое значение управляющей величины b, исполнительного устройства, объекта управления и датчика обратной связи, при этом, выход датчика обратной связи соединен с первым входом фаззификатора, остальные входы фаззификатора по отдельности соединены с автономными источниками сигналов, идентифицирующих следующие фиксированные значения регулируемой величины р: («Верхнее допустимое»), Р_верх («Верхнее»), Р_ном («Номинальное»), Р_ниж («Нижнее») и («Нижнее допустимое»), а сравнивающее устройство реализовано в составе условной части продукционных правил блока нечеткого логического вывода, причем система продукционных правил блока нечеткого логического вывода имеет следующий вид:

1. ЕСЛИ ,то В=+В_max;

2. ЕСЛИ Р=Р _ниж, то В=+0,5В_max.

3. ЕСЛИ , то В=-В_max;

4. ЕСЛИ Р=Р _верх, то В=-0,5В_max;

5. Если РР_ном, то В=В₀.

Недостатком этого устройства также является относительно узкие функциональные возможности.

Кроме того, известно устройство для принятия нечетких решений, содержащее первый коммутатор и второй коммутаторы, группу из р преобразователей напряжение - частота, р групп из m полосовых фильтров, блок вычисления конъюнкций кортежей, блок вычисления дизъюнкций кортежей и блок выбора решений, причем i-й вход группы информационных входов устройства соединен с входом соответствующих i-х преобразователей напряжение - частота, выходы которых соединены с входами полосовых фильтров i-х групп, выход которых соединены с информационными входами (i, m)-й групп входов первого коммутатора, (i, m)-e группы информационных выходов которого соединены с соответствующими группами входов блока вычисления конъюнкций кортежей, (i, m)-e группы выходов которого соединены с (i, m)-ми группами информационных входов второго коммутатора, Z групп информационных выходов которого соединены с соответствующими входами блока вычисления дизъюнкций, Z выходов которого соединены соответственно с входами блока выбора решений, выходы которого соединены с выходами группы выходов устройства [SU 2054708, G05В 13/18, 1996.02.20].

Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности, так как оно обеспечивает возможности выбора оптимальных управляющих действий при нечетких входных переменных, но не позволяет связать это решение с нечетко заданной целью функционирования управляемой системы. Это сужает функциональные возможности устройства и снижает точность управления.

Наиболее близким к предлагаемому является конвергентная система, содержащая блок выбора решений, блок оценки и фрагментации ресурсов, группа входов которого являются группой входов конвергентной системы поддержки решений, нечеткий индикатор достижения цели, группа входов которого соединена с группой выходов блока оценки и фрагментации ресурсов, а выход - соединен с входом блока выбора решений, группа входов которого соединена с группой выходов блока оценки и фрагментации ресурсов, а выход - является выходом конвергентной системы поддержки решений [RU 80029, U1, G05В 13/00, 2009.01.20].

Недостатком системы является относительно узкие функциональные возможности, так как известная система обеспечивает возможность выбора оптимальных решений без учета информации от внешней среды, в которой опосредованно через соответствующие факторы может проявляться состояние объекта управления. Это снижает точность управления.

Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей и повышении точности управления

Требуемый технический результат достигается тем, что, в систему, содержащую блок выбора решений, введены блок формирования информации об объекте управления от внешней среды, первый вход которого соединен с выходом блока выбора решений и с первым входом объекта управления, блок конвергенции, первый вход которого соединен с выходом блока выбора решений, и блок формирования новой информации об объекте управления, вход которого соединен с выходом блока конвергенции, а выход - соединен с первым входом блока выбора решений, при этом, выход объекта управления соединен со вторыми входами блока выбора решений, блока конвергенции и блока формирования информации об объекте управления от внешней среды, выход которого соединен со вторым входом объекта управления и с третьими входами блока конвергенции и блока выбора решений.

На чертеже представлены: на фиг.1 - функциональная схема конвергентной системы управления с объектом управления, на фиг.2 - пример пространственного размещения разнородных элементов управления, образующих объект управления.

Конвергентная система управления (фиг.1) содержит блок 1 выбора решений, выход которого соединен с первым входом объекта 2 управления.

Конвергентная система управления содержит также блок 3 формирования информации об объекте управления от внешней среды, первый вход которого соединен с выходом блока 1 выбора решений, блок 4 конвергенции, первый вход которого соединен с выходом блока 1 выбора решений, и блок 5 формирования новой информации об объекте управления, вход которого соединен с выходом блока 4 конвергенции, а выход - соединен с первым входом блока 1 выбора решений.

Кроме того, в конвергентной системе управления выход объекта 2 управления соединен со вторыми входами блока 1 выбора решений, блока 2 конвергенции и блока 3 формирования информации об объекте управления от внешней среды, выход которого соединен со вторым входом объекта 2 управления и с третьими входами блока 4 конвергенции и блока 1 выбора решений.

Объект 2 управления (фиг.2) может состоять из разнородных элементов управления 7, составляющих объект 2 управления.

Система содержит средства, охарактеризованные на функциональном уровне, поэтому ниже представляются сведения, подтверждающие возможность выполнения такими средствами конкретной предписываемой каждому из них функции в составе этой системы, а также, при необходимости, соответствующими математическими выражениями.

Работает конвергентная система управления следующим образом.

Предложенная конструкция конвергентной системы управления, как будет показано ниже, обеспечивает целенаправленность и устойчивость процесса принятия решений в условиях формирования и использования для управления объектом управления разнородной информации, поступающей от разнородных источников информации (различной формы и содержания), что обусловливает ее конвергентность.

Конвергентная система начинает свою работу с задания «образа» объекта управления и траектории его движения, на основе которых формируется заданная траектория его движения.

Работу системы рассмотрим на примере ее использования для управления объектом управления, содержащего группу разнородных элементов 7, связанных между собой информационно общей целью управления, например, сохранения определенной конфигурации взаимного размещения разнородных элементов 7 в пространстве при движении по заданной траектории.

Предположим, что предлагаемая конвергентная система управления используется для управления «роем» или «стаей» малоразмерных беспилотных летательных аппаратов, которые должны перемещаться в пространстве с сохранением определенной конфигурации взаимного размещения, образуя, например, рекламный или иной образ в пространстве. Эти малоразмерные беспилотные летательные аппарат могут быть оборудованы средствами приема и передачи сигналов связи, соединенными с их системами автономного управления и системами глобальной навигации.

Блок 1 выбора решений формирует сигнал управления каждым из разнородных элементов 7, связанных между собой информационно общей целью управления, например, сохранения определенной конфигурации взаимного размещения разнородных элементов. Этот блок может быть выполнен в виде специализированного устройства вычислительной техники (сервера, соединенного с удаленными источниками данных), в котором записаны заданные (требуемые) траектории движения объекта 2 управления в целом и каждого из разнородных элементов 7 и с которыми блок 1 выбора решений связан прямой и обратной (по второму входу) связью по каналам связи. В нормальном состоянии блок 1 выбора решений формирует сигнал F(t), в котором заложена требуемая (заданная) траектория движения объекта управления и номинальное управляющие воздействия на разнородные элементы 7 с целью обеспечения их движения в пространстве по заданной траектории. Поскольку в этом случае текущее пространственное положение объекта 2 управления совпадает с заданным (требуемым), то управляющее воздействие характеризуется нулевыми составляющими.

Блок 3 формирования информации об объекте управления от внешней среды, который включает в себя глобальную систему позиционирования (например, GPS или ГЛОНАСС) и радиолокационный или телевизионный сканер, который ведет непрерывное сканирование окружающей среды в области предполагаемого нахождения объекта 2 управления и который формирует сигнал G(t), по которому объект управления (его разнородные элементы 7), определяют свое пространственное положение и в котором заложена информация от внешней среды об объекте управления, например, его изображение на реальном внешнем фоне. Сигнал G(t) поступает на второй вход объекта 2 управления (его составляющая, необходимая для определения собственных координат разнородными элементами 7), на третий вход блока 4 конвергенции и на третий вход блока 1 выбора решений.

Кроме того, сам объект 2 управления формирует сигнал I(t), в котором заложена информация о текущем пространственном положении разнородных элементов 7 и траектории движения объекта 2 управления в целом. Этот сигнал поступает на вторые входы блока 4 конвергенции, блока 3 формирования информации об объекте управления от внешней среды и блока 1 выбора решений.

В блоке 3 формирования информации об объекте управления от внешней среды сигнал I(t) используется для коррекции области сканирования внешней среды.

Блок 4 конвергенции может быть выполнен в виде специализированного устройства вычислительной техники. На его входы поступает три сигнала: F(t) - от блока 1 выбора решений, I(t) - от объекта 2 управления и G(t) от блока 3 формирования информации об объекте управления от внешней среды.

Все три сигнала, получаемы от трех разных источников информации, характеризуют функционирование (пространственное положение) объекта 2 управления, но являются различными по форме и содержанию.

Блок 4 конвергенции в простейшем случае может быть выполнен в виде взвешивающего сумматора, который формирует на своем выходе сигнал U(t), соответствующий взвешенной сумме входных сигналов

U(t)-a×F(t)+в×I(t)+с×G(t),

где а, в, с - весовые коэффициенты.

Таким образом, блок 4 конвергенции формирует некоторый результирующий сигнал, который характеризует процесс функционирования объекта 2 управления и который для получения этого сигнала использует разнородную информацию от различных источников информации об объекте 2 управления.

Сигнал U(t) в блоке 5 формирования новой информации об объекте управления подвергается исследованию на устойчивость к внешним воздействиям. Блок 5 может быть выполнен в виде сумматора, на первый вход которого поступает входной сигнал U(t), и генератора случайного сигнала (импульсный сигнал со случайной амплитудой), выходной сигнал которого поступает на второй вход сумматора. На выходе сумматора включен блок анализа, например, интегратор (усреднитель) с пороговым блоком на своем выходе.

Если сигнал U(t) подвержен резким случайным воздействиям, то на выходе блока 5 формируется сигнал U₁(t) с уровнем логической единицы, в противном случае - с уровнем логического нуля.

Этот сигнал поступает на первый вход блока 1 выбора решений, который может быть выполнен в виде специализированного вычислительного устройства. На его входы поступает сигнал I(t) - от объекта 2 управления, сигнал G(t) от блока 3 формирования информации об объекте управления от внешней среды и сигнал U ₁(t) - от блока 5 формирования новой информации об объекте управления.

В простейшем случае блок 1 также может быть выполнен в виде взвешивающего сумматора при формировании составляющей сигнала F(t), которая является управляющим воздействием для объекта 2 управления и блока 3 формирования информации об объекте управления от внешней среды.

Кроме того, блок 3 может содержать дополнительные средства визуализации, соединенные с различными точками всей системы. Это позволяет из одного центра контролировать и управлять системой. Можно выделить три контура контроля управления: А, В, С и D.

Контроль управления осуществляется контуром С внешней конвергенции с помощью блока 3 формирования информации об объекте управления от внешней среды, контуром В оперативного управления с помощью блока 4 конвергенции, блока 5 формирования новой информации об объекте управления и контуром D с помощью блока 3 при его оснащения дополнительными средствами визуализации.

Если использовать предложенное техническое решение для моделирования такой сложной организационной системы как человек, то блок 2 управления моделирует объект управления - физического тело человека, блок 1 выбора решений - сознание человека, блок 4 конвергенции - подсознание человека, блок 5 генерации новой информации - интуицию человек и блок 3 формирования информации об объекте управления от внешней среды - органы чувств человека.

Это подтверждает универсальность предложенной системы управления для использования в других областях науки и техники.

Таким образом, благодаря предложенному техническому решению достигается требуемый технический результат, поскольку в устройстве обеспечивается возможность выбора оптимальных решений с учетом информации от внешней среды, в которой опосредовано через соответствующие факторы может проявляться состояние объекта управления. Это расширяет функциональные возможности системы и повышает и точность формирования управляющего решения.

Конвергентная система управления, содержащая блок выбора решений, отличающаяся тем, что введены блок внутренней конвергенции, выход которого соединен с первым входом блока выбора решений, блок внешней конвергенции, блок формирования информации от внешней среды об объекте управления и блок визуализации, выход которого соединен с первыми входами блока внутренней конвергенции и блока внешней конвергенции, выход которого соединен с первым входом блока визуализации и со вторым входом блока выбора решений, причем второй вход блока визуализации соединен с выходом блока выбора решений и с управляющим входом объекта управления, третий вход соединен с выходом блока формирования информации от внешней среды об объекте управления и со вторыми входами блока внутренней конвергенции и блока внешней конвергенции, а четвертый вход соединен с выходом объекта управления с третьим входом блока выбора решений и с третьими входами блока внутренней конвергенции и блока внешней конвергенции.