Тексты лекций по дисциплине «оптимизация и управление системы электроснабжения»

Автоматизированные системы управления. Автоматизированные системы управления (АСУ) являются детищем кибернетики, которая устанавливает, что основой управления всеми качественно разными системами являются общие за коны, определяющие общие черты, свойства и приемы в способах и технике управления. Использование этого положения кибернетики подняло проблему управления на качественно более высокий уровень на основе совместного использования математики и важнейших разделов кибернетики — теории информации, больших динамических систем, алгоритмов, а также основных средств кибернетики — вычислительной техники, автоматики, связи и телемеханики. Кибернетика определяет и использует фундаментальное понятие об информации, как универсальном атрибуте управления любыми системами. Поэтому часто можно встретить определение кибернетики как науки об общих законах получения, хранения, передачи и преобразования информации в сложных системах управления любой природы.
Под информацией о системе обычно понимаются сведения, знания, получение которых приводит к повышению уровня осведомленности наблюдателя об этой системе и среде ее функционирования. Это общее определение применительно к АСУ можно представить в более развернутом виде: информация есть сведения об управляемой системе и взаимодействующей с ней окружающей среде, получаемые управляющей системой, которая может использовать эту информацию для целей управления. При этом кибернетическое управление можно представить, как последовательность движения и преобразования информации: генерация информации управляемой системой и окружающей средой; сбор и хранение информации о состоянии управляемой системы и действии на нее окружающей среды; передача от управляемой к управляющей системе; преобразование в управляющей системе в совокупность команд (управляющую информацию); передача команд в управляемую систему, которая под их воздействием изменяет поведение.
Таким образом, обязательной составной частью управления является какая-либо обработка информации. С этой точки зрения любая система управления может быть названа информационной системой. В конечном счете, управление — автоматическое, автоматизированное и неавтоматизированное — можно представить состоящим из трех этапов: постановка задачи; обработка информации; принятие решений. В системах автоматического управления (САУ) эти этапы выполняются машинами и устройствами автоматически, т. е. по жестко составленному алгоритму без непосредственного участия человека. В автоматизированной же системе управления (АСУ) управляющая подсистема предполагает обязательное участие человека, причем человек играет- решающую роль в окончательном принятии решений. В настоящее время под АСУ понимается такая человеко-машинная система, у которой в управляющей подсистеме постановка задач и принятие основных решений осуществляются человеком, а необходимая для этого переработка информации — комплексом специальных устройств — ЭВМ, телемеханики, связи и т. д. Имеются и другие формулировки.
Решающая роль человека в принятии решений в АСУ объясняется тем, что поведение этих систем из-за большой сложности управляемой подсистемы не удается полностью формализовать ни с помощью математики, ни с помощью моделирующих устройств. Поэтому автоматическая часть управляющей подсистемы не может адекватно отражать структуру и свойства управляемой подсистемы. В управляющей подсистеме человек выполняет три основные функции: формулирует задачи и выбирает критерии оптимального управления; разрабатывает (чаще выбирает из числа известных) научные методы и алгоритмы решения задач управления; принимает окончательное решение для каждой задачи из-всех возможных альтернатив, полученных с помощью ЭВМ и других устройств.
Здесь следует предостеречь от распространенной ошибки, когда ставят знак равенства между АСУ и ЭВМ. При простом использовании ЭВМ решают отдельные задачи по управлению; при этом сбор информации и выработка управляющих команд не автоматизируются. В автоматизированных системах управления ЭВМ имеют качественно иное назначение, они являются главным средством автоматизации всех процессов переработки информации на основе использования единого комплекса математических методов и алгоритмов.
Управляющая часть АСУ состоит из следующих систем обеспечения:
1. Система научного обеспечения — два комплекса математических моделей: для управляемой системы и процессов управления. Комплекс моделей управляемой системы предназначен для описания технической и экономической деятельности системы; он включает математическое описание элементов управляемой системы и их связей; целевые функции как элементов и их комбинаций, так и всей управляемой системы; связи системы с окружающей внешней средой. Комплекс моделей процессов управления — информационные модели, регламентирующие объем, характер и последовательность получения, хранения, переработки и выдачи информации для целей управления (включая участие людей в этом процессе).
2. Система математического обеспечения — комплекс алгоритмов решения задач управления и соответствующих программ расчетов на ЭВМ.
3. Система организационного обеспечения — правила формирования организационной структуры АСУ, положения о правах, обязанностях и задачах отдельных организационных подразделений АСУ, правила и нормы взаимодействия людей и ЭВМ.
4. Система технического обеспечения — информационно-вычислительная система совместно с периферийным оборудованием телемеханики и связи.
5. Система кадрового обеспечения — штат руководящего и обслуживающего персонала, а также постоянно действующая система мероприятий по повышению его квалификации.
В дальнейшем основное внимание уделено первым двум системам обеспечения АСУ; остальные приводятся по необходимости. Перечисленные системы обеспечения используются совместно для выполнения четырех основных функций АСУ: планирования, организации, оперативного управления, связи. Каждая из этих четырех функций АСУ основывается и использует три вида обработки информации — учет, контроль и анализ. Действительно, трудно ожидать хороших решений, если не налажен надлежащий учет входной и выходной информации на основе постоянного контроля ее качества. Только при учете можно создать соответствующее представление (модель) состояния системы. Вместе с этим непременным и исходным условием решения любой задачи управления является анализ поступающей информации.
Кратко охарактеризуем упомянутые выше функции АСУ:
1. Планирование — выбор состава мероприятий и последовательности их осуществления в будущем для выполнения поставленной цели. Описание состава мероприятий и последовательности их осуществления называется планом. Отрезок времени, для которого составляется план, называется расчетным сроком. План составляется на основе предварительного прогноза — выявления множества будущих возможных (допустимых) состояний системы и определения требований, предъявляемых окружающей средой.
2. Организация управления — установление постоянных и временных взаимоотношений между подсистемами, входящими в систему, определение порядка и условий их функционирования.
3. Оперативное управление — непрерывное или периодическое сравнение фактических результатов работы системы с плановыми и соответствующая корректировка или замена управляющих воздействий.
4. Связь — передача сведений об объекте управления и внешней среды в центры управления, обмен информацией между этими центрами, между системой и внешней средой, передача команд от управляющей к управляемой подсистеме.
Перечисленные функции подчиняются главной задаче — выполнению системой поставленных перед ней целей. Определение же этих целей — самая важная, коренная и вместе с этим часто достаточно сложная проблема. Следовательно, цели системы должны быть сформулированы достаточно строго и точно.
Рассмотрим более подробно планирование, которое осуществляется не только АСУ, но и неавтоматизированными системами управления. Однако организация планирования в АСУ выполняется более полно и на более высоком уровне, так как опирается, на новые качества планирования, которых нет или которые значительно слабее выражены в неавтоматизированных системах управления: непрерывность, динамичность, многовариантность, взаимоувязанность с другими планами и задачами. Непрерывность. В АСУ осуществляется непрерывное (иначе его часто называют скользящее или адаптивное) планирование, когда каждый план реализуется лишь для начального отрезка расчетного срока, после чего вступает в силу новый план, составленный позднее и учитывающий новую информацию. При таком повторяющемся планировании реализуются наиболее точные начальные части планов.