Лекция. Специальные вопросы теории автоматического управления
Учебные вопросы: 1. Определение, структура и классификация систем управления 2. Автоматизированные системы управления
1. Определение, структура и классификация систем управления
Направления решения проблемы управления в ВС n n n изменение структуры системы управления использование новых способов организации работы должностных лиц применение новых методов решения задач управления перераспределение функций и задач между различными уровнями иерархии в системе управления механизация управленческого труда автоматизация управленческого труда
n n Система управления в широком смысле есть упорядоченная совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих подсистем (элементов), закономерно образующих единое целое с задачей достижения в процессе функционирования заданного результата. Любая система управления состоит из подсистем, являясь в свою очередь подсистемой, охватывающей ее системы более высокого уровня. Подсистема — это выделенная по определенным признакам (свойствам, функциям) часть системы управления и выполняющая одну или несколько функций, присущих данной системе.
n Система управления с точки зрения ее функционирования состоит из управляющей подсистемы (управляющего органа) и управляемой подсистемы (управляемого объекта или объектов). Управляющий орган в системе должен быть один, а управляемых объектов может быть, как правило, несколько.
Структура системы управления Цель управления Канал прямой связи Объект управления (В) Управляющий объект (К, Ш) Канал обратной связи
n n Управляющий орган — это та часть системы управления, где осуществляется сбор, переработка, обобщение информации о внутреннем состоянии системы в целом и о со стоянии внешней среды и на этой основе выработка управляющих воздействий (команд, распоряжений), передаваемых в управляемую подсистему. Управляемая подсистема — это та часть системы управления, где практически реализуются управляющие воздействия для достижения основной цели, поставленной перед системой в целом.
Общие признаки систем управления n n Системам управления присущ ряд признаков, которые являются общими для всех разновидностей и уровней систем любой природы и сложности. Такими, наиболее существенными признаками являются: целевая установка, т. е. предназначение системы для решения одной задачи или комплекса определенных задач; организованность системы, т. е. наличие определенной структуры; сложность; наличие акта управления (процесса управления); динамичность; наличие управляющих параметров, присущих данной системе; наличие усилительных свойств системы.
Отличия систем управления войск ПВО n 1. 2. 3. 4. 5. 6. Системы управления, применяемые в войсках ПВО, и сравнении с другими системами военного назначения имеют ряд характерных особенностей: Большое количество многофункциональных управляемых объектов (или совокупности управляемых подсистем) различной природы и сложности и широкого предназначения, что порождает в свою очередь интенсивные потоки информации, разнообразной и неоднородной по составу и способам кодирования; Высокое быстродействие таких систем, что вытекает из требования поддержания систем в постоянной боевой готовности к отражению массированных, внезапных и кратко временных ударов воздушного противника; Широкий диапазон изменения состояний системы при сохранении данной структуры и высокая динамичность изменения этих состояний; Функционирование систем осуществляется в реальном масштабе времени и в больших пространственных масштабах; Системы управления ПВО относятся к категории систем с переменной структурой; В системах управления ПВО, как правило, реализуется одновременное решение комплекса боевых задач в определенном пространственном объеме (наведение истребителей перехватчиков, стрельба ЗРК, стрельба ЗА и т. д. ) с использованием средств автоматизации этих систем.
Структура систем управления войск ПВО n n Структура систем управления войск ПВО определяется их предназначением, характером и масштабом решаемых задач, факторами внешней среды и т. п. Структура систем управления войсками (СУВ) отражает организационно штатную структуру войск (частей и подразделений родов войск), а структура систем управления боевыми средствами (СУБС) — структуру и особенности построения систем вооружения. Характерными особенностями, влияющими на структуру систем управления, являются: общее количество однотипных или разнотипных подсистем (элементов); качественные характеристики каждой подсистемы с точки зрения выполняемых функций; взаимодействие между элементами (подсистемами) в процессе функционирования; обособленность отдельных подсистем или групп элементов и их влияние на общую эффективность системы; пространственное взаимное расположение подсистем (элементов) данной системы управления с учетом их внутренних и внешних связей. К типовым структурам управляющих органов систем управления относятся: патриархальная, линейная, функциональная; линейно штабная (линейно функциональная), комитетская.
Существует две разновидности линейно-штабной структуры: n n Линейно штабная с централизованным руководством, при которой отдача всех команд и распоряжений по любым каналам связи управляемым объектам производится только через линейных руководителей, а функциональные специалисты управляющего органа являются только помощниками (экспертами) линейного руководителя по соответствующей функции управления; Линейно штабная структура с ограниченным функционализмом, при которой отдельным функциональным специалистам (группам) предоставлено право отдавать распоряжения управляемым объектам по некоторым функциям управления, минуя линейное руководство.
Принципы создания и функционирования систем управления n К таким специфическим принципам управления можно отнести следующие принципы: целевой (принцип цели системы) ; централизации управления; обратной связи; комплексного решения задач в системе (принцип взаимодействия) ; адаптации (сочетание централизованного управления с предоставлением права самостоятельности управляемым объектам); вариантности (способность системы изменять или перестраивать свою структуру в процессе функционирования); единого информационного поля (базы); этапности; новых задач (принцип перспективности); необходимого разнообразия как управляющего органа, так и управляемых объектов системы при решении задач управления; функционального сопряжения данной системы управления с другими системами одного или различных уровней; эффективности.
Классификация систем управления n n n n n Системы управления, в том числе и применяемые в войсках ПВО, можно классифицировать по различным, наиболее характерным признакам, которые в большей степени влияют на реализацию боевых возможностей войск с использованием данной системы. Естественно, что любая классификация в некотором смысле носит условный характер. Системы управления подразделяются: По характеру объекта управления — на системы управления боевыми средствами (СУБС) и на системы управления войсками (СУВ); По взаимодействию с внешней средой — на открытые и закрытые системы управления; По масштабам и характеру выполняемых задач — на одноцелевые и многоцелевые системы управления; По особенностям протекания процессов управления в системах — на вероятностные и детерминированные; По степени автоматизации процесса управления — на неавтоматизированные, автоматизированные и автоматические системы управления; По характеру переработки и использования информации на выходе системы на информационные, информационно управляющие и комбинированные; По мобильности — на стационарные и подвижные системы управления.
n n Система управления боевыми средствами это такая система, в которой совокупность подсистем (элементов) обеспечивает непосредственное управление средствами поражения при воздействии их по объектам противника с задачей вывода из строя или полного уничтожения этих объектов. СУБС характерны для таких тактико огневых подразделений, как зрдн С 300.
n n Система управления войсками — это такая система, в которой все входящие в нее подсистемы и элементы, объединенные единым замыслом, выполняют боевые задачи при координации действий из единого центра (управляю щего органа) в интересах общей боевой задачи с макси мальной эффективностью применения войск и оружия. В зависимости от масштабов решаемых боевых задач, организационно штатной структуры войск ПВО и уровня командной инстанции СУВ имеют определенную иерархическую структуру. Самым низшим звеном в этой структуре СУВ является система, создаваемая в масштабе части рода войск ПВО для управления в бою подчиненными подразделениями.
2. Автоматизированные системы управления
Понятие «автоматизации управления» Автоматизация – последовательная передача одной за другой интеллектуальных функций от человека к техническим и другим средствам. Автоматизация управления – процесс создания, внедрения и применения специальных средств для частичной или полной замены интеллектуальных усилий человека в управленческой деятельности.
Понятие «автоматизации управления» n n Автоматизация управления войсками (силами) – процесс оснащения штабов, пунктов управления и боевых комплексов средствами вычислительной техники, сопряжёнными с другими техническими устройствами, и использования их в работе органов управления; основное направление научно технического прогресса в области управления войсками (силами). Включает создание автоматизированных систем управления войсками (силами) (АСУВ), автоматизированных систем связи и др. технических устройств (датчики первичной информации, приёмопередающие устройства, устройства ввода и вывода информации, наглядного отображения обстановки и документирования и т. д. ), разработку и освоение методов работы командиров (начальников), офицеров штабов и органов управления в целом с применением систем и средств автоматизации. (Военная энциклопедия, М. , Военное издательство, 1994 2003)
Структура автоматизированной системы управления (АСУ) Цель управления Управляю щий объект (К, Ш) Канал прямой связи КСА Сеть передачи данных (СПД) КСА Канал обратной связи Система автоматизации управления (САУ) АСУ Система связи Объект управл ения (В)
Виды обеспечения САУ n n n Аппаратное (техническое) Математическое (модели, методы, алгоритмы) Программное (общее и специальное) Информационное (базы данных, классификаторы) Лингвистическое (языки программирования, словари)
Понятие «автоматизированной системы управления» Автоматизированная система управления организационно технический комплекс электронных средств, специального математического и программного обеспечения, предназначенный для повышения эффективности управления путем автоматизации процессов сбора, обработки, хранения и выдачи информации, необходимой для выработки управляющих воздействий, передачи команд (сигналов), решения расчетных и информационных задач. n (Словарь основных оперативно стратегических терминов. М. : Генеральный штаб ВС РФ, 2003)
Понятие «автоматизированной системы управления» Автоматизированная система управления боевыми система человек машина, обеспечивающая автоматизированный сбор, обработку и передачу информации, необходимой для оптимизации управления боевыми средствами в целях их наиболее эффективного применения. n (Военная энциклопедия, М. , Военное издательство, 1994 2003 )
Понятие «автоматизированной системы управления» Автоматизированная система управления военной связью (АСУС) система управления военной связью, в контур управления которой включена система автоматизации управления военной связью. n (ГОСТ В 28892 90 "Системы управления военной связью автоматизированные. Термины и определения")
Принципы построения АСУ (оперативно-тактические) n n n Ведущей роли командира Соответствия структуры САУВ структуре войск Плавающего управления Учета динамики боевых действий Совместимости автоматизированного и ручного управления
Принципы построения АСУ (военнотехнические) n n n n Системности Открытости (развития) Совместимости с другими АСУ Стандартизации Адаптируемости Соответствия количеству задач Эффективности
Признаки классификации и классы АСУ n ü ü Звено управления ВЗУ СЗУ ОЗУ ТЗУ
Признаки классификации и классы АСУ n n Звено управления Вид (род) войск ü ü ü ВВС ВМФ СВ ПВО и т. д.
Признаки классификации и классы АСУ n n n Звено управления Вид (род) войск Характер объекта управления ü ü ü АСУ войсками АСУ оружием (Боевыми средствами) комбинированные АСУ
Признаки классификации и классы АСУ n n Звено управления Вид (род) войск Характер объекта управления Мобильность ü ü стационарные подвижные v v полевые воздушные корабельные и т. д.
Признаки классификации и классы АСУ n n n Звено управления Вид (род) войск Характер объекта управления Мобильность Функциональное предназначение ü ü ü командно сигнальные системы информационно расчетные системы комбинированные системы
Признаки классификации и классы АСУ n n n Звено управления Вид (род) войск Характер объекта управления Мобильность Функциональное предназначение Режим использования ü ü ü основные дублирующие резервные
Понятие «организации автоматизации» n Организация автоматизации управления войсками – процесс разработки, подготовки и управления комплексом мероприятий по созданию и обеспечению эффективного функционирования САУВ
Органы автоматизации n n n Отделы (отделения) автоматизации штабов объединений Отделения (группы) по автоматизации управлений (отделов, отделений) связи Органы автоматизации штабов РВи. А, ПВО, тыла и др.
Состав АСУ В состав АСУ могут входить следующие ее элементы: n Источники информации (радиолокационные средства разведки; n Аппаратура сопряжения с ними; n Аппаратура сопряжения с другими АСУ для обмена информацией и др. ; n Комплекс средств автоматизации (КСА) системы, размещенный на позиции командного пункта (управляющего органа); n Аппаратура сопряжения с управляемыми объектами
Рис. 3. Структурная схема автоматизированной системы управ-ия
n n n К источникам информации в АСУ относятся разнообразные средства, но основную роль играют РЛС различного предназначения, размещаемые на всех командных пунктах, входящих в систему, и передающие информацию об обстановке на соответствующие командные пункты данной системы или на командные пункты другой соседней АСУ. Кроме того, информация на КП системы (управляющий орган) может поступать от вышестоящего и соседних командных пунктов, оснащенных также КСА, по автоматическим каналам связи. Аппаратура сопряжения обеспечивает функциональное сопряжение источников со всеми элементами системы и с другими АСУ. Комплекс средств автоматизации (КСА)представляет собой совокупность технических средств, обеспечивающих сбор, обработку, отображение и выработку рекомендаций боевому расчету КП в соответствии с заложенным алгоритмом управления и доведение боевых задач до управляемых объектов (войск) в масштабе данной системы. В состав КСА входят: электронная вычислительная ма шина (ЭВМ) или вычислительный комплекс (ВК), состоящий из двух и более ЭВМ; аппаратура отображения информации; аппаратура приема — передачи (АПП); средства энергоснабжения. Основная часть КСА размещается на КП системы, отдельные его элементы могут размещаться на нижестоящих КП данной системы.
n n n Аппаратура отображения информации и ввода вывода данных предназначена для наглядного представления информации боевому расчету на командном пункте при решении задач управления войсками (боевыми средствами). Основу аппаратуры составляют устройства отображения информации (УОИ) и устройства (пульты), обеспечивающие ввод команд управления в ЭВМ (ВК) с рабочих мест операторов (номеров боевого расчета). Аппаратура приема передачи (АПП) дан ных служит для автоматической передачи и приема инфор мации как внутри системы между ее элементами, так и для обмена информацией между другими системами, с ко торыми данная АСУ сопряжена функционально. Для об мена информацией между элементами системы применяются разнообразные средства связи. Средства энергоснабжения служат для обес печения электропитания всего комплекса средств автома тизации управляющего органа системы.
n n Аппаратура сопряжения с управляемыми объектами предназначена для обеспечения функционального сопряжения с аппаратурой автоматизации управляемых объектов. Эта аппаратура размещается, как правило, на позициях данных объектов. Электронная вычислительная машина как основная часть комплекса средств автоматизации системы управле ния представляет электронное устройство (совокупность устройств), предназначенное для автоматизации процесса обработки информации и производства вычислений по определенному алгоритму. С использованием ЭВМ аппара тура КСА может вырабатывать некоторые рекомендации в пределах заданных условий по боевому применению боевых средств (войск), управляемых с КП системы.
Классификация ЭВМ По структуре элементной базе ЭВМ условно подразделяются на несколько поколений: n Первое ламповые машины с быстродействием порядка десятков тысяч операций в секунду; n Второе транзисторные ма шины или машины на твердых схемах с быстродействием порядка сотен тысяч операций в секунду; n Третье ма шины на интегральных схемах (ИС) и вычислительные комплексы с быстродействием порядка миллионов операций в секунду; n Четвертое многопроцессорные машины на больших интегральных схемах (БИС) с быстродействием порядка десятков миллионов операций в секунду и более.
n n Аппаратура отображения информации в АСУ включает: устройства отображения информации (УОИ), устройства (пульты) для ввода или вывода информации операторами в ВК или ЭВМ, аппаратуру сопряжения УОИ с другими элементами системы. Устройства отображения информации являются основными элементами аппаратуры отображения. Они устанавливаются на командных пунктах ПВО любой командной инстанции. Устройства (пульты) для ввода — вывода данных в ЭВМ (В К) обеспечивают ввод (вывод) ин формации для отображения на соответствующих устройст вах (индикаторах). Аппаратура сопряжения УОИ с другими элементами системы обеспечивает нормальное функциони рование в боевом режиме всей аппаратуры отображения информации.
n n n Все УОИ АСУ по конструктивному оформлению и технической реализации подразделяются на три основных типа: проекционные, панельные и индикаторные УОИ на электронно лучевых трубках. Проекционные УОИ предназначены для получения изображения увеличенных размеров. Они работают по принципу проецирования его на экран для общего обозре ния. В состав такого УОИ входят входной блок, генератор знаков, блок записи, проекционное устройство и экран. Панельные УОИ предназначены для отображения информации на матричном экране определенных размеров с использованием электролюминесцентных, оптико механи ческих или газонаполненных элементов. Панельные УОИ применяются как для коллективного, так и для индивиду ального пользования. Индикаторные УОИ на электронно лучевых трубках (ЭЛТ) предназначены для отображения более детальной обстановки при получении информации непосредствен но от источников (радиолокационные средства разведки и другие), а также при получении информации по каналам связи внутри данной системы управления или от других АСУ. По применению и особенностям отображения информации на экранах все УОИ подразделяются: по назначению, по типу отображаемой информации и по способам формирования знаков на экранах УОИ.
n n n По назначению УОИ подразделяются на устройства коллективного и индивидуального пользования. УОИ коллективного пользования предна значены для воспроизведения информационной модели общей воздушной (наземной) обстановки в пределах определенного района боевых действий, состояния боевой готовности своих войск и т. д. На основе такой модели осуществляется качественная оценка обстановки и подготовка данных для принятия решения командиром. К УОИ коллективного пользования относятся большие экраны и электронные табло, которые устанавливаются для представления информации всему боевому расчету.
n n n На больших экранах отображается динамическая и статическая информация об общей обстановке, о характере и направлениях действий воздушного противника, о дисло кации своих войск, рельеф местности, географические ори ентиры и т. д. Вся информация отображается в определен ном масштабе. Размеры экранов могут составлять несколь ко метров. Электронные табло предназначены для отображения информации о боевом состоянии войск, их боевых возможностях, о ходе боевых действий в данный момент времени, о результатах боевых действий и т. д. Табло служат как бы дополнением к большим экранам и на них отображается информация с определенной степенью детализации по отдельным вопросам. УОИ индивидуального пользования предназначены для более детального и полного отображения информации в определенном районе при получении ее от первичных (радиолокационные средства разведки) и вторичных (АСУ) источников информации. К УОИ индивидуального пользования относятся первичные и вторичные индикаторы и табло, на которых избирательно отображается информация, предназначенная для определенных лиц боевого расчета. При этом на первичных индикаторах отображается информация, получаемая непосредственно от радиолокационных станций системы, а на вторичных индикаторах — от средств обработки информации АСУ в преобразованном виде. В отдельных случаях могут устанавливаться индикаторы, на которых одновременно отображается как первичная, так и вторичная информация, поступающая от нескольких источников (совмещенная информация).
Заключение n n Система автоматизации, наряду с системой связи, является материальной основой обеспечения управления Она представляет собой организационно техническое объединение сил и средств автоматизации, развернутых на пунктах управления и соединенных между собой каналами передачи данных и служебной связи
Скачать презентацию Лекция Специальные вопросы теории автоматического управления Учебные
Т1 З7.ppt