"Философия" автоматического/автоматизированного управления

[_hum_]

Господа, подскажите, в какой области знания рассматриваются самые общие вопросы теории автоматического управления, наподобие,
- какие типы бывают (feed forward / feed backward-based, с обучением/без обучения и т.п.), чем одни типы лучше других;
- почему возникает необходимость в иерархизации систем управления;
- какие структуры систем управление возможны (типа, централизованная, децентрализованная, распределенная), чем одна лучше другой;
- какие есть способы разруливания ситуаций, когда несколько отдельных систем управляют одним объектом (ну там, введение приоритетов, введение "разруливающей надсистемы" и т.п.)
- почему возникает необходимость в координации нескольких систем управления, и какие подходы к этому есть (типа "мультиагентные системы" и т.п.).

То есть, хочется почти что "философии автоматического управления".

Спасибо.

[Pavia]

_hum_
Присоединяюсь к вопросу. Коке какие мысли отослал личным сообщением.

[Mihaylo]

Над ТАУ (теорией автоматического управления) стоит ТУ (теория управления).

Твои вопросы достаточно элементарны, не относятся к философии... Они отчасти рассматриваются и в самой ТАУ. Отчасти в пословицах типа "У семи нянек дитя без глазу".

А что хочешь узнать?

[_hum_]

Mihaylo в сообщении #1194896 писал(а):

Над ТАУ (теорией автоматического управления) стоит ТУ (теория управления).

судя по теория управления - это похоже на то, что нужно. другое дело, что на русском литературы что-то я не нашел - одно сплошное "менеджмент предприятия", а на английском эта теория почему-то не отделяется от ТАУ :(

Mihaylo в сообщении #1194896 писал(а):

Твои вопросы достаточно элементарны, не относятся к философии... Они отчасти рассматриваются и в самой ТАУ. Отчасти в пословицах типа "У семи нянек дитя без глазу".

я философия взял в ковычки. а вообще, на самые элементарные вопросы обычно труднее всего отвечать.

Mihaylo в сообщении #1194896 писал(а):

А что хочешь узнать?

хочу составить системное представление об автоматическом/автоматизированном управлении, чтобы быстро оценивать качество существующих систем и проекты новых.

[Mihaylo]

Попробую ответить на твои вопросы. Я полагаю, Ваша профессия - АСУшник, АСУТП. Если нет, то поправьте меня, пожалуйста.

_hum_ в сообщении #1194842 писал(а):

- какие типы бывают (feed forward / feed backward-based, с обучением/без обучения и т.п.), чем одни типы лучше других;

Нас учили так: разомкнутые, замкнутые, параметрически адаптивные, структурно адаптивные, интеллектуальные.
Чем дальше, тем лучше, но сложнее в реализации. Для конкретно взятого объекта управления может быть достаточно разомкнутой САУ (вспомни принцип разнообразия Эшби).

_hum_ в сообщении #1194842 писал(а):

- почему возникает необходимость в иерархизации систем управления;

Когда переходишь на более высокий уровень иерархии системы, мелкие подробности нижних уровней скрываются, информация становится более сжатой и ёмкой, становится легче изучать систему. Недостаток - не видно подробностей нижнего уровня. Это с точки зрения изучения системы.
С точки зрения управления системой: на каждом уровне регулируются свои координаты (=решаются свои задачи). Разбивая на систему на уровни, ты абстрагируешься от проблем-задач нижнего уровня (считаешь, что они решаются), концентрируешься на задаче текущего уровня. Получается иерархия облегчает разработку системы управления. Пример такого способа разработки - принцип подчиненного регулирования.

_hum_ в сообщении #1194842 писал(а):

- какие структуры систем управление возможны (типа, централизованная, децентрализованная, распределенная), чем одна лучше другой;

Централизованная система проще. Всего одно управляющее устройство (микропроцессор) в системе, нет необходимости контролировать целостность системы. Недостаток - нужно тянуть провода в одно место, это очень неудобно, если нужно управлять, допустим, конвейером длиной 100 метров, а по всей его длине расположены датчики. Если применить распределенную (=децентрализированную) систему управления, то не придется тянуть провода в одну точку.

_hum_ в сообщении #1194842 писал(а):

- какие есть способы разруливания ситуаций, когда несколько отдельных систем управляют одним объектом (ну там, введение приоритетов, введение "разруливающей надсистемы" и т.п.)

"У семи нянек дитя без глазу". Чтобы дитя было с глазом, нужно, чтобы с дитем управлялась одна нянька, другие шесть должны управлять первой нянькой. В этом случае основная нянька является разруливающей подсистемой (арбитр), расстанавливает приоритеты, а шесть других нянек командуют основной нянькой. Шесть нянек подготавливают предварительные решения, но окончательное решение всегда за основной нянькой.
Сталкивался с случаем, когда семь нянек сменяли друг друга по очереди, то есть в каждый конкретный момент времени с дитем была только одна нянька, то есть все правильно с точки зрения теории управления. Было важно обеспечить правильную передачу дитя из рук в руки (безударный переход и т.п.).
В обоих случаях придерживаются правила: одна координата - один регулятор. Это очень важно, не все разработчики это понимают.

_hum_ в сообщении #1194842 писал(а):

- почему возникает необходимость в координации нескольких систем управления, и какие подходы к этому есть (типа "мультиагентные системы" и т.п.).

В общем случае системы управления необязательно должны быть скоординированы, особенно, если придерживаться правила "одна координата - один регулятор". Если каждая СУ занимается своим делом, нет никакого конфликта управления, все в порядке.
Другое дело, если СУ надо синхронизировать... Несколько способов:
1. Можно синхронно выдать задание двум СУ.
2. Можно сделать так, чтобы одна СУ выдавала задание другой СУ (подчиненное регулирование, система "ведущий-ведомый").
3. Введение арбитра (см. выше).

Обычно несколько СУ в распределенной системе управления обладают неограниченным каналом связи между собой, в этом случае РСУ можно рассматривать как обычную централизованную СУ.
Если же канал связи ограниченный, то нужно обеспечить автономное функционирование СУ в условиях недостатка информации, обрыва связи. В АСУТП такие системы называют телеметрическими. Обычно применяется беспроводной канал связи, например, GPRS или Wi-fi. В случае исчезновения связи информация пишется в буферную память, при восстановлении связи выдается.
В области искусственного интеллекта такие системы называют мультиагентными. Там управляющее устройство (регулятор) принято называть агентом... Здесь нужно применять сжатие информации с потерями.

Я не знаю, вряд ли где-то в книжке хорошо рассказано обо всем этом. Для себя запомни правило "одна координата - один регулятор", чтобы успешно разрабатывать бесконфликтные системы управления. Анализируй как это правило используется в существующих системах управления. Здесь требуется тренинг, практикум, а не просто книжка.

[Pavia]

Mihaylo
Это всё хорошо. Но не могли бы вы привести ссылке на источники откуда вы всё это узнали, вычитали?

[_hum_]

Mihaylo в сообщении #1194944 писал(а):

Я полагаю, Ваша профессия - АСУшник, АСУТП. Если нет, то поправьте меня, пожалуйста.

не совсем. я просто тесно связан с разработкой АСУДД, и, возможно, мне нужно будет читать по ним лекции. вот и хотелось бы все собрать до кучи, чтобы потом изложение материала вести по дедукции (сперва общие принципы и закономерности, а потом рассмотрение через эту призму конкретных систем). иначе за деревьями не будет видно леса.

спасибо за ответы. я примерно так все и понимаю. другое дело, что это все-таки а-ля "разговор в курилке", а хотелось бы системного последовательного изложения (чтоб охватить все наиболее важные аспекты этой науки, а не выхватывать что-то по-отдельности).

хотелось бы что-то вроде такого уровня изложения: элементы ТАУ [попытка 2] (я, было, начал для себя накидывать эту инфу и как-то ее организовывать, но на теме структурной организации споткнулся. а ведь еще впереди обширный пласт вопросов наподобие разруливания конфликтов, координации систем и т.п. да и опыта у меня в этом деле не так много, чтобы самому весь этот пласт инфы переварить и выделить внутреннюю логику).

[Mihaylo]

Pavia в сообщении #1194954 писал(а):

Это всё хорошо. Но не могли бы вы привести ссылке на источники откуда вы всё это узнали, вычитали?

Это все обобщение моего опыта. Мне кажется, такой идеальной книжки не существует. Хотя, думаю, она была бы весьма интересна...

_hum_ в сообщении #1194964 писал(а):

изложение материала вести по дедукции (сперва общие принципы и закономерности, а потом рассмотрение через эту призму конкретных систем). иначе за деревьями не будет видно леса.

На мой взгляд, обобщать ничего не надо. Достаточно сразу рассмотреть системный подход на конкретном примере и все будет понятно. Обобщение излишне. Обобщение важно только для Вас (как для преподавателя).

Итак, попробую немного накидать идей. Рассказываете о системном подходе, весьма мощная методология. Даете представление о терминах: система, вход, выход, структура, эмерджентность, система управления, объект управления, регулятор, цель, регулируемая координата, обратная/прямая связь, состояние системы, динамическая система, процесс, функция, надсистема, подсистема, иерархия, композиция/декомпозиция и т.д. Впрочем, я почитал Вашу лекцию по диагонали, многое Вы уже рассказали, но, повторюсь, не рассматривайте обобщение этих знаний - слишком сложно для неподготовленного, а для подготовленного бесполезно, на мой взгляд.

Преимущества и недостатки тех или иных структур, мне кажется, не требуется рассматривать. Это в каждом конкретном случае очевидно, а в обобщенном случае не усваивается, не понимается.

Скажите, каков уровень слушателей лекции и какова цель обучения.

[_hum_]

Mihaylo

студенты технического университета, старший курс, специализирующиеся на организации дорожного движения.
с моей точки зрения им важно знать именно эти общие вещи, чтобы уметь проводить анализ таких систем (типичный пример - некий поставщик предлагает поставить в городе вот такую-то систему, и нужно определить, насколько целесообразно устанавливать именно эту систему; или другой пример - есть проблемная ситуация, и нужно прикинуть, какая система максимально эффективно смогла бы ее решить). проблема в том, что чтобы наработать интуицию, аналогичную вашей, нужно много-много-много примеров. это экстенсивный путь обучения, когда количество со временем переходит в качество. у нас нет на это времени. потому и хочу какую-то "координатную сетку" натянуть, чтобы они смогли более-менее ориентироваться и потом наполнять ее "мясом".

Mihaylo в сообщении #1195041 писал(а):

Преимущества и недостатки тех или иных структур, мне кажется, не требуется рассматривать. Это в каждом конкретном случае очевидно, а в обобщенном случае не усваивается, не понимается.

совсем не очевидно :) например, не очевидно, чем децентрализованная система отличается от распределенной; не очевидно, почему в распределенной системе возникает проблема скорости реакции; не очевидно, все ли функции, которые может реализовывать централизованная система, способна реализовать и распределенная (и децентрализованная); не очевидно, какая система лучше управляется и т.п.


п.с. кстати, почему все-таки возникают различные структуры? потому что целевая функция, которую оптимизирует управление, имеет соответствующую форму (сумматрного характера, распадающуюся на отдельные "входящие друг в друга" величины), и соответственно, становится удобным (для экономии ресурсов на передаче информации по каналам связи) для каждого "слагаемого" организовать собственную подсистему управления?

[levtsn]

Недавно читанул книжку "системное мышление". Там в какой то мере про это. На сколько помню автор наш, не так давно умер. Книга является учебником какойто нашей учебной организации, к сожалению беглый поиск книгу найти не позволил.

[Mihaylo]

Если времени мало, то организуйте самостоятельную работу. Только тренинг развивает системное мышление. Научите слушателей видеть во всем системы со входами и выходами (это как у программистов - объектно-ориентированное мышление - видеть во всем объекты). Если ребята владеют знаниями об ООП, то расширить до системного мышления недолго...

[_hum_]

Mihaylo
системное мышление, общая теория систем (системный анализ) - это, насколько я имею представление, немножко другого уровня понятия.
меня же интересует более приземленный вариант - теория автоматического управления.

кстати, кое-чего по структурам нашел. оказывается, это область large-scale systems: Lunze_Feedback_Control_of_Large-Scale_Systems.pdf. то есть, потребность в структурах с необходимостью возникает именно из-за наличия очень больших (протяженных в пространстве и времени) и сложных (имеющих большое количество переменных и отношений) объектов управления. и структура, действительно, определяется наличием "сумматорного характера" целевой функции в таких системах.

[Mihaylo]

Вы хотите студентам дать знания, которые для успешного применения требуют системного мышления. Мне так кажется.

В поисках книжки наткнулся на Анатолия Игоревича Левенчука, специалиста по системной инженерии, можно нагуглить видеокурсы в свободном доступе. Кстати говоря, в лекциях он повторяет Вашу ошибку: он рассказывает очень абстрактно, обобщенно, хотя и простым языком, и убивает много времени, чтобы объяснить простое.

Мне как-то в руки попадалась книжка 2012-2014 года издания, в ней мне попадалось обобщение ТАУ до самых общных нелинейных систем, обычно же учебник ТАУ рассказывает про линейные системы... Не могу найти ту книжку!

[Toucan]

Mihaylo в сообщении #1194896 писал(а):

Твои вопросы достаточно элементарны...

Mihaylo, в не могу сосчитать который раз, предупреждение за фамильярность. В связи с недейственностью полумер - три дня отдыха.

[_hum_]

Mihaylo в сообщении #1195211 писал(а):

В поисках книжки наткнулся на Анатолия Игоревича Левенчука, специалиста по системной инженерии, можно нагуглить видеокурсы в свободном доступе. Кстати говоря, в лекциях он повторяет Вашу ошибку: он рассказывает очень абстрактно, обобщенно, хотя и простым языком, и убивает много времени, чтобы объяснить простое.

спасибо, глянул. он не только рассказывает абстрактно, он "льет воду", причем из пустого в порожнее (это удивляет, ведь он сам говорит вначале, что времени очень мало). из всего полезного, что мне удалось выудить из просмотра - это название дисциплины - "foundations of systems engineering". но по тем докам, что удалось скачать по этой дисциплине, у меня сложилось впечатление, что это немного все-таки не то - здесь акцент делается на процессе разработки систем, без рассмотрения тех более специфических вопросов, что меня изначально интересовали (и относящихся к более конкретной области - автоматическому управлению).