Избранное. Том 2 - Петраков Николай Яковлевич. Страница 20

Механизм обратной связи обеспечивает подстройку входа системы по отклонению между фактическим и заданным значениями выхода. Связь эта получила название обратной, поскольку передача регулирующего воздействия идет в направлении, противоположном основному процессу, происходящему в системе. Если обратная связь организована таким образом, что увеличение отклонения на выходе уменьшает соответствующие входные сигналы и тем самым способствует восстановлению равновесия в системе, то мы имеем дело с отрицательной обратной связью.

Сопоставление первого вида моделей управления (с разомкнутым циклом) со вторым видом этих моделей, организованным по принципу обратной связи, позволяет выявить ряд существенных различий, которые имеются между ними в реализации процесса управления.

Начнем с того, что в случае применения первого вида моделей, т. е. прямого регулирования, управляющий орган берет на себя всю полноту ответственности за правильную оценку измерения возмущающего воздействия, а также выбор силы и формы компенсирующей реакции в каждой конкретной ситуации. В чистом виде схема разомкнутого цикла управления предполагает, что управляющее устройство замеряет и анализирует именно возмущающее воздействие на систему, а не выходные параметры системы. Но, конечно, на практике при использовании подобной модели иногда приходится обращаться к информации об изменении значения выходных параметров (тогда в той мере, в какой этот момент присутствует в действиях управляющего устройства, можно говорить об отдельных элементах обратной связи). Управляющее устройство должно знать характеристики как объекта управления (его внутренние связи), так и самого управляющего механизма. Иными словами, управление по разомкнутому циклу компенсирует только те возмущения, которые измерены управляющим устройством.

Привлекательность управления по разомкнутому циклу заключается в том, что в идеальной ситуации реакция на возмущение может быть мгновенной, а в отдельных случаях даже упреждающей. Однако постоянное использование первого вида моделей вызывает ряд серьезных проблем. Прежде всего это вопрос об объеме информации, а следовательно, скорости ее переработки и формирования управляющих сигналов. Управляющий орган должен иметь подробнейшую информацию о всех объектах управления, а это требует огромного времени и колоссальных затрат для сбора и обработки детальнейшей отчетности о хозяйственной деятельности предприятий.

В результате практического использования подобной модели (назовем ее социалистической) планы доводились до предприятий с большим опозданием и в течение года многократно пересматривались и корректировались. Одновременно предприятия вырабатывали своеобразный «защитный» механизм против управляющих воздействий плановых органов, смысл которого заключался в сокрытии реальных резервов данного производства и завышенных претензиях на государственные ресурсы. Такое искажение информации являлось серьезным нарушением процесса управления, но оно было вынужденным, поскольку управляющий орган не всегда мог точно рассчитать силу возможного возмущения и правильно подобрать компенсирующий сигнал. Сложность управления по разомкнутому циклу состоит, в частности, в том, что компенсирующие реакции на возмущение должны всегда иметь конкретную форму и точный адрес, а это правило трудно соблюсти, если каждый случай возмущения, особенно в таком объекте, как экономика, рассматривается управляющим органом.

Следует особо подчеркнуть объективный характер ограниченных возможностей органа управления или внешнего регулятора системы. Здесь мы сталкиваемся с проявлением «закона необходимого разнообразия», сформулированного У. Эшби на базе так называемой десятой теоремы Шеннона. Эта теорема гласит, что если канал коррекции (или регулятор) обладает пропускной способностью (разнообразием) Н, то количество устраненной неопределенности в системе может быть равно Н, но не может быть большим.

Смысл этого закона целиком определяется спецификой взаимосвязи системы и внешней среды. Регулятор как бы дифференцирует все «шумы» окружающей среды на полезную и бесполезную информацию и ограждает систему от излишнего разнообразия. Чем мощнее фильтр-регулятор, тем меньше неопределенности в системе, тем более она детерминирована. Но, чтобы выполнять эти функции, регулятор сам должен обладать необходимым разнообразием.

Необходимое разнообразие регулятора находится в прямой зависимости от разнообразия возмущений внешней среды и в обратной – от допустимого разнообразия самой кибернетической системы. Соотношение количества разнообразия во внешней среде, регуляторе и системе выражается следующей формулой:

где Н_m – разнообразие возмущений внешней среды, H_s – допустимое разнообразие системы, Н_с – разнообразие регулятора.

В реальных ситуациях чувствительность регулятора всегда имеет некоторый предел. Это в свою очередь накладывает определенные объективные ограничения на разнообразие системы. При заданном разнообразии внешней среды сумма логарифмов разнообразия регулятора и регулируемой системы есть величина постоянная. Следовательно, если регулятор использовал всю свою «пропускную способность» и она оказывается все равно меньшей, чем разнообразие внешней среды, система сама должна обладать необходимым разнообразием состояний, чтобы предохранить себя от разрушения.

Зачастую в сознательно регулируемых системах происходит переоценка возможностей управляющего органа. Создается идеальная модель регулятора с разнообразием, превышающим его реальные возможности. На величину этой переоценки «способностей» регулятора занижается допустимое разнообразие системы. Это вносит определенную дезорганизацию в процесс управления, ибо на практике управляющий орган не справляется со всем разнообразием возмущений, которое ему необходимо оценить при принятии решений. Переполнение регулятора избыточной для его возможностей информацией приводит к возникновению в ряде случаев феномена «псевдорегулирования», т. е. такого регулирования, которое на самом деле не уменьшает неопределенности в управляемой системе.

В отличие от модели управления с разомкнутым циклом модель управления с замкнутым циклом (с обратной связью) обеспечивает компенсацию всех возмущений, независимо оттого, определены ли их причины.

Механизм обратных связей начинает действовать, когда возмущение вызывает отклонение регулируемой величины от заданного значения. Для возникновения компенсирующего сигнала важен сам факт отклонения, а не его причина. Это в известной мере оберегает и управляемый объект, и управляющий орган от излишней информации в процессе конкретной реализации управляющих функций. В относительно простых системах компенсирующие реакции довольно однообразны и сама их мощность невелика, поскольку механизм обратных связей, как правило, используется здесь для компенсации так называемых малых возмущений. Возмущения высокой интенсивности требуют от системы специального анализа возникшей ситуации, а при необходимости и пересмотра всей стратегии поведения, включая режим работы механизма обратных связей.

Сопоставление моделей регулирования по разомкнутому циклу и по циклу с обратной связью показывает, что принципиальным моментом, позволяющим четко разграничить эти две модели решения проблемы стабилизации режима функционирования, является то обстоятельство, что в первой компенсирующие реакции вырабатываются на основе анализа факторов, воздействующих на вход системы, а во второй – оценивается выход системы. Иными словами, либо управляющий орган уделяет основное внимание построению модели в желаемых (по форме и интенсивности) входных параметрах и затем, сопоставляя эту модель с реальной ситуацией на входе, вырабатывает стратегию; либо строится идеальная модель выхода, и управление осуществляется по отклонению фактических результатов от конечной целевой установки.