Основы теории управления в информационных системах

Общие сведения о теории управления

Сущность теории управления заключается в формировании математической модели на базе системного анализа объекта управления (ОУ) и выработке алгоритма управления (АУ) с целью получения необходимых параметров протекания процесса или целей управления.

Предметами теории управления могут быть не только процессы материального производства, но и другие сферы человеческой деятельности, а именно:

• Сфера организационно-административного управления.
• Сфера проектирования и конструирования.
• Сфера информационного обслуживания.
• Сфера здравоохранения.
• Сфера научных исследований.
• Сфера образования и многие другие.

Теория управления в качестве научного направления сформировалась в двадцатом веке на основе теории автоматического регулирования, которая получила интенсивное развитие ещё в девятнадцатом веке в связи с возникновением потребности в регуляторах, способных поддерживать устойчивый режим работы паровых машин. В то время эти машины начали внедряться в промышленности и на транспорте.

Современная теория управления находится в числе наиболее востребованных технических наук и при этом может быть отнесена к одной из отраслей прикладной математики, которая тесно связана с вычислительной техникой и информационными системами. Теория управления на основе математических моделей предоставляет возможность изучения динамических процессов в автоматических системах, а также позволяет определять структуру и параметры элементов системы, чтобы придать реальным процессам управления желаемые свойства и заданное качество.

Теория управления выступает как фундамент для специальных дисциплин, которые решают проблемы автоматизации управления и контроля технологических процессов, проектирования следящих систем и регуляторов, автоматического мониторинга производства и окружающей среды, реализации автоматов и робототехнических систем.

Основы теории управления в информационных системах

Главными задачами теории управления считаются задачи анализа динамических свойств автоматических систем на модельном или физическом уровнях и задачи синтеза алгоритмов управления, функциональной структуры автоматических систем, которые реализуют эти алгоритмы, их параметров и характеристик, удовлетворяющих требованиям качества и точности, а также проблемы автоматического проектирования систем управления, реализации и испытания автоматических систем.

В сегодняшних реалиях управление разного рода технологическими и техническими процессами реализуется обычно при помощи электронных вычислительных машин (ЭВМ), которые получили наименование управляющих вычислительных машин. Проектирование систем управления, которые имеют в своем составе компьютерное оборудование, обладает специфическим характером и не представляется возможным без знания принципов и методов теории управления.

Динамическим процессом, или движением, является развитие во времени определённого процесса или явления, например, это может быть движение механизма, тепловые явления, экономические процессы. Процессы обычно должны сопровождаться информационными сигналами, то есть, вторичными процессами, которые несут информацию об изучаемом явлении.

Сигналы, как и вызывающие их процессы, могут существовать независимо от наличия измерительных устройств или присутствия наблюдателей. При изучении сигналов принято отличать их информационное содержание, несущее данные первичном процессе, и физическую природу вторичных процессов, то есть, носителей информации.

В зависимости от физической природы носителя следует выделить акустические, оптические, электрические, электромагнитные, и прочие сигналы. Природа физических носителей может не совпадать с природой первичных процессов. Например, слиток металла может быть разогрет электромагнитным излучением, а температура слитка может быть зарегистрирована при помощи инфракрасного излучения.

В теории управления сигналы обычно рассматриваются с точки зрения кибернетики и отождествляются с количественной информацией об изменениях физических переменных исследуемого процесса безотносительно к природе первичного процесса и носителя сигнала. При этом необходимо учитывать, что фактический сигнал может не нести всей информации о протекании физического явления, но при этом может содержать набор посторонней информации. На информационную составляющую сигналов могут оказать влияние методы их кодирования, шумы и квантовые эффекты.

В зависимости от метода кодирования следует различать аналоговые и цифровые сигналы. Для аналоговых сигналов их значение (интенсивность какого-нибудь параметра физического носителя) является пропорциональной значениям изучаемой физической переменной. В цифровых сигналах информация представляется в числовом формате в определенном кодовом виде, к примеру, в формате двоичных кодов.

Управлением является такая организация какого-либо процесса, которая способна обеспечить достижение поставленных целей. То есть, это целенаправленное воздействие на управляемый объект (процесс), которое приводит к необходимому изменению его состояния или поддержанию требуемого состояния. Управление обязано обеспечить целевое протекание технологического процесса преобразования энергии, вещества и информации, гарантировать оптимальную работоспособность и безаварийность функционирования объекта за счёт сбора и обработки информации, несущей данные о состоянии объекта и внешней среды, обеспечить выработку решений о воздействии на объект и их исполнение.