1. Основные определения. Понятия автоматического и
автоматизированного управления в ИУС.
Теория информационных управляющих вычислительных систем (ТИУВС) – это наука о построении (проектировании), функционировании и эволюции комплекса математических и программно-аппаратных средств, предназначенных для управления сложными объектами на базе вычислительной техники.
ТИУВС не является некоторой изолированной наукой, а это часть общего научного направления – науки об управлении объектами любой физической природы на основе общих закономерностей (часто ее называют «кибернетика»).
В более узком смысле информационно-управляющие системы осуществляют сбор и обработку информации с использованием вычислительной техники для организации оптимального управления сложными объектами.
В любом реальном процессе, имеющем цель получения конечного результата, можно выделить две компоненты:
- Рабочую часть, которая реализует все действия для получения конечного результата (продукта). В дальнейшем ее будем называть объектом управления.
- Организационную (управляющую) часть, с помощью которой реализуется необходимая операция – это управляющее устройство.
Состояние объекта управления принято характеризовать набором параметров (величин той или иной конкретной физической природы), сосредоточенных на входе, выходе или в промежуточных точках системы.
Главным предметом исследования теории ИУВС являются сложный объект управления, структурная схема которого представлена ниже на рисунке 1.1
[ [ [
–
количество элементов в векторе
значений 
–
количество элементов в векторе
значений 
–
количество элементов в векторе
значений 
Рис. 1.1. Сложный объект управления
где 
- вектор входных значений;
- вектор выходных значений;
– вектор управления;
- вектор внешних воздействий (эти воздействия
(возмущающие) обычно трудно учитываемые) – как правило, неизвестен.
Высокая размерность (ориентировочно указанная на рис 1.1.) является главным, но не единственным признаком сложного объекта управления. Можно указать как минимум на следующие (три НЕ)
- Нелинейность взаимосвязей входных и выходных параметров;
- Неустойчивость, которая может возникнуть при некоторых возмущениях, либо неправильном управлении (т.н. динамическая неустойчивость), а так же одно или несколько устойчивых состояний;
-
Неоднозначность, когда при одних и тех же входных воздействиях выход объекта
характеризуется разными значениями (для чего собственно, и приходится
управлять!) – как следствие помех 
(t).
Для построения ИУВС необходимо наличие источников информации (его принято называть информационное обеспечение), а так же ряд других обеспечивающих условия функционирования системы в целом. А именно:
ТО – техническое обеспечение;
ИО – информационное обеспечение;
ПО – программное обеспечение;
МО – математическое обеспечение;
ЮО – юридическое обеспечение;
ОО – организационное обеспечение и другие.
1.1. Способы организации управления.
Управление в ИУВС может быть организовано двумя способами:
1) Управляющее воздействие передается от вычислительной машины непосредственно на объект непрерывно – автоматический режим работы (сбор информации, ее обработка и воздействие на объект происходит практически без участия человека)
2) информация после обработки передается человеку, который осуществляет управление – автоматизированный режим работы:
Обобщенная схема организации управления представлена на рис 1.2
Рис. 1.2. Обобщенная схема управления
Выбор способа управления определяется типом объекта и задачами (уровнем) управления, требующими различную степень участия человека.
В процессе организации управления можно выделить «пирамиду» уровней управления:
Рис. 1.3. «Пирамида» уровней управления
1 – это уровень стратегического управления (решения принимаются коллективом; время, отведенное на принятие этого решения – десятки суток, месяцы).
2 – это уровень тактического управления (в основном автоматизированное управление (осуществляется человеком); порядок времени – несколько часов, сутки).
3 – это уровень оперативного управления (этот уровень в основном автоматический, выполняются простейшие функции управления, порядок времени – десятки секунд, минуты).
Что касается последнего, то технически оно реализуется двояко:
- непосредственное цифровое управление – воздействие от вычислительной системы передается прямо на объект
- т.н. супервайзерное управление, когда вычислительная система управляет регуляторами (контроллерами) оперативного уровня. Обычно так управляют объектами повышенной опасности.
В
простейшем случае каждый j-тый контур k-того объекта
можно представить в виде (рис. 1.4)
Рис. 1.4.
j=1..n; k=1..m; Общий объект разбит на m-подобъектов. В общем случае
j
m.
В последнее время технически несколько регуляторов объединяют в одно устройство – микроконтроллер.
