Układ cybernetyczny dąży od pewnego wyróżnionego stanu po
czątkowego do osiągnięcia innego stanu, który cechowałby się pożądanymi wartościami parametrów. Stan taki nazywamy stanem docelowym. W trakcie działania układ przechodzi przez pewne stany wyróżnione nazywane stanami etapowymi. Przejście od jed
nego stanu do następnego nazywamy transformacją. Przedsiębior
stwo rozpatrywane jako układ cybernetyczny jest transformato
rem zasileń i transformatorem informacji, Z punktu widzenia zasad zarządzania ważniejszą rolę odgrywa przetwarzanie infor
macji i dlatego zanalizujemy pojęcie informacji.
W cybernetyce i w teorii informacji przez informację należy rozumieć pewną treść przekazywaną przez jej nadawcę do odbior
cy. Ze względu na wykonywaną czynność będziemy układ nadający informację nazywać nadawcą. Podobnie, abstrahując od tego, jaki mi cechami wyróżnia się dany układ odbierający informację, bę
dziemy nazywać odbiorcą.
Zestaw przekazywanej treści, czyli przekazywanie informacji, mający taką czy inną określoną formę nazywamy komunikatem. Aby komunikat mógł być przekazany, nadajnik musi być połączony z odbiornikiem. Połączenie takie niezależnie od tego, czy jest ma terialne, nazywamy kanałem komunikacyjnym albo kanałem informa
cyjnym. Informacje są przekazywane za pośrednictwem nośników in formacji. Ponieważ każdy z nośników informacji (sygnałów) nada
je się do przesyłania danych kanałem komunikacyjnym, dlatego w sieci informacyjnej wyróżniamy jeszcze dwa elementy: koder i de
koder. Koder połączony jest bezpośrednio z nadajnikiem i prze
kształca wpływające doń informacje do postaci dostosowanych do danego kanału (tzn. koduje otrzymane informacje wg określonego klucza). Informacje przesyłane przez kanał są następnie dekodo
wane przez dekoder, połączony bezpośrednio z odbiornikiem, tzn.
dekoder przekształca je do postaci dostosowanej do odbiornika, zazwyczaj (ale nie zawsze) takiej samej jak postać sygnałów na
dawczych.
Język, w którym formułuje się komunikat, musi być wspólnym językiem nadawcy i odbiorcy. Jednym z zasadniczych warunków dobrego przekodowania komunikatu jest izomorficzność sygnałów.
Układy nazywamy izomorficznymi, jeżeli mają postać jednakową z interesującego nas punktu widzenia.
Ilość informacji, jaką może zmagazynować i przetworzyć dany układ, jest oczywiście ograniczona. Pułap możliwości gromadze
nia informacji nazywamy pojemnością informacyjną układu. Duże znaczenie ma też sprawność procesu przesyłania informacji. Wią
że się ona z szybkością przekazywania komunikatów, która zależy nie tylko od wydajności nadajnika i sposobu kodowania sygnałów, lecz również od tzw. przepustowości kanału informacyjnego.
Przepustowość kanału informacyjnego wyraża się zatem ilością informacji (w bitach), którą można przekazać przez dany kanał w jednostce czasu.
Podstawowym pojęciem cybernetyki jest - u k ł a d
w z g l ę d n i e o d o s o b n i o n y , który ma atrybuty
- całość wyodrębniona z otoczenia, jakim dla przedsiębiorstwa jest gospodarka narodowa,
- świadomy i celowy charakter wyodrębnienia, bowiem przedsię
biorstwo jako układ cybernetyczny jest świadomie wydzielonym z otoczenia organizmem dla realizacji określonych celów, - względność wyodrębnienia, gdy przedsiębiorstwo jest powiąza
ne w stosunkach podrzędności bądź kooperacji z innymi ukła
dami ,
- strukturalność wyrażająca się w podziale przedsiębiorstwa na komórki organizacyjne,
- spójność, wynikająca z powiązania i wzajemnego oddziaływania elementów składowych układu: powiązania i wzajemne oddziały
wanie ludzi i rzeczy w przedsiębiorstwie realizuje się w pro
cesach zasileniowych i procesach informacyjnych,
- przepływy wewnątrz struktury (strumieni informacyjnych i za
sileniowych) .
52
-4.1. Sterowanie układem
4.1.1. Istota regulacji i sterowania
Każdy system w swoim działaniu przyporządkowuje określonym stanom wejścia odpowiadające im stany wyjścia. Sposób przypo
rządkowania zależy od sposobu działania systemu, który, jak wiadomo, może być zdeterminowany lub probabilistyczny. W syste
mach zdeterminowanych relacje między stanami wejścia i wyjścia mają charakter funkcyjny, natomiast w systemach probabilistycz
nych - charakter stochastyczny.
Działanie systemu nie zależy jednak tylko od właściwości wew
nętrznych, to jest od sposobu reakcji na bodźce, ale również od właściwości zewnętrznych, t j . od warunków otoczenia. System najbardziej sprawny i funkcjonalny w jednych warunkach może być niesprawny w innych, a czasem może wcale nie działać. Za- Leży to bowiem od sposobu oddziaływania na układ otoczenia, jak też i układu na otoczenie [25J . W oddziaływaniu otoczenia na system opróc2 bodźców głównych (systematycznych) mogą bo
wiem pojawiać się również bodźce uboczne przypadkowe, które będą zakłócać sprawne funkcjonowanie systemu. Objawiać się to będzie odchyleniem się stanu wyjścia od określonej dla danych warunków normy funkcjonowania systemu, skutkiem czego nawet najbardziej zdeterminowane systemy zaczną się zachowywać jak układy probabilistyczne. Jeśli odchylenia stanu wyjściowego od normy mieszczą się jeszcze w dozwolonych granicach, to takie działanie nie przedstawia większego problemu, gdy chodzi o dal
szy przebieg funkcjonowania systemu. Jeśli jednak stan wyjś
ciowy systemu odchyla się od pożądanej normy ponad dopuszczal
ne granice, wówczas pod znakiem zapytania staje dalsze funkcjo
nowanie systemu, jeśli nie nastąpi jakieś korygujące działa
nie. Sposobem przeciwdziałania nadmiernym odchyleniom stanu wyj
ściowego od pożądanej normy jest r e g u l a c j a . Polega ona na takim zapewnieniu działania układu regulowanego, że jego stan wyjściowy zostaje doprowadzony do pożądanej normy za po
mocą specjalnych regulatorów (czujników), które wielkość zadaną porównują albo z zakłóceniami po stronie wyjścia, dążąc do ich wyeliminowania, albo z zakłóceniami po stronie wejścia, dążąc do
ich skompensowania, albo też z samymi stanami wyjściowymi, dą
żąc do wyrównania powstających aktualnie odchyleń od normy.
Jeśli norma stanu wyjściowego jest wielkością zmieniającą się lub wielkością, od której zależy realizacja określonego celu, to wówczas zamiast regulacji mamy do czynienia ze s t e r o w a n i e m . Polega ono już nie tyle na doprowadzeniu sta
nu wyjściowego do pożądanej normy, ile na ciągłym utrzymywaniu tego stanu na poziomie normy lub w dopuszczalnych granicach od
chyleń od niej. Tutaj musi już istnieć określony program stero
wania, który uwzględniając bieżące i przyszłe zachowanie się systemu, będzie w odpowiednich momentach uruchamiał instrumen
ty regulacji niezbędne do osiągnięcia przez stan wyjściowy układu zamierzonego celu.
Sterowanie jest więc ciągłym stosowaniem regulacji w sposób programowy [i 4] .
4.1.2. Systemy sterowania
W programie sterowania zawarty jest cel, warunki jego reali
zacji wyrażone w zmieniającej się normie oraz sposoby realiza
cji celu określone relacjami między stanami wejść i wyjść. W za
leżności od sposobu kształtowania się normy stanu wyjściowego układu sterowanego istnieje kilka rodzajów sterowania:
- stałowartościowe
Norma stanu wyjściowego jest wielkością stałą: yfc = const.
Problem polega na utrzymaniu wielkości wyjściowej w stałych niezmiennych granicach, niezależnie od zmian w otoczeniu.
- programowe
Norma stanu wyjściowego zmienia się jako funkcja czasu:
yt = f ( t )
W sterowaniu tym zakłada się całkowitą zgodność współdzia
łania elementów układu oraz jego otoczenia w czasie, w wyni
ku czego powstaje odpowiednia trajektoria czasowa stanu wyjś
ciowego układu dająca się opisać za pomocą odpowiedniej funk
cji czasowej. Analiza tej funkcji pozwala ustalić każdorazowo stan ukiaau w danym czasie, który na skutek oddziaływań
czyn 54 czyn
-ników przypadkowych może się oczywiście nieco różnić od fak
tycznego stanu osiąganego przez układ. Wpływ tych czynników jest jednak niezależny od czasu i w sumie redukuje się do zera.
Sterowanie programowe, mimo niewątpliwych walorów pod wzglę
dem prognostycznym, posiada również i tę wadę, że nie uwzględ
nia rzeczywistych możliwości oddziaływania na funkcjonowanie układu regulowanego. Przyjmując za podstawę odniesienia czas, a nie konkretne warunki funkcjonowania układu, można dopro
wadzić do poważnych odchyleń w stanach wyjściowych od pożąda
nej normy.
- adaptacja
Polega ona na utrzymywaniu stanu wyjściowego układu sterowa
nego na poziomie uzależnionym od osiągniętych poziomów w po
przednich okresach. Tutaj bowiem norma stanu wyjściowego jest funkcją stanów osiągniętych w poprzednich okresach:
yt - f(yt- i ' y t - 2; **-;yt-P)
Sterowanie według tego systemu jest więc sterowaniem etapo
wym, nie nastawionym wprost na osiągnięcie ostatecznego celu, lecz na realizację celów pośrednich.
- śledzące
Podstawą odniesienia nie jest już czas jako jedyna wielkość wiodąca, ani też stan osiągnięty poprzednio, ale odpowiednie stany elementów zewnętrznych, zwłaszcza zaś tych, które nie mogą być dowolnie zmieniane. Samo sterowanie polega na obser
wowaniu tych stanów i dostosowaniu do nich w odpowiednich proporcjach stanu wyjściowego układu sterowanego, zgodnie z relacją normy stanu wyjściowego:
yt = ffc( x ^ ,.../x^) x i - stan 1-tego elementu zera.
System stosowany jest wówczas, gdy istnieje duża zmienność w funkcjonowaniu układu na skutek wadliwego działania jego mechanizmu lub silnych zmian w oddziaływaniach zewnętrznych.
- antycypacyjne
Polega najogólniej na możliwości wyprzedzenia osiąganych sta
nów wyjściowych przez wcześniejsze stosowanie odpowiednich środków regulacji zmierzających do uzyskania zgodności tych stanów z pożądaną normą. Chodzi bowiem o możliwość wcześniej
szego wyeliminowania odchyleń od zadanej normy, co ma ogromne znaczenie dla prawidłowego wykorzystania sterowanego układu w realizacji określonego celu.
Podstawą sterowania jest określenie przyszłego stanu wyjścio
wego układu, z wyprzedzeniem równym okresowi potrzebnemu do zadziałania odpowiedniego instrumentu sterowania na zmianą tego stanu.
- ekstremalne
Polega na sterowaniu układem, w których norma stanu wyjścio
wego jest funkcją kryterium (maksimum lub minimum).
Problemy występujące w przypadku optymalizacji samej funkcji celu, a więc maksymalizacji lub minimalizacji stanu wyjścio
wego, będącego funkcją zmiennych decyzyjnych (instrumental
nych) przy odpowiednich warunkach ograniczających co do in
strumentów, są rozstrzygane przy użyciu metod programowania matematycznego [j 4^ .