В подавляющем большинстве случаев непосредственное воздействие на параметры, входящие в вектор целей управления, оказывается невозможным. Именно это обстоятельство и вызывает потребность в организации управления путём решения задачи об устойчивости в смысле предсказуемости поведения и выявления параметров, на которые возможно оказать непосредственное воздействие, следствием которого будет желательное изменение контрольных параметров, входящих в вектор целей.
Реализация такого подхода (в подавляющем большинстве случаев неизбежного) приводит к тому, что размерность вектора состояния больше, чем размерность вектора целей за счёт включения в него параметров, связанных в матрице возможных состояний с параметрами, включёнными в вектор целей. Эти дополнительные параметры можно разделить на две группы:
· В первую входят параметры, которые поддаются непосредственному изменению. Из их перечня выбираются параметры, на которые в процессе управления будет оказываться управляющее воздействие. Это — непосредственно управляемые параметры, изменение которых влечёт за собой изменение параметров, включённых в вектор целей. Эти параметры образуют вектор управляющего воздействия. В ряде случаев непосредственно управляемые параметры могут входить в состав вектора целей (например, на кораблях при больших скоростях хода, чтобы предотвратить недопустимый крен в процессе поворота, а то и опрокидывание корабля, могут налагаться ограничения на угол перекладки руля, который в задачах управления маневрированием, в отличие от угла курса, скорости хода, координат, обычно не входит в перечень контрольных параметров).
· Во вторую группу входят так называемые «свободные параметры», любые возможные значения которых в процессе управления признаются допустимыми (если бы на них накладывались какие-либо ограничения, то они с этими ограничениями вошли бы в вектор целей).
Поскольку восприятие субъектом состояния объекта не идеально (во-первых, в силу искажения информации, исходящей от объекта, «шумами» среды, через которую проходят информационные потоки; во-вторых, оно носит характер, обусловленный особенностями субъекта в восприятии и переработке информации), вектор состояния всегда содержит в себе некоторую ошибку в определении истинного состояния, которой соответствует некоторая объективная неопределённость для субъекта управленца. Неопределённость объективна, т.е. в принципе не может быть устранена усилиями субъекта. Другое дело, что объективная неопределённость может быть как допустимой, так и недопустимой для осуществления целей конкретного процесса управления.
Вектор ошибки управления представляет собой «разность» (в кавычках потому, что разность не обязательно привычная алгебраическая): «вектор целей»-«вектор состояния». В него могут входить как измеримые отклонения вектора состояния от вектора целей, так и оценки (как это показано на схеме рис. 6.5-1 — ниже по тексту), необходимость в которых может возникать вследствие того, что вектор текущего состояния включает в себя некоторую неопределённость. Вектор ошибки управления описывает отклонение реального процесса от предписанного вектором целей идеального режима и также несёт в себе некоторую неопределённость, унаследованную им от вектора состояния. Образно говоря, вектор ошибки управления это — перечень неудовлетворённых желаний соответственно перечню вектора целей с какими-то измерениями или оценками степени неудовлетворённости каждого из них. Оценки могут быть построены на основе соизмеримых друг с другом численно уровней, либо численно несоизмеримых уровней, но упорядоченных ступенчато дискретными целочисленными индексами предпочтительности каждого из уровней в сопоставлении его со всеми прочими уровнями.
Помимо исходного различия вектора целей и вектора состояния в момент начала управления источниками ошибок управления реально являются: 1) алгоритмика выработки управляющего воздействия системой управления, которая в принципе не может гарантировать идеального управления с нулевыми компонентами вектора ошибки, 2) собственные шумы в замкнутой системе[266], 3) помехи извне, включающие в себя воздействие среды, а также и целенаправленные попытки перехвата управления со стороны иных субъектов.
Структура и соотношение информации, входящей в перечисленные вектора, характеризующие процесс управления, показаны на схеме рис. 6.5-1, приведённой ниже.
Если эту форму не удаётся заполнить метрологически состоятельной информацией, то это — показатель того, что задача управления не может быть даже поставлена, а не то, что решена.
Рис. 6.5-1. Структурирование информации, характеризующей процесс управления
Задача управления в своём существе — достичь целей, а равно — обнулить вектор ошибки управления.
Реально вектор ошибки не может быть сделан идеально нулевым как вследствие объективных причин, так и вследствие разного рода неточностей и запаздываний в процессе управления, которые обусловлены субъективными причинами в ходе организации управления. Соответственно этому обстоятельству реальное управление может протекать в одном из трёх режимов:
· Нормальное управление — в нём реально ненулевые значения компонент вектора ошибки управления оцениваются как вполне приемлемые (они могут при этом находиться в пределах погрешности измерений — в этом случае достигаются значения так называемого «технического нуля» либо могут считаться приближённо равными нулю[267]).
· Допустимое управление — в нём реально ненулевые значения компонент вектора ошибки находятся в пределах, признаваемых допустимыми, но допустимое управление по своим характеристикам хуже, чем нормальное.
· Аварийное управление — в нём те или иные компоненты вектора ошибки выходят за допустимые пределы, но катастрофа управления (необратимая потеря управления, повреждения, разрушение объекта управления или нанесение им ущерба элементам внешней среды) ещё не наступила. В режиме аварийного управления главной целью управления становится возвращение объекта хотя бы в режим допустимого управления.
Аварийное управление — один из тех случаев, в которых иерархическая упорядоченность компонент вектора целей и его состав могут изменяться в процессе управления, что влечёт за собой изменение и всей структуры информации в задаче управления.
Разграничение нормального и допустимого управления носит либо субъективно обусловленный характер, либо диктуется самой задачей управления.
Также надо понимать, что в силу субъективизма управленцев, формула взаимосвязи трёх названных векторов, приведённая на схеме рис. 6.5-1 («вектор целей» — «вектор состояния» = «вектор ошибки управления»), допускает обмен местами в ней «вектора целей» и «вектора ошибки управления»: т.е. возможны ситуации, в которых вектор состояния, который с точки зрения одного субъекта-управленца — ошибка управления, для другого — успешно достигнутая цель.
6.6. Качество управления и оптимальность
Вектор ошибки управления, кроме того, представляет собой основу для формирования оценки качества управления субъектом-управленцем.
Оценка качества управления не является самостоятельной категорией, поскольку на основе одного и того же вектора ошибки возможно построение множества оценок качества управления, далеко не всегда взаимозаменяемых. Это — частный случай построения оценок, какой вопрос был рассмотрен в разделе 1.3.
Если вектор ошибки может быть интерпретирован в форме числового алгебраического n-мерного вектора (столбец чисел), то в качестве его меры может выступать какая-либо из норм[268]вектора: например, евклидова норма, т.е. его «длина» — диагональ параллелепипеда, построенного на компонентах вектора в n-мерном пространстве с ортогональным базисом; либо значение первой его компоненты как обладающей наивысшим приоритетом значимости в процессе управления и т.п.
266
Замкнутая система — объект управления и система управления им, связанные друг с другом каналами обмена информацией.
267
Однако при этом надо помнить, что с точки зрения вычислительной математики два ЛЮБЫХ числа
268
Термин математики: см. линейную алгебру и математический анализ. Если не вдаваться в математические строгости, то норма вектора — его оценка одним числом на основе определённого правила пересчёта значений компонент вектора в значение нормы вектора.