связях. При положительных обратных связях управление помогает возмущению с момента его возникновения увести объект от положения идеального равновесия в сторону возмущения. Сам принцип отрицательных обратных связей по контрольным параметрам в теории и практике управления важен, но он — частность.
В векторе целей режима маневра изменяется хотя бы один из параметров. В реальном процессе устойчивого маневра вектор состояния в подпространствеконтрольных параметров отслеживает с некоторой ошибкой управления изменение вектора целей (содержащего только контрольные параметры). На свободные параметры, как и в случае балансировочного режима, ограничения не накладываются. Режим маневрирования, в котором производные по времени контрольных изменяющихся параметров постоянны (в пределах допустимой ошибки управления), называется установившимся маневром. Установившийся маневр сам является балансировочным режимом, из вектора целей которого исключены изменяющиеся в процессе маневра контрольные параметры.
Если идти от реально протекающего процесса управления и строить по предположению вектор целей субъекта, реально управляющего процессом (это называется “идентификация” вектора целей), то один и тот же режим можно интерпретировать в качестве балансировочного режима или устойчивого колебательного маневра, отнеся к вектору целей только параметры, колеблющиеся относительно средних значений и в зависимости от ограничений на ошибки управления; и в качестве режима маневра, отнеся к вектору целей хотя бы один из произвольно меняющихся параметров.
Точно также один и тот же режим можно воспринимать как устойчивый, исходя из одних ограничений на вектор ошибки; и как неустойчивый, исходя из более строгих ограничений на вектор ошибки; в этом предложении хорошо видно проявление возможности двоякого понимания устойчивости: по ограниченности и убыванию отклонений и по предсказуемости.
Простейший пример балансировочного режима — езда на автомобиле по прямой дороге с постоянной скоростью. Все стрелочки на приборной панели, кроме расхода бензина, подрагивают около установившихся положений; но рулем все же “шевелить” надо, поскольку неровности дороги, боковой ветер, разное давление в шинах, люфты в подвесках и рулевом приводе норовят увести автомобиль в сторону.
Маневры в свою очередь разделяются на слабые и сильные. Это разделение не отражает эффективности маневра. Понятие слабого маневра связано с балансировочными режимами. Перевод системы из одного балансировочного режима в другой балансировочный режим — это один из видов маневра. Некоторые замкнутые системы обладают таким свойством, что, если этот перевод осуществлять достаточно медленно, то вектор состояния системы в процессе маневра не будет сильно отличаться от вектора состояния в исходном и (или) конечном балансировочном режиме за исключением изменяющихся в ходе маневра контрольных параметров и некоторых свободных параметров, информационно связанных с контрольными.
Если на корабле положить руль на борт на 3 — 4 градуса, то он начнет описывать круг очень большого диаметра и произойдет изменение курса. Если это делается вне видимости берегов и в пасмурную погоду, то большинство пассажиров даже не заметят маневра изменения курса. Если же на полном ходу быстроходного корабля (узлов 25 — 30) резко положить руль на борт градусов на 20 — 30, то палуба в процессе перекладки руля дернется под ногами в сторону обратную направлению перекладки руля; потом начнется вполне ощутимое вестибулярным аппаратом человека изменение курса, сопровождающееся вполне видимым креном до 10 и более градусов. Хотя в обоих случаях изменение курса может быть одинаковым, гидродинамические характеристики корабля в первом случае слабого маневра не будут сильно отличаться от режима прямолинейного движения; во втором случае, когда корабль начнет входить в циркуляцию диаметром не более 4 — 5 длин корпуса, будет падать скорость хода и появится крен, общая картина обтекания корпуса и гидродинамические характеристики будут качественно отличаться от бывших при прямолинейном движении или слабых маневрах.
Разделение маневров на сильные и слабые в ряде случаев позволяет существенно упростить моделирование поведения замкнутой системы в процессе слабого маневрирования без потери качества результатов моделирования. Поскольку выбор меры качества всегда субъективен, то и разделение маневров на сильные и слабые определяется субъективизмом в оценке качества моделирования и управления. Но, если такое разделение возможно, то слабому маневру можно подыскать аналогичный ему (в ранее указанном смысле) балансировочный режим.
Для физически однокачественных процессов разделение маневров на сильные и слабые основано на моделировании в безразмерном времени. Поскольку понятие о времени и его измерение связано с выбором эталонной частоты, то в качестве эталонных частот могут быть взяты и собственные частоты колебаний объектов управления, замкнутых систем, процессов взаимодействия замкнутых систем и окружающей среды. Это приводит к понятию динамических подобных (частично или полностью) объектов, систем и процессов, для которых процессы (балансировочные режим и маневры), отнесенные ко времени, основанном на сходственных собственных частотах, в некотором смысле идентичны. Подробно это рассматривает теория подобия, являющаяся разделом многих частных отраслей знания. Некоторая идентичность связана с тем, что подобие может осуществляться на разных физических носителях информационных процессов (управления), разных уподоблениях друг другу параметров подобных систем.
Уподобление — обезразмеривание, лишение реальных физических и информационных параметров их размерности (метров, килограммов, секунд и т. п.) отнесением их к каким-либо значениям характеристик замкнутой системы и среды, обладающим той же размерностью (метрами, килограммам и т. п.). В результате появляются безразмерные единицы измерения сходственных в некотором смысле параметров у сравниваемых объектов, одинаково характерные для них. Это свойство общевселенской меры лежит в основе моделирования на одних физических носителях процессов, реально протекающих на других физических носителях (аналоговые вычислительные машины); и в основе информационного (чисто теоретического) моделирования, в котором важна информационная модель, а её физический носитель интереса вообще не представляет (любой алгоритм, предписывающий последовательность действий независим по существу от его материального носителя: бумага, дискета, древний ”Минск-32”, IBM-PC или суперкомпьютер, человек).
Анализ течения подобного моделирующего процесса может протекать в более высокочастотном диапазоне, чем течение реального подобного моделируемого процесса: это дает возможность заглянуть в будущие варианты развития моделируемого процесса, что является основой решения задач управления. Примеры такого рода моделирования — все аэродинамические и прочностные эксперименты и расчеты в авиации, судостроении и космонавтике. Моделирование высокочастотного процесса в низкочастотном диапазоне позволяет отследить причинно-следственные связи, которые обычно ускользают от наблюдателя при взгляде на скоротечный реальный процесс. Примером такого рода является скоростная и сверхскоростная киносъемка и замедленная (по сравнению с реальностью) проекция ленты, что позволяет решать многие технические и биологические (медицинские) проблемы.
Понятие сильных и слабых маневров для подобных объектов и замкнутых систем связано с различением маневров в безразмерных единицах времени. Подобными могут быть и физически разнокачественные процессы, например, описываемые одной и той же математической моделью. Но для физически однокачественных процессов, отличающихся размерными характеристиками, области реальных параметров сильных и слабых маневров будут различны. Об этом всегда необходимо помнить имея дело с реальными однокачественными замкнутыми системами, различающимися своими размерными характеристиками.
Маневры и
Замкнутая система может иметь один и более устойчивых балансировочных режимов, принадлежащих к счетному или несчетному множеству. Перевод замкнутой системы из одного балансировочного режима и другой — наиболее часто встречающийся вид маневра.
