топлива ими достигнута нужная точность, и таким образом найден способ управления, обеспечивающий выполнение основного задания — стыковку с орбитальной станцией.
Конечно, описанный метод отыскания компромисса не всегда может быть использован. Он хорош лишь в том случае, если затраты горючего на коррекцию малы по сравнению с затратами на реализацию основной программы, то есть на вывод корабля на орбиту.
Тем не менее область применения Программного метода чрезвычайно широка и все время расширяется по мере усложнения технических систем. Схема его может быть изображена в виде следующей цепочки процедур:
формирование цели — расчет программы — построение механизма обратной связи.
Дальнейшее развитие метода
Итак, Программный метод в той форме, в какой мы его представили, пригоден тогда, когда случайные неконтролируемые факторы, когда «помехи» не очень существенны и преодоление их требует относительно небольшой затраты ресурсов. Но бывает, что необходимо создавать системы управления, работающие в условиях, когда «помехи» эти становятся очень большими. Пример тому — система управления водохранилищами.
Запасы воды в водохранилищах, как правило, зависят лишь от зимних снегопадов, и в конце апреля инженеры-гидрологи, отвечающие за ее использование, довольно точно знают тот ресурс, которым они могут распоряжаться. А вот потребности в воде они заранее знать не могут и не могут их рассчитать, так как они в сельском хозяйстве зависят от того, сколько выпадет осадков, сколько будет солнечных дней и прочих погодных факторов, величины которых варьируют в самых широких пределах. И, несмотря на подобную неопределенность, перед инженерами стоит задача создать такую систему управления, которая обеспечивала бы по возможности более высокий урожай на поливных землях.
Здесь также можно задать некоторый погодный сценарий и решить задачу оптимального управления — найти такое распределение воды из водохранилища, которое при погодных условиях, предполагаемых сценарием, обеспечивало бы максимальный урожай.
Для этого нам понадобятся модели роста растений (они сегодня существуют), и, проведя с их помощью расчеты, можно установить, сколько и в какие сроки надо подавать воды на поля, то есть можно построить своеобразную программную траекторию. Но можно ли ее принять в качестве основы управления? Ведь при управлении ракетой мы принимали программную траекторию, зная, что все неконтролируемые факторы будут относительно малыми и наш космический аппарат при автоматической коррекции будет стремиться идти вдоль этой траектории и достигнет цели. А при том уровне неопределенности, который имеет место в сельскохозяйственном производстве, может ли вообще существовать такая программная траектория? Имеет ли смысл стараться строить систему коррекции так, чтобы придерживаться той траектории, которая определена нашей программой? Может быть, лучше, исходя из реальной погодной ситуации и состояния посевов, заново составить план перераспределения водных и других ресурсов, находящихся в распоряжении управляющего? То есть составить новый сценарий, используя новый прогноз погоды, более точный, более реалистичный, чем первоначальный?
Таким образом, мы приходим к новой схеме управления — новому варианту процедур Программного метода. Сначала, по первоначальному прогнозу погоды строится первая программа использования воды так, будто погодные условия до конца сезона будут такими, какими мы их заложили в расчет, но следуем этой программе лишь в течение небольшого отрезка времени — недели или декады. Затем на основании новой информации составляется новый прогноз погоды и строится новая программа и т. д. Таким образом, все управление строится по одному типу и сводится к последовательному расчету оптимальной программы, систематическому сбору новой информации, построению нового прогноза и составлению нового сценария, новой программы.
Эта процедура позволяет по-иному организовать управление на основе принципа обратной связи. Здесь обратная связь реализуется с помощью многократного повторения расчета программной траектории на основе новой информации о погодных условиях и состоянии посевов.
Подобный метод управления (организации обратной связи) часто называют «методом водохранилища», поскольку он впервые описан именно для систем водопользования в сельском хозяйстве. Но нашел он широкое применение и в экономике, где получил название «метода скользящего плана». Однако гораздо раньше ирригаторов он применялся навигаторами парусных судов, в распоряжении которых были только компас для определения стран света, секстант для определения своей широты и хронометр для определения долготы. Предположим, корабль покидает Гибралтар, с тем чтобы пересечь океан и достигнуть какого-либо порта в Америке, например Гаваны. Капитан (или штурман), зная вероятностный характер ветров и течений, прокладывает курс — по нашей терминологии, он рассчитывает программную траекторию — и следует ему.
Но течения и ветры оказались несколько отличными от расчетных, и корабль сносит в сторону от намеченного курса. Утром штурман снова определяет положение своего корабля и, учитывая новую информацию о ветрах и течениях, прокладывает новый курс (строит новую программу), а не возвращается на старый маршрут.
По существу, это та же схема «метода скользящего плана», но здесь есть одна особенность, на которую хотелось бы обратить внимание. В такой системе управления имеется еще один важный элемент — рулевой.
Помимо течений и ветра, на корабль действуют волны, также сбивая корабль с курса. Рулевой, которому задан курс, все время «организует» обратную связь, удерживая корабль на заданном курсе (в последние десятилетия на судах устанавливается авторулевой — аналог самолетного автопилота, — выполняющий функцию рулевого).
Изложенный способ управления можно было бы назвать методом последовательных целей — (или методом последовательного прицеливания). В самом деле, штурман каждое утро определяет свое местоположение и, прокладывая курс, нацеливает корабль на порт прибытия. А в промежутке это делает рулевой (авторулевой), выдерживая направление.
И еще одно замечание. Изложенный вариант Программного метода управления кораблем использует две петли обратной связи. «Верхняя» реализуется изменением программ, программной траектории, в которой компенсируются медленно изменяющиеся «длительные» помехи. Выбор новой цели, новой программы производится штурманом. «Нижняя» петля обратной связи компенсирует постоянно возникающие «мелкие», или короткопериодические, помехи; за это дело ответствен рулевой (авторулевой).
Обычно чем сложнее система, тем большее количество петель обратной связи необходимо для ее стабилизации, для обеспечения необходимого уровня ее эффективности.
Мы рассказали о Программном методе управления системами, и хотелось бы, чтобы у читателя возникло ощущение того, что техника сегодня уже располагает целым арсеналом идей и средств, обеспечивающих управление в условиях, когда внешняя обстановка не может нами полностью контролироваться. Программный метод — это очень рациональный и гибкий способ управления системами в условиях, когда им приходится «работать» при неизвестной и изменяющейся внешней обстановке. И идеи адаптации, идеи этого метода являются сегодня стержнем ТТУ.
Пока мы говорили только об управлении такими объектами, для которых цель ставится извне и точно формулируется. Но, оказывается, существуют системы, где цели возникают внутри самой системы и где возможности назначать цель заложены в организации обратной связи. Это системы общественной природы, о которых мы будем говорить позже.
Глава IV
