Мёртвая вода. Часть 1

Допустим, что в какой-то момент времени вектор ошибки управления равен нулю. Но в какой-то момент времени, даже в тот же самый, замкнутая система будет подвергаться ненулевому возмущающему воздействию. Если бы в состав замкнутой системы входила идеальная система управления, то она формировала бы управляющий сигнал так, что управляющее воздействие в каждый момент времени в точности компенсировало бы возмущающее воздействие, вследствие чего вектор ошибки управления сохранял бы свое нулевое значение неограниченно долгое время.

Но в большинстве случаев возмущающее воздействие прямому измерению не поддается. Но даже если что-то и возможно измерить, то существует порог чувствительности средств измерения величин всех факторов, на основе информации о которых формируется управляющий сигнал. Информация при передаче искажается в некоторых пределах в самой системе. Системе управления требуется время на формирование и передачу управляющего сигнала. Средства управления также обладают ограниченным быстродействием. Сам объект управления обладает характеристиками инерции и ему необходимо время, чтобы отреагировать на возмущающее воздействие, в результате чего возмущенное его движение также успевает набрать инерцию и требуется более мощное управляющее воздействие, чтобы вернуть объект к исходному режиму; но объекту необходимо время и для реакции на управляющее воздействие. По этим причинам управляющее воздействие, соответствующее в некоторой мере вызвавшему его возмущающему воздействию, в программно-адаптивной схеме управления неизбежно запаздывает, даже если мощность средств управления достаточна, чтобы полностью компенсировать возмущающее воздействие. То есть всегда имеет место фазовый сдвиг между возмущающим воздействием и компенсирующим его управляющим. По этой причине объект всегда находится под возмущающим воздействием факторов, реально учитываемых системой управления, не говоря уж о воздействии неучитывамых факторов: неопознанных, признанных мало влияющими, оказавшихся ниже порогов чувствительности средств измерения и т.п. Таким образом  замкнутая система — колебательная система, преобразующая возмущающее воздействие в вектор ошибки управления. Потребность уменьшить вектор ошибки управления приводит к схеме “предиктор-корректор” — предуказатель-поправщик, предсказатель-поправщик. Смысл слова “предуказатель” объемлет смысл слова “пред­ска­затель”, но на Западе уже принят термин “предиктор-корректор”, однако не в общем смысле, а в ограниченном: в технике и вычислительной математике[32]. Поэтому мы, оговорив по-русски особенности нашего понимания — “предуказатель-поправщик”, а не “предсказатель-поправщик” — сохраняем уже прижившееся на Западе термин “предиктор-корректор”, однако расширив область его применения введением в контекст достаточно общей теории управления.

УПРАВЛЕНИЕ ПО СХЕМЕ ПРЕДИКТОР-КОРРЕКТОР

Оно строится на основе прогнозирования в самом процессе управления поведения замкнутой системы исходя из информации о текущем и прошлых состояниях замкнутой системы и воздействии на неё окружающей среды. Прогнозная информация подается на вход программно-адаптивного модуля системы управления. Вследствие этого система управления реагирует не только на уже свершившиеся отклонения замкнутой системы от идеального режима, но и на те, которые только имеют тенденцию к осуществлению (в случае, если прогнозирование достаточно точное). Если программно-адаптивное управление замыкает прямые и обратные связи через уже свершившееся прошлое, то в схеме предиктор-корректор некоторая часть прямых и обратных связей замыкается через прогнозируемоебудущее. Информация о свершившемся прошлом и о настоящем в схеме предиктор-корректор, кроме того,  используется как основа для минимизации (периодического обнуления) в процессе управления составляющей вектора ошибки, обусловленной накоплением с течением времени ошибок прогнозирования.

При сравнении программно-адаптивной схемы и предиктора-корректора на основе вектора состояния, используемого программно-адаптивной схемой, одному и тому же вектору состояния в схеме предиктор-корректор будут  соответствовать разные управляющие сигналы, поскольку в основе прогноза предиктора-корректора лежит вектор состояния большей размерности, чем в программно-адаптивной схеме. На основе информации, выходящей за пределы тождественной части векторов состояния, используемых в обеих схемах, предиктор-корректор будет получать разные прогнозы, что и отразится в несовпадении управляющих сигналов. То есть предиктор-корректор “умнее” и обеспечивает более гибкое, нешаблонное управление по сравнению с предыдущими схемами.