Teoría de control
La teoría de control es la ciencia de los principios y métodos de gestión de varios sistemas, procesos y objetos.
La base teórica de la teoría del control es la cibernética y la teoría de la información .
La esencia de la teoría de control es construir, con base en el análisis de un sistema, proceso u objeto dado, un modelo tan abstracto que le permita obtener un algoritmo para administrarlos en dinámica, para lograr el estado requerido por los objetivos de control por el sistema, proceso u objeto.
La teoría de la gestión, como cualquier otra ciencia, tiene su propio tema, función, metas, objetivos y métodos . Al mismo tiempo, los métodos de la teoría del control son bastante diferentes según el campo de aplicación: en cibernética, matemáticas aplicadas, programación informática , sociología , ciencias políticas , jurisprudencia , economía [1] .
La teoría de control es una teoría en desarrollo, especialmente desde las últimas décadas del siglo XX, cuando sus principios resultaron útiles para resolver problemas de modelado por computadora de varios sistemas, procesos y objetos, lo que permite aumentar significativamente las posibilidades de automatización. trabajo humano [2] .
Historia
El primer dispositivo autónomo fue construido por Ctesibio de Alejandría (alrededor del 250 a. C. ). Su reloj de agua usaba un sifón para regular el flujo de agua. Antes de esta invención, se creía que solo los seres vivos podían modificar su comportamiento en respuesta a los cambios en el medio ambiente.
El siguiente paso en el desarrollo de sistemas de control de retroalimentación autoajustables fue el termostato de Cornelius Drebbel (1572-1633) y el gobernador centrífugo de la máquina de vapor de James Watt (1736-1819).
La teoría matemática de los sistemas de retroalimentación estables se desarrolló en el siglo XIX .
En relación con el desarrollo de las máquinas de vapor, se requerían reguladores que pudieran mantener automáticamente su estado estable de funcionamiento. La universalidad de los métodos matemáticos obtenidos en esta teoría la ha trasladado al campo de las ciencias que se ocupan del estudio de objetos matemáticos abstractos, y no de sus implementaciones técnicas específicas.
Alexander Mikhailovich Lyapunov , el autor de la teoría clásica de la estabilidad del movimiento (1892) [3] , puede ser considerado el fundador de la " teoría del control matemático " .
Definición y objetivos
La cibernética ha establecido que el control es inherente solo a los objetos del sistema . Se caracterizan por una disminución de la entropía , un enfoque en la racionalización del sistema.
El proceso de gestión se puede dividir en varias etapas:
- Recogida y tratamiento de la información.
- Análisis, sistematización, síntesis.
- Estableciendo metas sobre esta base. Elección del método de control, previsión.
- Implementación del método de gestión seleccionado.
- Evaluación de la eficacia del método de gestión seleccionado ( retroalimentación ).
El objetivo último de la teoría del control es la universalización, lo que significa consistencia, optimización y la mayor eficiencia del funcionamiento de los sistemas.
Métodos de gestión
Los métodos de control considerados por la teoría de control de sistemas técnicos y otros objetos se basan en tres principios fundamentales:
- El principio de control abierto (software),
- Principio de compensación (control de perturbaciones): dichos sistemas de control se utilizan para una gama limitada de cambios en el entorno externo, dependiendo de la integridad de la información sobre el entorno externo, los sistemas de control de perturbaciones pueden tener una propiedad importante: el control por perturbaciones con información completa proporciona compensación completa por los efectos del ambiente externo. Los sistemas en los que se logra la compensación total se denominan invariantes . En ellos, la acción de control ingresa al objeto de control simultáneamente con la influencia del ambiente externo, neutralizándolo. Sin embargo, es difícil prever todas las perturbaciones posibles en sistemas abiertos. Además, las relaciones funcionales entre las acciones de perturbación y control pueden ser desconocidas. Por lo tanto, el control de perturbaciones con información incompleta conduce a la acumulación de errores.
- Principio de retroalimentación.
La gestión se puede dividir en dos tipos:
- espontáneo: el impacto se produce como resultado de la interacción de los sujetos (gestión sinérgica);
- consciente: impacto sistemático del objeto (control jerárquico).
En la gestión jerárquica, el propósito del funcionamiento del sistema lo establece su supersistema.
Ejemplos de prácticas de gestión modernas :
- control no lineal
- teoría de la catástrofe
- control adaptativo
- Construcción de controladores robustos óptimos
- Métodos de juego en la gestión.
- control inteligente
Implementación del método de gestión seleccionado
Cuando se introduce algo nuevo, siempre hay una predisposición a que surja una situación revolucionaria, cuando "los de arriba no pueden manejarse de una manera nueva y los de abajo no quieren vivir de la manera antigua". Por lo tanto, también debería desarrollarse un algoritmo para el proceso de transición, que garantizaría una transición libre de conflictos de los sistemas a un nuevo tipo de funcionamiento para ellos.
La implementación del algoritmo de control deseado depende de la elección de la estructura del controlador, por lo que el algoritmo de control se denomina ley de control. Por el momento, ya se ha desarrollado un número relativamente pequeño de leyes reglamentarias estándar.
En la práctica de la automatización de procesos productivos se utilizan reguladores con leyes de control unificadas lineales. [4] [5] Las más famosas y aplicadas son las siguientes leyes de regulación:
- Reguladores Integrales (I-regulators)
- Controladores proporcionales (controladores P)
- Reguladores diferenciales (reguladores D)
- Controlador proporcional-integral (PI)
- Controlador proporcional-derivativo (PD)
- Controlador proporcional-integral-derivativo (PID) [6]
Optimización ASR
Uno de los pasos más importantes en el desarrollo de un sistema de control después de elegir un controlador es encontrar los parámetros óptimos para su configuración. Esta tarea se denomina optimización ACP. El propósito de tal tarea es seleccionar dichos parámetros del controlador, en los que todas las desviaciones de la variable controlada del valor establecido serían mínimas.
En el caso ideal, para una perturbación escalonada a lo largo del canal de control, este es el mismo cambio escalonado en la variable controlada; para cualquier perturbación en el canal de control, no debe haber ninguna desviación del valor controlado.
Sin embargo, las propiedades inerciales del objeto de regulación y del propio regulador limitan las posibilidades de este último. Debido a la introducción extemporánea de la acción regulatoria, se observan los límites determinados objetivamente para un objeto particular de regulación: la desviación mínima del valor regulado, menos de lo que el regulador no puede proporcionar.
De esto se deduce que la tarea de la optimización es encontrar los parámetros del controlador que proporcionen la máxima aproximación de la desviación de la variable controlada al mínimo límite, y esta desviación mínima se desconoce antes de la optimización.
La complejidad y laboriosidad de la optimización de ACP depende principalmente de la ley de control y la cantidad de parámetros de ajuste requeridos. Para los controladores P e I, el problema de optimización dinámica es de un parámetro, para los controladores PI es de dos parámetros y para el controlador PID es de tres parámetros.
En cualquier caso, es de esperar que un aumento en el número de parámetros del controlador esté encaminado a mejorar la calidad de su funcionamiento. [7]
Clasificación
Existen los siguientes enfoques más generales de la teoría del control:
- El enfoque de proceso se basa en la idea de la existencia de algunas funciones de control universales.
- El enfoque del proyecto se basa en la idea de gestionar los cambios desde el estado inicial hasta el estado objetivo a través de la gestión de actividades unidas por la meta.
- El enfoque de sistemas se ha desarrollado sobre la base de la teoría general de los sistemas: un sistema es una especie de integridad, que consta de subsistemas interdependientes, cada uno de los cuales contribuye al funcionamiento del conjunto.
- El enfoque situacional considera a toda organización como un sistema abierto que interactúa constantemente con el entorno externo, por lo tanto, las principales razones de lo que sucede dentro de la organización deben buscarse fuera de ella, es decir, en la situación en la que realmente funciona.
- El enfoque universal se ha desarrollado sobre la base de la escuela científica de la universología, la teoría del control universal, la teoría de los procesos transitorios, la teoría de la relatividad de la conciencia y considera cualquier sistema en el conjunto de sus conexiones verticales y horizontales. Por otro lado, en el boletín “ En Defensa de la Ciencia ”, publicado por la Comisión para Combatir la Pseudociencia y la Falsificación de la Investigación Científica bajo el Presidium de la Academia Rusa de Ciencias , se caracteriza a la universología como pseudociencia [8] .
- Un enfoque de sustrato basado en la optimización estructural de la estrategia y decisiones tomadas mediante la identificación de sustratos (puntos clave de optimización) en clases significativas del contexto de información de la situación de gestión. El proceso de construcción de una estrategia óptima de sustrato estructural se llama optimización estructural .
Véase también
Notas
- ↑ Kornienko E. V., Shindina L. D. Introducción // Teoría del control: Libro de texto . - Taganrog: Idatel S. A. Stupin, 2015. - Pág. 5-7. — 170 s. Archivado el 5 de abril de 2022 en Wayback Machine .
- ↑ Emelyanov S. V., Ilyin A. V., Korovin S. K., Fomichev V. V., Fursov A. S. Prefacio // Métodos matemáticos de la teoría del control. Problemas de estabilidad, controlabilidad y observabilidad . - Moscú: Fizmatlit, 2014. - P. 5-6. — 200 s. - ISBN 978-5-9221-1544-5 . Archivado el 5 de abril de 2022 en Wayback Machine .
- ↑ V. M. Matrosov, A. I. Malikov Desarrollo de las ideas de A. M. Lyapunov durante 100 años: 1892-1992 ( PDF )
- ↑ Belyav G. B. Medios técnicos de automatización en ingeniería de energía térmica / G. B. Belyaev, V. F. Kuzishchin, N. I. Smirnov M.: Energoizdat, 1982-320 p.
- ↑ Panko M. A. Control automatizado de objetos de ingeniería térmica. Ingeniería de energía térmica industrial e ingeniería térmica: un Manual /M. A. Panko, E. P. Stephanie; bajo total edición V. A. Grigorieva, V. M. Zorina. M.: Energoatomizdat, 1991. - 624 p.
- ↑ Rotach V. Ya. Teoría del control automático / V. I. Rotach. M .: Editorial MPEI, 2004 - 400s
- ↑ Stephanie E.P. Fundamentos del cálculo del ajuste de reguladores de procesos de calor y energía /E. P. Stefani, M., 1982. - 325 p.
- ↑ Sergeev, A. G. Sinécdoque de la respuesta o defensa homeopática // En defensa de la ciencia . - 2017. - Nº 19. - Pág. 90.
... hay docenas de pseudociencias verdaderas, como la astrología y la quiromancia, la percepción extrasensorial y la parapsicología, la criptobiología y la bioenergética, la biorresonancia y la iridología, el creacionismo y la telegonía, la ufología y la paleoastronáutica, la eniología y la dianética, la numerología y la socionica, la fisonomía y la grafología, la infología y universología , radiestesia y contacto, pruebas dermatoglíficas y zonas geopatógenas, geopolítica y conspiración lunar, teorías del éter y campos de torsión, memoria del agua y genética de ondas
Literatura
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- Vikhansky O. S., Naumov A. I. Gestión: Libro de texto. 1998.
- Gerchikova I. N. Gestión: Libro de texto. M, 2001.
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- Knorring V. I. Teoría, práctica y arte de la gestión. Libro de texto para escuelas secundarias. M, 1999.
- Gestión: Libro de texto para universidades / Ed. M. M. Maksimtsova, A. V. Ignatieva . M, 2001.
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- Miroshnik I. V., Nikiforov, V. O., Fradkov A. L. Control no lineal y adaptativo de sistemas dinámicos complejos. - San Petersburgo. : Nauka, 2000. - 548 p. — (Ser.: Análisis y síntesis de sistemas no lineales). ISBN 5-02-024872-X
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- Novikov D. A. Teoría de la gestión de los sistemas organizacionales. 2ª ed. — M.: Fizmatlit , 2007. — 584 p. ISBN 5-89502-766-0
- Rumyantsev A.A. Gestión eficaz: toma de decisiones informadas y óptimas, inteligencia y lógica. - LLC "Contraste", Kramatorsk, 2003. - S. 32.
- Filosofía de la gestión de una sociedad, provincia, firme en aspectos etnoculturales y reformatorios en la teoría y metodología del enfoque del sustrato / Otv. edición A. A. Gagaev, A. A. Rumyantsev. — Saransk, 2009. - S. 79, 324, 340, 366. - 696 p. - 150 copias. - ISBN 978-5-98344-094-4 .
- Nurov K. I. Teoría general del control. — Almaty.: Aspandau, 2016—460 p. ISBN 978-601-8021-33-6
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