Поисковая система

Определение "Поисковая система" в Большой Советской Энциклопедии

Поисковая система управления (структурная схема)

Поисковая система управления, система автоматического управления, в которой управляющие воздействия методом поиска автоматически изменяются т. о., чтобы осуществлялось наилучшее (в каком-то смысле) управление объектом; при этом характеристики объекта или внешние возмущения могут изменяться неизвестным заранее образом. Принцип автоматического поиска лежит в основе действия самоприспосабливающихся систем. Поисковая система существенно отличаются от следящих систем и систем стабилизации без поиска (в т. ч. систем программного регулирования), в которых устраняется до допустимых пределов рассогласование между заданными значениями регулируемых параметров и их текущими или средними значениями путём воздействия на управляющие переменные x (t), зависящего от этого рассогласования; при этом требуется, чтобы отношение выходных параметров y (t) объекта управления к его входным параметрам x (t) не меняло знак:
 const.     (1)

Однако для множества различных объектов, технологических и др. процессов типично то, что их статические и динамические характеристики могут изменяться произвольно. Таковы, например, полёт самолёта, процессы горения, многие химические реакции и др. При этом часто, наряду с нарушением условия (1), между целевыми функциями (характеризующими цель управления) и входным воздействием имеется статическая взаимосвязь экстремального вида. В таких системах количество начальной информации об объекте недостаточно для достижения цели управления. Естественный путь восполнения недостающей информации - определение её в процессе работы.

Структурная схема Поисковая система показана на рис. Состояние объекта управления определяется управляющими воздействиями  = [x₁(t),..., x_m (t)], внешними возмущениями = [f₁(t),..., f_k (t)] и выходными параметрами  =  [y₁(t), …, y_n (t)]. В Поисковая система входят: устройство формирования цели управления (УЦ), устройство организации поиска (УП) и органы управления (ОУ). УЦ состоит из измерительного и вычислительного устройств и по показателям состояния объекта вырабатывает показатель цели управления [x (t)]. Функционал [x (t)] может изменяться и перенастраиваться в зависимости от переменных  = [u₁(t), …, u_i (t)]. УП включает устройства логического действия и зависимости от изменения [x (t)]; оно вырабатывает командные сигналы , необходимые для приближения системы к заданному значению показателя цели управления.

Поиск осуществляется следующим образом: на вход объекта подаются пробные воздействия и оценивается реакция на них объекта, проявляющаяся в виде изменения значения целевой функции (t); далее в УП определяются те воздействия, которые изменят показатель цели в нужную сторону; вслед за этим вырабатываются и подаются на вход объекта соответствующие сигналы, т. е. прикладываются рабочие воздействия. Затем на объект управления снова подаются поисковые воздействия и цикл повторяется.

Наиболее распространённые методы поиска: метод Гаусса - Зейделя, при котором последовательно отыскивается экстремум выхода по 1-й, 2-й,..., m-й координате входного воздействия; метод градиента, состоящий в том, что новое входное воздействие получается из предыдущего в результате движения системы по градиенту выходного функционала; метод случайного поиска, при котором используются пробные смещения в случайных направлениях; метод стохастической аппроксимации, состоящий в последовательном приближении к экстремуму с учётом результатов предыдущих поисковых шагов, с постепенным уменьшением размера шага.

В первых Поисковая система требовалось отыскивать и поддерживать управляющие воздействия, обеспечивающие наибольшие или наименьшие (экстремальные) значения целевой функции (например, наибольшую дальность полёта самолёта, наибольший кпд устройства, наибольшую температуру в топке, наименьшую стоимость продукции и т.д.). Такие Поисковая система называются системами экстремального регулирования (СЭР) или экстремальными системами. Идея экстремального регулирования как нового направления в развитии систем автоматического управления впервые была выдвинута в СССР (В. В. Казакевич, 1944). Главное преимущество экстремальных систем состоит в том, что они не требуют значительной начальной информации об управляемом объекте, а также высокой точности измерительной аппаратуры, дающей текущую информацию об объекте, - эта аппаратура должна лишь иметь чувствительность, достаточную для характеристики тенденции (направления) изменения контролируемых параметров.

Часто Поисковая система используется совместно с моделью объекта (см. Моделирование). В этом случае оптимальное значения параметров объекта выбираются методом поиска не на самом объекте, а на его модели. Затем значения этих параметров устанавливаются на объекте. Подобные системы применяют, например, для автоматического управления самолётом (автопилот).
Поисковая система применяют также для стабилизации регулируемого параметра. Это необходимо в том случае, когда нарушается условие (1). При этом целевая функция может иметь вид
 или ,

( - заданное значение выходного параметра), причём Поисковая система должна отыскивать минимум (t).
 

  Лит.: Казакевич В. В., Об экстремальном регулировании, в сборнике: Автоматическое управление и вычислительная техника, в. 6, М., 1964; Фельдбаум А. А., Вычислительные устройства в автоматических системах, М,, 1959; Красовский А. А., Динамика непрерывных самонастраивающнхся систем, М., 1963; Первозванский А. А., Поиск, М., 1970; Растригин Л. А., Системы экстремального управления, М., 1974.
  В. В. Казакевич.