Глава II. Классические динамические системы. Опасные и безопасные состояния
В данной главе рассматриваются фрагменты теоретических основ построения областей опасных и безопасных состояний, необходимых для расчета вероятностей риска и безопасности Р = (Р1, Р2, Р3, Р4) классических динамических систем, наделенных информационно-энергетическим потенциалом. Функциональные свойства подсистем структуры таких систем неизменны во времени и пространстве так же, как и целевые возможности системы в целом.
2.1. Классификация динамических систем. Вводные понятия
В качестве примеров, поясняющих суть дальнейших рассуждений, рассмотрим следующие системы.
1. Интеллектуальная система эгосферы управляет интеллектуальным потенциалом, ее деятельность направлена на изменение внутренних функциональных свойств подсистем единой системы – эгосферы.
2. Человек как динамическая система создает внутренние и внешние процессы в виде интеллектуальных и материальных объектов.
Введем следующие динамические системы на качественном уровне, положим в основу классификации такие рассмотренные в первой главе понятия, как функциональные свойства, структура, структурно-функциональные свойства.
Функциональные динамические системы – это такие системы, деятельность которых направлена на самосовершенствование – эволюционное развитие своего внутреннего потенциала [42].
Структурные или классические динамические системы наделены неизменными целевыми функциями при неизменных функциональных свойствах подсистем структуры, реализующих заданные цели [36].
Структурно-функциональные или суперклассические динамические системы реализуют комплексную деятельность, в процессе которой реализуется функциональное саморазвитие подсистем структуры, а также развитие динамических систем иерархии.
Введенные динамические системы, обладая различными потенциалами, реализуют различные уровни целедостижения.
Функциональные динамические системы, например эгосфера [26], осуществляют саморазвитие посредством энергетического потенциала, создаваемого системой, преобразуя энергию внешней среды.
Структурные динамические системы в процессе функционирования реализуют информационно-энергетический потенциал, заложенный в них согласно программам, неизменным во времени.
Структурно-функциональные динамические системы осуществляют свое целевое назначение путем саморазвития и реализации интеллектуально-энергетического потенциала согласно программам, заложенным в них при создании.
С учетом сказанного, структурные системы будем называть информационно-энергетическими, а структурно-функциональные – интеллектуально-энергетическими. Первые будем относить к классическим динамическим системам, вторые – к суперклассическим, учитывая, что последние создают первые.
Классические динамические системы [36].
В процессе эволюции теоретико-математических знаний о динамических системах введены несколько классов динамических систем, включающих:
«Классические динамические системы», исследованные Немыцким и Степановым (публикация 1949 г.).
Классические динамические системы включают:
«Динамические полусистемы», исследованные Бушау (1963 г.), Халкиным (1964 г.), в которых обобщено классическое определение динамических систем путем введения (рассмотрения) различных входных воздействий или внешних факторов W.
«Динамические системы и автоматы» в единстве, принадлежащие одному классу объектов, когда определение системы или машины включает входные воздействия и выходные величины. Создатели этого направления теоретических знаний: Задэ, Дезоер (1963 г.); Арбиб (1965); Вейес, Калман (1965 г.); Уаймор (1967 г.); Уиндекнехт (1967 г.).
Отметим особенности структурных динамических систем, у которых функциональные свойства неизменны.
Теория структурных динамических систем, которым посвящена работа [36], создана для динамических систем, в общем случае обладающих функциональными свойствами, которые либо неизменны во времени и пространстве, либо изменяются под воздействием внешних факторов W, в общем случае случайных. При этом структурные свойства системы исследуются в работе [36], где сказано: «Заметим, что одного знания текущего значения входного воздействия u(t) может оказаться недостаточным для предсказания выходной величины y(t). Предыдущие входные воздействия, подававшиеся на систему, могли изменить структуру Σ (например, из-за накопления энергии в первом приведенном примере или из-за срабатывания некоторого внутреннего переключателя во втором) настолько, что это приведет к изменению выходной величины. Другими словами, в общем случае значение выходной величины системы Σ зависит как от текущего значения входного воздействия, так и от предыстории этого воздействия. Лучше всего было бы не делать специальных различий между текущим и предшествующим входным воздействием системы. Поэтому мы будем говорить, что текущее значение выходной величины системы Σ зависит от состояния системы Σ, и определим чисто интуитивно текущее состояние системы Σ как такую часть настоящего и прошлого системы Σ, которая необходима для определения настоящих и будущих значений выходной величины. Другими словами, мы рассматриваем состояние системы Σ как некоторую (внутреннюю) характеристику системы Σ, значение которой в настоящий момент времени определяет текущее значение выходной величины и оказывает влияние на ее будущее. И если рассуждать совсем упрощенно, то состояние можно рассматривать как своего рода хранилище информации, или запоминающее устройство, или накопитель прецедентов. При этом нам нужно, конечно, потребовать, чтобы множество внутренних состояний системы Σ было достаточно богатым для того, чтобы вместить всю информацию о предыстории системы Σ, необходимой для предсказания влияния прошлого на будущее. Однако мы не станем требовать, чтобы состояние содержало лишь минимум такой информации, хотя, конечно, подобное требование является удобным упрощающим предположением».
Для того чтобы заслужить название «динамической», система Σ должна обладать еще одним свойством. Знание состояния x(t1) и отрезка входного воздействия ω = ω(t1, t2] должно быть необходимым и достаточным условием, позволяющим определить состояние x(t2) = φ(t2; t1, x(t1), ω) каждый раз, когда t1 < t2. Заметим, что в связи с этим придется потребовать, чтобы множество моментов времени Т было упорядоченным, т. е. чтобы в нем было определено направление времени. Обычно упорядоченность множества Т выбирается так, чтобы прошлое предшествовало будущему. Заметим также, что введенное понятие «динамической» системы, грубо говоря, совпадает с понятием «причинной» системы в том смысле, что прошлое влияет на будущее, но не наоборот. Короче говоря, математическое понятие динамической системы служит для описания потока причинно-следственных связей из прошлого в будущее.
Внутренние свойства классической динамической системы отображаются функциями φ и η. Первая функция отображает итоговые свойства на структурном или системном уровне, и, как правило, эти свойства неизменные. Вторая функция описывает процесс наблюдения в виде y(t) = η(t, x(t)) выходных координат х(t) состояния, которая формируется переходной функцией состояния φ вида: x(t) = φ(t; t0, x(t0), ω) X.
Здесь внешнее взаимодействие динамической системы со средой характеризуется функциями ω, γ:
– множество допустимых входных воздействий Ω = {ω: T → U}, где U – множество значений входных воздействий, каждый элемент которого есть u(t) (управление);
– множество выходных (наблюдаемых) величин Г = {γ : T → Y}, где η : T × X → Y; y(t) Y; y(t) = η(t, x(t)); отображение η есть сужение некоторого γ Г на (τ, t].
Согласно сказанному, можно уточнить, что есть управление и как оно реализуется.
Если x(t2) = φ(t2; t1, x(t1), ω), то х(t1) и отрезок входного воздействия ω = ω(t1, t2), включающего входное воздействие U(t), где t [t1, t2], выступают в качестве управлений, когда ω Ω – узкому классу функций.
Таким образом, структурные динамические системы изменяют свое состояние в нужном направлении посредством функции U(t), которая либо задана, либо вводится в систему посредством внешних команд. Так вводится классическая динамическая система. Более подробное изложение можно найти в работе [36].
Суперклассические динамические системы
Структурно-функциональные или суперклассические динамические системы характеризуются наличием: входных воздействий, выходных величин, функциональных свойств подсистем структуры. Таким системам свойственно самообеспечение безопасности движения и эффективности функционирования, реализуемое в подсистемах: стратегического, тактического, оперативного контроля, включая подсистему целеконтроля.
Конец ознакомительного фрагмента.