Ситуационный подход в создании математической модели интеллектуального здания

УДК 681.51.015: [69: 519.711.3]

О.А. Иванникова

СИТУАЦИОННЫЙ ПОДХОД В СОЗДАНИИ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО ЗДАНИЯ

Рассматривается возможность применения ситуационного подхода для создания математической модели интеллектуального здания. Приведены

общие схемы управления объектом при традиционном подходе к системе автоматического управления, а также с учетом принципов ситуационного управления. Указаны основные свойства

интеллектуального здания как

нетрадиционного объекта управления. Поставлена задача

ситуационного управления и приведена схема ее решения. Сделаны выводы

о целесообразности применения данного метода наряду с другими методами управления.

Математическая модель, ситуационное управление, идентификация объекта, интеллектуальное здание

О.А. Ivannikova

THE SITUATIONAL APPROACH IN CREATION OF MATHEMATICAL MODEL OF AN INTELLECTUAL BUILDING

Possibility of application of the situational approach for creation of mathematical model of an intellectual building is considered. The general schemes of management are resulted by object at the traditional approach in automatic control system, and also taking into account principles of situational management. The basic properties of an intellectual building as nonconventional object of management are specified. The task in view of situational management also is resulted the scheme of its decision. Conclusions are drawn on expediency of application of the given method along with other management methods.

Mathematical model, situational management, object identification, intellectual building

Построение математической модели интеллектуального здания с распределенными параметрами позволяет оценить степень влияния этих параметров как на объект управления в целом, так и на отдельные составляющие его подсистемы, а также определить качественный и количественный состав этих параметров и их значений в разных точках объекта и моментах времени.

Проблема описания интеллектуального здания как уникального объекта управления состоит в учете в этом описании не только его специфической структуры и функционирования, но и поведения людей, возможности эволюции объекта во времени. Поэтому именно применение ситуационного подхода в создании математической модели

интеллектуального здания дает возможность описывать на едином языке как объект управления и его функционирование, так и процедуру управления им.

Рассмотрим постановку задачи управления сложными объектами [1 - 2]:

1. Будем называть текущей ситуацией на объекте управления совокупность всех сведений о структуре объекта управления и его функционировании в данный момент времени и обозначать текущую ситуацию через Qj, где ] - отличительный номер

ситуации.

2. Будем называть полной ситуацией на объекте управления совокупность, состоящую из текущей ситуации, знаний о состоянии системы управления в данный момент и знаний о технологии управления, и обозначать текущую ситуацию через Б,, где

і - отличительный номер ситуации.

3. Пусть в распоряжении системы управления имеется п различных способов воздействия на объект управления - одношаговых решений. Каждое такое решение будем обозначать как ик, где к - есть отличительный номер воздействия.

Таким образом, элементарный акт управления можно представить в следующем

виде:

Данное преобразование называется корреляционным правилом, согласно которому, если на объекте управления сложилась ситуация Q] и состояние системы управления и

технологическая схема управления, определяемые Б,, допускают использование воздействия ик, то оно применяется, и текущая ситуация Q] превращается в новую ситуацию Ql. Полный список таких правил задает возможность системы управления воздействовать на процессы, протекающие на объекте [1, 2].

Очевидно, что в силу конечности числа различных воздействий все множество возможных полных ситуаций распадается на п классов, каждому из которых будет соответствовать одно из возможных воздействий на объект управления, т.е. возникают процедуры классификации, которые позволяют классифицировать полные ситуации так, чтобы из них можно образовать столько классов, сколько различных одношаговых решений есть в распоряжении системы управления. Если для некоторых полных ситуаций невозможно

в силу не слишком хорошего знания как объекта, так и влияния воздействия на него, указать единственное одношаговое решение, то можно включить эту ситуацию в несколько классов.

Однако из-за такого пересечения классов возникает задача выбора того или иного решения из числа возможных для данной полной ситуации. Для осуществления

подобного выбора существуют

процедуры экстраполяции последствий принятия определенного решения. С их помощью можно на основании знаний об объекте управления и его функционировании заранее оценить результаты применения выбранного воздействия и сравнить полученные прогнозы для всех возможных для данной полной ситуации воздействий.

Таким образом, с учетом применения данных процедур общая схема решения задачи управления имеет вид, приведенный на рисунке.

Общая схема решения задачи ситуационного управления

Описание текущей ситуации, сложившейся на объекте управления, дается на вход Анализатора. Его задача состоит в оценке сообщения и определения необходимости вмешательства системы управления в процесс, протекающий в объекте управления. Если текущая ситуация не требует такого вмешательства, то Анализатор не передает ее на дальнейшую обработку. В противном случае описание текущей ситуации поступает в Классификатор. Используя информацию, хранящуюся в нем, Классификатор относит текущую ситуацию к одному или нескольким классам, которым соответствуют одношаговые решения. Эта информация передается в Коррелятор, в котором хранятся корреляционные правила. Коррелятор определяет то правило, которое должно быть использовано. Если такое правило единственное, то оно выдается для исполнения. Если таких правил несколько, то выбор лучшего из них производится после обработки предварительных решений в Экстраполяторе, после этого Коррелятор выдает решение о воздействии на объект. Если Коррелятор или Классификатор не могут принять решение по поступившему описанию текущей ситуации, то срабатывает Блок случайного выбора и выбирается одно из воздействий, оказывающих не слишком большое влияние на объект, или система отказывается от какого-либо воздействия на объект. Это свидетельствует о том, что система управления не располагает необходимой информацией о поведении в данной ситуации [1, 2].

Фактически из-за сложности интеллектуального здания как объекта управления, исходные данные о нем и способах управления им не будут достаточно полными. Поэтому система управления таким объектом должна быть открытой. Она должна иметь возможность корректировать свои знания об объекте и методах управления им. В работе такой системы управления имеется два этапа: этап обучения и настройки и этап работы. В начальный период, когда система управления интеллектуальным зданием только создается, собираются многочисленные сведения от технологов, инженеров, хорошо знающих объект управления. С их помощью формируются классы ситуаций и корреляционные правила. Они определяют целесообразность использования определенных воздействий на объект управления в заданной ситуации. При этом мнения экспертов могут не совпадать, что приводит к попаданию ситуации в различные классы по управлению. С помощью экспертов формируются и процедуры экстраполяции, способы оценки ситуаций, исходящие из желаемого функционирования объекта управления. Это означает, что на первом этапе в проект системы закладывается значительное количество субъективной информации об объекте управления и процедурах управления им.

После этапа накопления знаний и формирования выше описанных процедур (см. рисунок), система может начинать работать. При этом число различных полных ситуаций обычно весьма велико, а число решений конечно и невелико:

\{St}>>|{^} .

При этом, чем больше число возможных ситуаций и чем меньше число допустимых одношаговых решений, тем эффективнее будет работать схема управления, показанная на рисунке, тогда когда

{S }»\{Uk},

можно применить подобную схему. Хотя ее эффективность в таком случае и не будет очень высока, возможно, это единственный путь управления таким объектом [2].

Итак, ситуационный подход при создании математической модели интеллектуального здания имеет ряд особенностей:

1. Ситуационное управление требует больших затрат на создание предварительной базы сведений об объекте управления, его функционировании и способах управления им.

2. Описание ситуаций, складывающихся на объекте управления (текущих ситуаций), должно быть произведено на языке, в котором отражаются основные параметры и связи, необходимые для классификации этого описания и сопоставления ему

одношагового решения по управлению. При этом необходимо правильно выбрать уровень описания, который не должен быть достаточно грубым.

3. Язык описания ситуаций должен позволять отражать в нем не только количественные факты и соотношения, характеризующие объект управления, но и качественные знания, которые не могут быть формализованы в обычном математическом смысле.

4. Классификация ситуаций, объединение их в классы при использовании одношаговых решений происходит на субъективной основе. Система суммирует знания отдельных экспертов и становится носительницей коллективного опыта людей.

5. Первоначально и корреляционные правила также получаются с помощью информации, сообщаемой экспертами. Уточнение этих правил, уничтожение противоречий в них и формирование новых происходят уже в процессе эксплуатации системы. Все это верно и для правил экстраполяции и для оценки заданных текущих ситуаций.

6. Из пунктов 4, 5 вытекает вывод о том, что системы ситуационного управления не могут оптимизировать процесс управления.

7. Для многих реальных объектов управления одношаговые решения не определяют стратегии управления. В таких объектах необходимо формировать в качестве решений цепочки из одношаговых решений.

Таким образом, при создании математической модели интеллектуального здания с помощью ситуационного метода управления необходимо учитывать ряд особенностей данного метода.

ЛИТЕРАТУРА

1. Поспелов Д.А. Ситуационное управление: теория и практика / Д.А. Поспелов. М.: Наука, 1986. 285 с.

2. Кини Р.Л. Принятие решений при многих критериях: предпочтение и замещения / Р. Л. Кини, Х. Райфа. М.: Радио и связь, 1981. 560 с.

3. Максименко В.А. Интеллектуальные здания: автоматизация и диспетчеризация систем жизнеобеспечения здания / В.А. Максименко // АВОК. 2003. №1. С. 84. НП АВОК: С.95.

4. Табунщиков Ю.А. Математическое моделирование и оптимизация тепловой эффективности зданий / Ю.А. Табунщиков, М.М. Бродач. М.: АВОК-ПРЕСС, 2002.

5. Табунщиков Ю.А. Энергоэффективные здания / Ю.А. Табунщиков, М.М. Бродач, Н.В. Шилкин. М: АВОК-ПРЕСС, 2003. 200 с.

Иванникова Олеся Александровна -ассистент кафедры «Вычислительная техника и электроника» института информационных технологий и коммуникаций Астраханского государственного технологического университета

Статья поступила в редакцию 01.11.10, принята к опубликованию 15.11.10