Мёртвая вода. Часть 1 - Внутренний Предиктор СССР

К маневрам перехода предъявляются разные требования, но наиболее часто предъявляется требование плавности, безударности, т. е. отсутствия  импульсных (ударных) нагрузок на замкнутую систему в процессе её движения по идеальной траектории маневра с допустимыми отклонениями в пространстве параметров. В математической интерпретации это требование эквивалентно двукратной дифференцируемости по времени вектора состояния замкнутой системы и наложению ограничений на вектора-производные (“скорость”, “ускорение”) во всем пространстве коридора допустимых отклонений на протяжении идеальной траектории. Снятие этого требования — перенос задачи управления в область приложений теории катастроф.

Теория катастроф рассматривает процессы, в которых плавное изменение параметров системы прерывается их скачкообразным изменением (предсказуемым или заранее неизвестным), после чего система  оказывается в другом режиме существования или разрушается. Этот  скачок теория называет “катастрофой” (далее катастрофа в кавычках — именно в этом смысле), что в большинстве случаев правильно, поскольку ударный характер нагрузки на замкнутую систему может её повредить, разрушить или быть неприемлемым по каким-то иным причинам. Сама теория “катастроф” родилась из обобщающего анализа реальных катастроф в их математическом описании. Режим, в котором оказывается система после “катастрофы”, может быть предсказуем — либо однозначно, либо в вероятностно-статистическом  смысле, либо непредсказуем.

Типичный пример явлений, изучаемых теорией “катастроф”, — переход колебательного процесса из одной потенциальной ямы в другую потенциальную яму: так в шторм корабль испытывает качку относительно одного устойчиво вертикального положения. Плавное увеличение амплитудных значений крена при качке может привести к внезапному опрокидыванию корабля кверху днищем в течение интервала времени менее полупериода качки (секунды) в процессе усиления шторма, обледенения и т.п. Но и опрокинувшийся корабль может не сразу же пойти ко дну, а может еще длительное время оставаться на плаву кверху днищем, по-прежнему испытывая качку относительно своего другого, также устойчиво вертикального положения.

“Неплавная” траектория может быть проекцией вполне “плавной” траектории, лежащей в пространстве параметров большей размерности, в подпространство меньшей размерности. Область потенциально устойчивого по предсказуемости управления в пространстве параметров вектора состояния по отношению к конкретной замкнутой системе — объективная данность. В ней лежит множество объективно возможных траекторий маневров; и множество объективно невозможных. Во множестве объективно возможных траекторий можно выделить подмножество траекторий, на которых лежат точки “катастроф”. Это могут быть точки нарушения двукратной дифференцируемости по времени вектора состояния; точки превышения ограничений на вектора-производные; точки изменения меры предсказуемости (например, точки ветвления траекторий в вероятностном смысле); точки на границах между двумя потенциальными ямами и т.п.

Если рассматривать сказанное  по отношению к железнодорожному транспорту страны, то: область потенциально устойчивого управления —  вся территория государства; множество объективно возможных маневров —  существующая сеть железных дорог. Множество объективно невозможных — всё, где нет рельсов и где невозможно по техническим причинам проложить рельсы или построить стрелочные переводы для изменения направления движения. Точки катастроф —  неисправные пути и стрелочные переводы, слишком крутые повороты и негабаритные места, непроходимые для некоторых видов подвижного состава и локомотивов и т.п. —  то есть это реальные возможности катастроф. По отношению к каждому из видов груза железнодорожные узлы —  точки ветвления их траекторий в вероятностном смысле.

Этот пример хорошо показывает соотношение всех перечисленных категорий, но сами “катастрофы” теории катастроф в нем представлены только реальными катастрофами железнодорожного транспорта. Далее, чтобы не путаться в катастрофах в кавычках и без кавычек, мгновенную потерю управления — в смысле теории “катастроф” — мы будем называть срыв управления.

Причины срывов управления могут быть самые различные и могут лежать на всяком из этапов полной функции управления.

Две любые точки в пространстве параметров, описывающих замкнутую систему (два вектора состояния), могут соединять более чем одна траектория. Среди этих траекторий могут быть траектории, отвечающие требованию плавности, и траектории, не проходящие через точки срыва управления, но по которым “жестко ездить” из-за превышения ограничений на вектора-производные. Возможны ситуации, когда все траектории, соединяющие начальный и конечный вектора состояний, проходят через точки срыва управления. Но чаще приходится сталкиваться с тем, что неквалифицированные управленцы, потеряв управление и зная о способности управляемой ими иерархически организованной  системы к самовосстановлению управления в некотором режиме после вмешательства иных её уровней, начинают дурачить головы доверчивым простакам ссылками на теорию катастроф и “шоковую терапию”. Чаще других этим грешат политиканы. Для них точки “катастроф” —  точки демонстрации своей несостоятельности в качестве управленцев.

В действительности же следует исследовать геометрию области предполагаемого маневрирования на предмет её полного включения в область потенциально устойчивого управления. Если же какие-то фрагменты области предполагаемого маневрирования содержат в себе точки срыва управления, выпадают из области потенциально устойчивого (при необходимом качестве) управления по причине много-связности области, отсутствия её выпуклости и т.п., то такие зоны необходимо исключить и пролагать траектории маневров в обход них (и точек срыва управления в частности).

Связность области —  число её замкнутых (или уходящих в бесконечность) границ, не переходящих одна в другую. Выпуклость — когда прямая, соединяющая две любые точки области, содержит в себе только точки этой области.

 Именно этим занимаются все квалифицированные навигаторы: зная осадку корабля, при подходе к берегу, на навигационной карте они проводят границу района, запретного им для маневрирования из-за малости в нём глубин. Кроме того, курс пролагается по возможности вдали и от одиночных опасностей: затонувших судов, скал и т.п. В те же времена, когда составлялись первые карты, в незнакомые районы под всеми парусами тоже никто не совался: шли с осторожностью, делая непрерывно промеры глубин; иногда корабль лежал в дрейфе или стоял на якоре, а промеры делали со шлюпки.

Маневр перехода из одного балансировочного состояния в другой, отвечающий требованию плавности, если позволит время, распадается на три периода: выход из балансировочного режима, установившийся маневр (сам балансировочный режим, но с другим вектором целей) и вхождение в новый балансировочный режим.

Процессы в суперсистемах: возможности течения

Теперь, после достаточно подробного ознакомления с понятийным и терминологическим аппаратом теории управления, перейдем к описанию процессов управления и самоуправления в суперсистемах и их иерархиях.

Под суперсистемой мы понимаем множество элементов, хотя бы частично функционально аналогичных в некотором смысле друг другу. “Аналогия” и “подобие” в контексте настоящей работы — не синонимы. Аналогия предполагает возможность прямой замены одного другим; подобие (полное или частичное) предполагает только идентичность процессов, протекающих в разных объектах, при их описании в общей для них системе параметров, лишенных их реальной размерности.

Аналогия предполагает определение некоего набора качеств, которыми обладают объекты, аналогичные именно в смысле избранного набора качеств. Объекты, обладающие более узким или более широкимнабором качеств, чем определенный, принадлежат к другому классу объектов, хотя они являются тем не менее частичными или более широкими (объемлю­щи­ми) аналогами объектов рассматриваемого класса, распознаваемых по вполне определенному конечному набору качественных признаков. Благодаря частичным и объемлющим аналогам все классы объектов, распознаваемые по любому набору качественных признаков, взаимно проникают один в другой, сливаясь в понятии “Мироздание”.

Таким образом, суперсистема — множество элементов, хотя бы частично функционально аналогичных друг другу в некотором смысле и потому хотя бы отчасти взаимозаменяемых. Кроме того, все её элементы самоуправляемы (или управляемы извне) в пределах иерархически высшего объемлющего управления на основе информации, хранящейся в их памяти; каждым самоуправляемым элементом можно управлять извне, поскольку все они могут принимать информацию в память; каждый из них может выдавать информацию из памяти другим элементам своего множества и окружающей среде и потому способен к управлению и (или) через него возможно управление другими элементами и окружающей средой; все процессы отображения информации как внутри элементов, так и между ними в пределах суперсистемы и в среде, её окружающей, подчинены вероятностным предопределенностям, отражаемым статистикой.