21-1. НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИПЫ ДЕЙСТВИЯ ИГРОВЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Рассмотрим следующую задачу. Пусть имеется объект, оборона которого осуществляется типами активных средств обороны с различными тактико-техническими данными. Возможно нападение на объект посредством активных средств нападения различных типов. Требуется автоматизировать оборону объекта.

Автоматизация обороны объекта включает автоматизацию различных средств обороны и автоматизацию управления обороной в целом — автоматизацию управления боевыми действиями средств обороны.

Для автоматизации различных средств обороны с успехом используются рассмотренные ранее группы систем автоматического управления, объединенные в классы обычных и самонастраивающихся систем Для этих систем характерна относительная простота законов переработки информации — управляющих алгоритмов, записываемых, как правило, в простой аналитической форме.

Для управления боевыми операциями средств обороны эти системы, очевидно, неприменимы. Для управления операциями могут использоваться игровые системы автоматического управления.

Используя аналогию с привычными понятиями неавтоматического управления операциями, на данном примере нетрудно выяснить общую необходимую структуру игровой системы автоматического управления. Для того чтобы управлять действиями средств обороны, необходимо знать как начальное состояние средств обороны, так и их состояние в процессе выполнения операции. Поэтому система автоматического управления операциями должна включать разнообразные источники информации о состоянии управляемых средств (рис. 21-1). Часть информации, например, тактико-технические данные располагаемых средств обороны, их начальное количество, возможность пополнения в процессе проведения операции и т. п., может храниться в запоминающих устройствах самой машины управления и является начальной (априорной) информацией о I стороне. Рабочая информация о действии средств /обороны поступает в процессе проведения операции от радиолокационной и визуальной систем наблюдения, командных пунктов, различных средств обороны и других источников информации.

В необходимую информацию о действии средств обороны можно включить также метеорологические условия, хотя, строго говоря, метеорологические условия в рассматриваемой задаче играют роль III стороны являются случайным фактором.

Для управления обороной необходима информация о действии средств нападения (рис. 21-1). Эта информация о действиях противника — в основном рабочая. Разумеется, начальная информация о действии противника, например информация о его тактическом замысле, конкретных тактико-технических данных примененных средств нападения сильно облегчает задачу эффективного управления средствами обороны. Однако построение системы автоматического управления операцией из расчета большого количества начальной информации о действии противника, как правило, недопустимо.

Рабочая информация о действии средств нападения, рабочая и начальная информация о действии средств обороны поступают в управляющую машину — центр а льное звено игровой системы автоматического управления (рис. 21-1).

Управляющая машина игровой системы автоматического управления имеет алгоритм, названный выше игровым. Сущность игрового алгоритма управления заключается в сравнении большого числа возможных в данных условиях качественно различных решений — выборов, определении оптимального или наилучшего с учетом всех

Рис. 21-1, Схема игровой системы автоматического управления.

ограничений решения и формировании соответствующей команды.

Таким образом, игровая управляющая машина, получив информацию об обстановке, производит сопоставление качественно различных вариантов возможных решений на основе некоторых заложенных при построении алгоритма критериев и выдает команду, соответствующую наилучшему решению.

На указанные операции управляющая машина затрачивает некоторое время По истечении времени команды управления подаются на линии передачи команд и далее на управляемые средства (рис. 21-1). По истечении некоторого времени вновь подается информация об управляемой операции и противнике в управляющуюмашину, производится сопоставление вариантов второго хода, вырабатываются команды второго хода и т. д. Функционирование игровой системы автоматического управления продолжается до окончания операции.

Рассматривая описанный процесс функционирования игровой системы автоматического управления, следует обратить внимание на два обстоятельства: 1) сопоставление различных вариантов решений в управляющей машине и формирование команды управления производится на основе заранее принятых критериев; 2) процесс в игровой системе автоматического управления в общем случае — дискретный замкнутый.

Критерии, на основе которых сравниваются различные варианты решений, обычно можно выразить основной функцией состояния операции и дополнительными условиями. Функция состояния операции V именуется функцией выгоды.

Выбор рациональной функции выгоды составляет важнейшую часть разработки алгоритма игровой системы автоматического управления. Он требует глубокого изучения автоматизируемой операции с учетом основных факторов, обстоятельств и связей, имеющих место в реальных условиях. Поэтому выбор функции выгоды представляет часто значительные трудности и требует в ряде случаев привлечения результатов экспериментов на вычислительных машинах и результатов натурных испытаний, маневров, учений и т. п.

Для пояснения понятия функции выгоды V вновь обратимся к задаче обороны некоторого объекта.

Оборона осуществлена тем успешнее, чем меньший урон нанесен обороняемому объекту и меньше затраты средств обороны. Поэтому в качестве функции выгоды в задаче автоматизации управления средствами обороны разумно принять некоторый военный потенциал V

обороняемого объекта совместно со средствами обороны, отсчитываемый в некоторый (по отношению к текущему) момент времени.

Потенциал V более или менее сложная функция состояния обороняемого объекта, количества и качества средств обороны. Присваивая отдельным объектам и средствам определенные «веса», часто в первом (Приближении представляют V в виде суммы отдельных членов. Чем больший урон нанесен обороняемому объекту и чем больше израсходовано средств обороны, тем меньше потенциал

При управлении средствами обороны и определении очередного наивыгоднейшего выбора нас интересует не столько значение потенциала в текущий момент времени сколько изменение потенциала в течение некоторого следующего интервала времени. Действительно, управлению поддается лишь математическое ожидание значения потенциала в некоторый будущий момент времени.

Математическое ожидание значения потенциала по истечении времени, соответствующего очередному ходу, назовем упрежденным значением математического ожидания потенциала Упрежденное значение может быть определено, если известны математическое ожидание потенциала в данный момент эффективность примененных в очередном шаге средств обороны и эффективность действующих средств нападения. Так, например, если в щанном ходе применено Лишь одно средство нападения с эффективностью единиц потенциала, применены средства обороны, составляющие единиц потенциала и обеспечивающие вероятность уничтожения средств нападения, то математическое ожидание упрежденного значения потенциала составит:

Игровая управляющая машина должна найти вариант хода (выбор), обеспечивающий минимальное значение приращения математического ожидания потенциала:

Сделаем некоторые замечания, касающиеся замкнутости процесса в игровой системе автоматического управления. Непосредственно из структурной схемы (рис. 21-1) и описания функционирования игровой системы следует, что всякая игровая система, предназначенная для выполнения больше чем одного хода, является замкнутой дискретной. Лишь в «одноходовой» системе отсутствует замкнутый контур циркуляции информации.

Действие системы, выполняющей лишь один ход, не зависит от результатов этого хода и представляет собой разомкнутый процесс. Научное содержание теории подобных систем, включающее разработку алгоритмов разового решения задачи, имеет мало общего с теорией автоматического управления вообще.

Многоходовые игровые системы автоматического управления, будучи замкнутыми дискретными системами, помимо специфических свойств, имеют свойства, присущие всем замкнутым системам автоматического упр авления. Так, в этих системах подлежит изучению динамика изменения (математического ожидания и энтропии функции выгоды.

Мы рассмотрели в самых общих чертах пример игровой системы автоматического управления операцией обороны. Можно полагать, что игровые системы найдут весьма широкое применение в промышленности, энергетике, транспорте и других отраслях народного хозяйства.

Пусть, например, речь идет об автоматическом управлении режимом работы энергетической системы, включающей многие тепловые электростанции, гидростанций. и массу различных потребителей электроэнергии. Функцией выгоды может служить при этом общая средняя стоимость киловатт-часа электроэнергии при заданном ее качестве. Стоимость электроэнергии в системе зависит от многих факторов, таких, как рациональное

распределение нагрузок, дальность передачи потоков электроэнергии, стоимость транспортирования и добычи топлива, время года, процесс амортизации оборудования и т. д. Рациональное управление эксплуатацией энергетической системы должно учитывать эти факторы.

В настоящее время управление режимом работы энергетических систем осуществляется, с одной стороны, за счет использования систем автоматического регулирования, обеспечивающих определенное распределение мощностей между агрегатами, с другой — за счет неавтоматического управления эксплуатацией системы. Ясно, что в современных системах, в которых отсутствует управление на основе детальных, объемных и непрерывно осуществляемых расчетов, режимы эксплуатации еще далеки от оптимальных.

Создание игровых систем автоматического управления эксплуатацией энергетических систем, сочетаемое, разумеется, с достаточно полной автоматизацией процессов производства электроанергии, способно обеспечить приближение к оптимальным режимам эксплуатации и в конечном счете обеспечить существенный экономический эффект. Игровая управляющая машина энергетической системы, получая информацию от многочисленных источников, периодически формирует команды управления с расчетом получения максимума функции выгоды. Контроль исполнения команд и вычисление действительных значений функции выгоды позволяют осуществить автоматическую корректировку алгоритмов действия игровой системы управления.

Можно привести большое число примеров, показывающих неограниченные дорапективы применения игровых <шстем автоматического управления в технике ближайшего будущего.