طراحی و تحلیل سیستم‌های کنترلی

-        تئوری کنترل مدرن

مدل‌های ارائه شده در مطالب پیشین، گرچه برای آشنایی ابتدایی با سیستم‌های کنترل به صورت عام و سیستم های کنترل اجتماعی به صورت خاص، مناسب است؛ اما این مدل‌ها متعلق به سیستم‌های خطی ساده تک ورودی، تک خروجی است. با افزایش نیاز به انجام کارهای پیچیده‌تر که نیازمند دقت بیشتری نیز می‌باشد؛ از اوایل دهه 1960 تئوری جدیدی برای طراحی و تحلیل سیستم‌های کنترلی ارائه شد که تحت عنوان  تئوری کنترل مدرن شناخته می‌شود (نگاه کنید به اگاتا 1382 و دورف و بی شاپ 1389). البته باید توجه داشت که همواره می‌توان از مدل‌های موجود برای سیستم‌های ساده‌تر در جهت تحلیل سیستم‌های پیچیده‌تر نیز استفاده کرد، این امر اگرچه میزان دقت و پیچیدگی را کاهش داده و ممکن است سبب بروز خطاهایی گردد، اما در تحلیل‌ اولیه سیستم‌، می‌تواند به ما در شناسایی نقاط ضعف کلی آن، کمک نماید. به این موضوع به هنگام بحث پیرامون تحلیل و آسیب‌شناسی سیستم‌های اجتماعی باز خواهیم گشت.    

تفاوت عمده تئوری کنترل مدرن، با تئوری کنترل کلاسیک، در این است که تئوری کنترل مدرن را می‌توان به سیستم‌های چند ورودی- چند خروجی خطی یا غیر خطی، مستقل یا وابسته به زمان اعمال کرد، حال آنکه تئوری کنترل کلاسیک تنها قابل اعمال به سیستم‌های خطی مستقل از زمان و یک ورودی- یک خروجی می‌باشد (اگاتا، 1382:38). در زمینه تئوری کنترل مدرن و استفاده‌ای که می‌توان از این تئوری در مباحث تحلیل سیستم‌های کنترل اجتماعی داشت، آشنایی با مفاهیمی چون حالت[1]، متغیرهای حالت[2]، بردار حالت[3] و فضای حالت[4] از اهمیت برخوردار است که در مطالب پسین، و حین ارائه واژه‌شناسی نظریه سیستم‌های کنترل اجتماعی توضیحاتی پیرامون آنها ارائه می‌گردد.  

-        طراحی و تحلیل سیستم‌های کنترلی

مهندسی سیستم‌های کنترل شامل طراحی و تحلیل پیکره‌بندی‌های^[5] سیستم‌های کنترلی است. طراحی سیستم، به فرایند انتخاب و تنظیم روابط بین اجزا یک سیستم کنترلی اشاره دارد که بتوانند به گونه‌ای بهینه وظیفه مشخصی را به انجام رسانند. طراحی یک سیستم کنترلی به دو طریق انجام میشود: طراحی بوسیله تجزیه و تحلیل، که در آن مشخصات یک پیکره‌بندی سیستمی استاندارد یا موجود، تعدیل^[6] و اصلاح میشود، و طراحی بوسیله سنتز کردن و ترکیب، که در آن، شکل سیستم کنترلی به صورت مستقیم از مشخصات آن به دست می‌آید (Dukkipati, 2006:9). با در نظر داشتن تعریف ارائه شده از طراحی سیستم‌های کنترل و تعریف ارائه شده از سیستم‌های اجتماعی در مطالب پیشین، نظریه سیستم‌های کنترل اجتماعی، بر آن است که در قلمرو اجتماعی نه تنها می‌توان از طراحی سیستم‌های کنترل اجتماعی سخن گفت، بلکه این عملی است که در طول قرن‌های گذشته انسان به صورت آگاهانه و یا ناآگاهانه در فضای اجتماعی دست به آن زده و وضعیت پیشین و کنونی جوامع به میزان بسیار زیادی تحت تاثیر این طراحی‌ها بوده و می‌باشد. جایگزینی سیستم‌های اجتماعی کلان در جوامع با سیستم‌های پیشین، پس از بروز انقلاب در آنها، یکی از بارزترین موارد طراحی سیستم‌های کنترل اجتماعی است که عدم دقت در این زمینه سبب ایجاد دورهای تاریخی در برخی کشورها و در بعضی موارد حتی بدتر شدن شرایط آنها نسبت به شرایط پیش از انقلاب شده است. در مطالب پسین و به هنگام صحبت پیرامون طراحی و تحلیل سیستم‌های کنترل اجتماعی به این موضوع به صورت مبسوط‌تری باز خواهیم گشت.

تحلیل سیستم نیز به معنای تحقیق، تحت شرایط مشخص و خاص، پیرامون نحوه عملکرد سیستم از پیش موجودی است که مدل ریاضی آن شناخته شده است (ibid). در فضای اجتماعی نیز جامعه‌شناسان و متخصصین علوم اجتماعی، برای آسیب‌شناسی بحران‌های موجود در جوامع و پاسخ به چرایی وضعیت کنونی آنها، می‌بایست دست به تحلیل سیستم‌های اجتماعی موجود در جوامع با توجه به قواعد و الگویی خاص زنند که به آن در آینده پرداخته خواهد شد.      

در تحلیل و طراحی سیستم‌های کنترل به صورت عام، می‌باست نکاتی را مدنظر داشت. اگر در پی طراحی یک سیستم کنترلی می‌باشیم، پیش از هر چیز می‌باست مشخص شود که این سیستم کنترلی به چه منظور و برای برآوردن چه هدفی طراحی می‌گردد، می‌بایست از چه میزان حساسیت و دقت برخوردار بوده و پاسخ سیستم با چه سرعت و چه میزان نوسانی از حالت گذرا[7] عبور کرده و به حالت ماندگار[8] خود دست یابد و در این حالت، میزان خطای آفست[9] مورد پذیرش برای این سیستم چه میزان خواهد بود؛ همچنین می‌بایست مشخص کرد که این سیستم کنترلی در چه محیطی و با چه ویژگی‌هایی قرار است به کار برده شود تا طراحی با در نظر داشتن آن ویژگی‌ها صورت پذیرد.

هنگامی که به تحلیل یک سیستم کنترلی مبادرت می‌نماییم؛ ما با سیستم موجود و از پیش طراحی شده‌ای مواجه هستیم که خواهان شناخت نحوه عملکرد و شناسایی نقاط ضعف و قدرت آن، و در صورت امکان، برطرف نمودن نقاط ضعف احتمالی جهت پاسخگویی بهتر و بهینه‌تر سیستم به نیازی هستیم که برای آن طراحی شده است.   

به طور کلی در مهندسی کنترل سه هدف عمده از طراحی و تحلیل سیستم‌های کنترلی دنبال می‌شود:

1-    تولید یک  پاسخ قابل پذیرش  به یک اختلال گذرا

2-     به حدالقل رساندن خطای حالت ماندگار

3-    رسیدن به ثبات و پایداری: سیستم‌های کنترلی می‌بایست به گونه‌ای طراحی شوند که با ثبات باشند؛ به این معنا که پاسخ طبیعی آنها هنگامی که زمان به سمت بی نهایت میل می‌کند می‌بایست به سمت صفر کاهش یابد (Dukkipati, 2006:10).  

در تحلیل و طراحی سیستم‌های کنترل، باید مبنایی برای مقایسه رفتار انواع سیستم‌‌های کنترل داشته باشیم. در مهندسی کنترل این مبنا را با مشخص نمودن سیگنال‌های ورودی تست خاص و مقایسه پاسخ‌ سیستم‌های مختلف به این سیگنال‌های ورودی ایجاد نموده‌اند (اگاتا، 1382:114). با در نظر داشتن خودرو به عنوان یک سیستم، آنچه که یک خودرو را از نظر سیستم‌های کنترلی، نسبت به سایر خودروها برتر می‌نماید، نحوه پاسخ‌گویی بهتر آن به ورودی‌های تست مختلفی است که به آن وارد می‌شود.  

سیگنال‌های تست مورد استفاده در مهندسی کنترل عبارتند از توابع پله[10]، شیب، شتاب، ضربه، سینوسی و امثال آنها و با این سیگنال‌‌های تست، تحلیل‌های ریاضی و تجربی سیستم‌های کنترل به سادگی قابل اجراست، زیرا سیگنال‌ها، توابع بسیار ساده‌ای از زمان هستند (همان).

اینکه کدام یک از این سیگنال‌های ورودی، برای تحلیل مشخصه‌های سیستم به کار رود، به فرم ورودی‌ای که معمولا سیستم تحت شرایط نرمال به آن وصل است بستگی دارد. اگر ورودی‌ها به سیستم کنترلی، به تدریج با زمان تغیر کند، آنگاه تابع شیب، سیگنال مناسبی خواهد بود. به طور مشابه اگر سیستم در ارتباط با یک سیگنال مزاحم ناگهانی است، تابع پله بهتر است، و بالاخره برای ورودی‌های شوک، یک تابع ضربه بهترین سیگنال تست می‌باشد. (در صورت) طراحی سیستم بر مبنای سیگنال‌های تست، رفتار سیستم به ورودی‌های واقعی رضایت بخش خواهد بود. استفاده از چنین سیگنال‌های تستی، فرد را قادر می‌سازد تا رفتار همه سیستم‌ها را بر یک مبنا مقایسه نماید (همان). برای روشن‌تر شدن موضوع، با در نظر داشتن سیستم کنترلی یک خودرو، برای بررسی کیفیت پاسخ آن به ورودی‌ای همچون یک دست‌انداز در شرایط آزمایش، باید ورودی سیستم کنترلی آن را در معرض یک تابع ضربه قرار داد. طبیعی است که بواسطه نوع وظیفه‌ای که سیستم کنترلی یک خودرو بر عهده دارد، می‌بایست در معرض توابع مختلف پله، ضربه، شیب، سینوسی و ... قرار گرفته و نحوه پاسخ آن به هر یک از این ورودی‌ها مورد تحلیل قرار گیرد. در سیستم‌های اجتماعی، مثالی از قرار گرفتن این سیستم‌ها در معرض تابع ضربه را می‌توان مرگ مقامات عالی رتبه آنها دانست، به عنوان مثال مرگ یک پادشاه در سیستم‌های کنترل پادشاهی و مرگ یک رئیس جمهور در سیستم‌های کنترل ریاست جمهوری که هر دو عالی‌ترین مقام هر یک از این دو سیستم می‌باشند، سطوح متفاوتی از ناپایداری را در سیستم‌های تحت کنترل آنها ایجاد خواهد کرد، مثالی دیگر در این زمینه، تفاوت‌های موجود بین سیستم‌های کنترلی ریاست جمهوری و سیستم‌های کنترلی نخست وزیری است که در مجالی دیگر به آن پرداخته می‌شود.   

از هفته آینده به میزان بیشتری بر جهان اجتماعی متمرکز خواهیم شد و تلاش می‌نماییم مطالب بیان شده تا کنون را که برقراری ارتباط با آنها ممکن است برای دانشجویان علوم اجتماعی و جامعه‌شناسی اندکی دشوار باشد به گونه‌ای ملموس‌تر و با تاکید بر جهان اجتماعی بیان کنیم.

---

[1] state

[2] State variables

[3] State vector

[4] State space

[5] Configurations

[6] modified

[7]  transient state

در علوم مهندسی هرگاه تعادل یک سیستم بواسطه ورودی و یا سیگنال‌های اخلال گر بر هم خورد پاسخ سیستم به این وضعیت را پاسخ حالت گذرا می‌نامند، در این وضعیت سیستمی مناسب‌تر است که با نوسان کمتر و در زمان کوتاه‌تری به حالت تعادل خود بازگردد.  با در نظر داشتن سیستم کنترلی اتومبیل؛ هنگام حرکت خودرو در مسیری صاف خودرو در حالت ماندگار است اما پس از اینکه با دست اندازی برخورد می‌کند، پاسخ خودرو از حالت ماندگار خارج شده و بواسطه اخلال‌گر بیرونی که همان دست انداز است وارد وضعیت پاسخ گذرا می‌شود که همان بالا و پایین رفتن خودرو است؛ در این مثال خودرویی مناسب‌تر است که در زمان کمتر و با نوسان کمتر و نرم‌تری به حالت ماندگار خود باز گردد.

[8] Steady state

[9] Offset error

هنگامی که پاسخ یک سیستم کنترلی به مقدار ماندگار خود رسید تفاوت بین این مقدار و مقدار مرجعی که در حالت ایده‌آل، سیستم می‌بایست به آن دست یابد را خطای حالت ماندگار یا آفست گویند.

[10] Step function

سیستم‌های کنترلی حلقه باز و سیستم‌های کنترلی حلقه بسته

(برای مطالعه این متن، آگاهی پیرامون مباحث ارائه شده در مطالب قبلی ضروری می باشد)

سیستم‌های کنترلی به معنای عام آن، که می‌تواند شامل سیستم‌های بیولوژیک، مهندسی، اجتماعی و یا ترکیبی از تمامی آنها باشند را از نظر باز و یا بسته بودن حلقه کنترلی می‌توان، به دو دسته «سیستم‌های کنترلی حلقه باز»[1]و «سیستم‌های کنترلی حلقه بسته»[2]، «بازخوردی» و یا «پسخوردی»[3] (فیدبکی)[4] تقسیم نمود. شایان ذکر است  که مفهوم باز و یا بسته بودن حلقه کنترلی، اگرچه می‌تواند در سیستم‌های مهندسی مفهومی مطلق باشد که نمونه‌هایی عینی از آنها نیز در جهان خارج وجود دارد، اما باید توجه داشت که در جهان بیولوژیک و اجتماعی این مفهوم بیشتر مفهومی «فازی» است، به  این معنی که با در نظر داشتن مفاهیم مطرح در نظریه «مجموعه‌های فازی»، در این حوزه‌ها ما با سیستم‌های کنترلی‌ای مواجه هستیم، که دارای درجات عضویت متفاوتی در دو مجموعه سیستم‌های کنترلی حلقه باز و سیستم‌های کنترلی حلقه بسته بوده و یافتن نمونه‌های ایده‌آلی که دارای درجه عضویت «صفر» و یا «یک» در هر یک از دو مجموعه فوق باشند در جهان واقعی غیر ممکن خواهد بود.[5]  

سیستم‌های کنترلی حلقه باز، سیستم‌هایی هستند که در آنها مقدار خروجی، تاثیری بر عمل کنترل و دستورات صادر شده از کنترل کننده ندارد. به بیان دیگر در یک سیستم کنترلی حلقه باز، خروجی، اندازه‌گیری نشده و برای مقایسه با ورودی هم «بازخورد» (فیدبک) نمی‌گردد. برخی ماشین‌های لباس‌شویی که بدون توجه به میزان تمیزی لباس، عمل آب‌گیری، شسشتو و خشک کردن را انجام می‌دهند از نوع «سیستم‌های کنترلی حلقه باز» هستند (اگاتا،1382:4) در سیستم‌های اجتماعی کلان، «سیستم‌های ایدئولوژیک» و اخلاقی مطلق - که البته در جهان واقعی نوع خالص و مطلق آنها کمتر دیده می‌شود و اگر هم تشکیل گردند، بواسطه نقاط ضعفی که این سیستم‌ها در جهت مواجهه با پیچیدگی‌های جهان واقعی دارند و در مطالب بعد به آنها پرداخته خواهد شد عمری کوتاه خواهند داشت- از نوع سیستم‌های حلقه باز هستند؛ به عبارتی این سیستم‌های کنترلی، بدون توجه به خروجی واقعی سیستم،‌ مرتبا دستورات یکسانی را صادر می‌کنند؛ که همانطور که بعدها نیز اشاره خواهد شد همین رویکرد با وارد آوردن آسیب‌های جبران‌ناپذیری به سیستم، در نهایت موجبات فروپاشی سیستم کنترل اجتماعی را فراهم می‌کند. در شکل زیر نمودار بلوکی سیستم کنترلی حلقه باز نشان داده شده است.

شکل 1: نمودار بلوکی سیستم کنترلی حلقه باز

در سیستم‌های مدار باز از آنجا که «خروجی» با «ورودی مرجع» مقایسه نمی‌گردد، هر ورودی مرجع، با یک وضعیت عملکردی ثابت مرتبط است، در نتیجه دقت سیستم به «کالیبره»[6] کردنآن بستگی دارد. بزرگترین ضعف سیستم کنترلی حلقه باز آن است که بهنگام وارد شدن سیگنال‌های اخلال‌گر به سیستم، یک سیستم کنترل حلقه باز عملکرد مطلوبی نخواهد داشت (همان).  

عمل کنترل حلقه باز، تنها در شرایطی مورد استفاده قرار می‌گیرد که رابطه بین ورودی و خروجی سیستم مشخص بوده و «سیگنال‌های اخلال‌گر»[7] نیز وجود نداشته باشند؛ بنابراین همانطور که در مطالب بعد نیز توضیح داده خواهد شد، با توجه به شرایط جامعه، که از یک سو متشکل از کنشگرانی است که پیش­بینی دقیق و کامل رفتار آنها امکان­پذیر  نیست و از سوی دیگر مرتبا تحت تاثیر سیگنال‌های اخلال‌گری از درون و برون سیستم می­باشد، این مدل نمی‌تواند مدل کنترلی مناسبی برای رساندن یک جامعه به نقطه مطلوب با توجه به معیار بقاء و ماندگاری باشد. ضعف «سیستم‌های کنترل اجتماعی ایدئولوژیک» و عدم توانایی آنها برای رقم زدن شرایطی مناسب با توجه به معیار بقا و ماندگاری برای سیستم‌های تحت کنترل‌شان دقیقا از همین موضع قابل ارزیابی است.

در مقابل سیستم‌های کنترلی حلقه باز، سیستم‌های کنترل بازخوردی (فیدبکی) و یا حلقه بسته قرار دارند، که با توجه به توضیح ارائه شده درباره کنترل بازخوردی (فیدبکی)، سیستم‌هایی هستند که برای رساندن پاسخ سیستم به نقطه مرجع مطلوب از طریق یک «مقایسه‌گر»، مقدار واقعی خروجی سیستم را، با مقدار ورودی مرجع مقایسه کرده و حاصل این تفاضل را به کنترل کننده، جهت صدور دستورات مناسب به سیستم و رساندن خروجی به ورودی مرجع، ارسال می‌کنند. سیستم کنترل دمای اتاق، مثالی از این گونه است. یک سنسور، با اندازه‌گیری دمای واقعی اتاق، سیگنالی را به مقایسه‌گر ارسال کرده و مقایسه‌گر نیز با مقایسه این سیگنال با ورودی مرجع که معرف دمای مطلوب اتاق است؛ سیگنالی را به کنترل کننده ارسال می‌کند؛ کنترل کننده نیز با توجه به این سیگنال، و توابع دستوری پیش‌بینی شده در آن، دستورات لازم، جهت روشن و یا خاموش شدن وسایل گرمایشی و سرمایشی و در نتیجه رساندن اتاق به درجه حرارت مطلوب را صادر می‌نماید، به نحوی که دمای اتاق، مستقل از دمای بیرون و یا سایر سیگنال‌های اخلال‌گر درونی وبیرونی که می‌توانند بر هر یک از اجزاء سیستم کنترلی وارد شوند، در سطح مطلوب باقی بماند (نگاه کنید به همان، 3). در شکل زیر نمودار بلوکی یک سیستم کنترلی حلقه بسته بازخوردی (فیدبکی) را ملاحظه می‌نمایید.

شکل 2: نمودار بلوکی یک سیستم کنترل حلقه بسته

مهمترین ویژگی های وجود یک حلقه فیدبک در یک سیستم کنترلی را می‌توان به صورت زیر برشمرد:

الف) توانایی سیستم برای بازتولید ورودی به صورت درست و صحیح افزایش می‌یابد؛

ب) حساسیت نسبت خروجی به ورودی را کاهش می‌دهد؛

ج) اثر عوامل غیر خطی‌ و اختلالات را کاهش می‌دهد؛

د) پهنای باند را افزایش می‌دهد ( پهنای باند یک سیستم محدوده‌‌ی فرکانس ورودی، که در آن محدوده، سیستم عملکرد رضایت بخشی دارد را مشخص می‌کند)؛ (به عبارتی سیستم‌های اجتماعی ایدئولوژیک در مقایسه با سیستم‌های کنترل اجتماعی عملگرا از پهنای باند کمتری برخوردار می‌باشند)؛

ه) گرایش سیستم به نوسان و بی ثباتی را افزایش می‌دهد؛

و) اثرات اخلال‌گرها و یا نویزهای خارجی را کاهش می‌دهد؛ (Dukkipati, 2006:8-9).

سیستم‌های خطی مستقل از زمان[8] و سیستم‌‌های وابسته به زمان[9]

علاوه بر تقسیم‌بندی ارائه شده از سیستم‌های کنترلی در بخش قبل، این سیستم‌ها را از نظر رابطه‌ای که با زمان دارند، می‌توان به دو دسته سیستم‌‌های مستقل از زمان و سیستم‌های وابسته به زمان تقسیم نمود.

یک سیستم خطی مستقل از زمان، سیستمی است که زمان، در خروجی و پاسخ سیستم تاثیرگذار نیست و می‌توان آن سیستم دینامیکی را که از عناصر خطی مستقل از زمان تشکیل شده است، با یک معادله دیفرانسیل خطی مستقل از زمان توصیف نمود ( اگاتا، 1382:30) . در این سیستم، پارامترهای سیستم به عنوان تابعی از زمان تغییر نمی‌کنند (Dukkipati, 2006:7) در مقابل، سیستم وابسته به زمان، سیستمی است که زمان پارامتری تاثیرگذار در خروجی و پاسخ سیستم بوده و معادله دیفرانسیل چنین سیستمی ضرایبی تابع زمان دارد.

با توجه به توضیحاتی که در مطالب پسین داده می‌شود، سیستم کنترلی جامعه در کلیت آن سیستمی وابسته به زمان می‌باشد که پاسخ و خروجی آن در زمان‌های مختلف متفاوت خواهد بود؛ به همین دلیل است که در طراحی سیستم‌های کنترل اجتماعی می‌بایست پاسخ آنها را در زمان‌های طولانی‌تری نیز در نظر داشت؛ چرا که ممکن است خطاهای ناشی از عدم طراحی مناسب سیستم، که خود را در زمان‌های اولیه چندان نشان نمی‌دهد، با گذر زمان بزرگ‌تر شده و سیستم را به سوی ناپایداری‌های ویرانگر سوق دهد. به عنوان مثال یک سیستم کنترل اجتماعی که در لحظات و سال‌های اولیه طراحی، سیستمی دموکراتیک به نظر می‌رسد که خرده سیستم‌های موجود در آن، رابطه‌ای نسبتا متوازن با یکدیگر دارند، تنها بواسطه آنکه یکی از خرده سیستم‌ها در لحظه اولیه تنها به میزان اندکی از امکانات و قدرت بیشتری از سایر خرده سیستم‌ها برخوردار است، در یک فرایند زمانی می‌تواند به یک سیستم غیر دموکراتیک و نامتوازن از نظر سیستمی تبدیل شود، که در آن، همان خرده سیستمی که در لحظات اولیه، تنها به میزان اندکی از قدرت و امکانات بیشتری برخوردار بوده است، با استفاده از همان میزان اندک برتری و با افزایش آن در گذر زمان که مکانیزمی برای کنترل آن نیز در نظر گرفته نشده است، می‌تواند سایر سیستم‌ها و خرده سیستم‌ها را تحت سلطه خود در آورده و سبب ایجاد یک سیستم اجتماعی – سیاسی نامتوازن و غیر دموکراتیک گردد؛ به این موضوع در مطالب بعدی که به چگونگی شکل‌گیری سیستم‌های اجتماعی پرداخته خواهد شد، باز خواهیم گشت.     

در مطلب پسین توضیحاتی پیرامون نظریه کنترل مدرن و طراحی و تحلیل سیستم‌های کنترلی ارائه شده و به این ترتیب زمینه را برای ورود کامل‌تر به بحث سیستم‌های کنترل اجتماعی آماده خواهیم نمود.  

 

---

[1] open loop control system

[2] closed loop control system

[3] feedback

[4]  کنترل فیدبکی به معنای کنترل سیستم با توجه به سیگنالی است که حاصل تفاضل خروجی و ورودی مرجع سیستم می‌باشد؛ این فرایند شامل اندازه‌گیری[4] خروجی سیستم، مقایسه[4] آن با ورودی مرجع و اعمال حاصل این مقایسه به کنترل‌کننده است تا با در نظر داشتن حاصل این مقایسه، دستورهایی را صادر نماید که خروجی سیستم به نقطه مرجع نزدیکتر شده و یا در بهترین حالت بر آن منطبق گردد؛ در این عمل ضمن حضور سیگنال اخلال‌گر، سعی در کاهش اختلاف بین خروجی سیستم و ورودی مرجع می‌شود... در اینجا فقط سیگنال‌های اخلال‌گر پیش‌بینی نشده مدنظرند زیرا انواع اخلال‌گرهای قابل پیش‌بینی یا شناخته شده همواره در سیستم قابل جبران می‌باشند (نگاه کنید به اگاتا، 1382).

[5]  برای آشنایی با نظریه مجموعه‌های فازی و کاربرد آن در علوم اجتماعی به کتاب زیر مراجعه نمایید:

Ragin, charles c. (2000) Fuzzy set social science, Chicago: The university of chicago press

 

[6] Calibration

کالیبراسیون به معنای تنظیم یک وسیله اندازه‌گیری از طریق مقایسه آن با یک استاندارد تایید شده است.

[7]  اخلال‌گر یا مزاحم سیگنالی است که با وارد شدن بر یک سیستم کنترلی، موجب می‌شود پاسخ سیستم به نقطه مرجع نرسد؛ اگر سیگنال اخلال‌گر در داخل سیستم تولید گردد، آن را اخلال‌گر داخلی و اگر در بیرون تولید و به صورت یک ورودی به سیستم وارد شود آن را اخلا‌ل‌گر خارجی می­گوییم (نگاه کنید به اگاتا، 1382:2). سیگنال‌های اخلال‌گر می‌توانند بر هر جزئی از سیستم وارد شده و بر مقدار خروجی اثر بگذارند. اخلال‌گرها از این نظر که سبب می‌شوند سیستم به اهداف خود دست نیابد؛ می‌بایست کنترل شده و یا اثرات آنها تا حد ممکن کاهش داده شود.

 

[8] Time invariant linear systems

[9] Time variant systems

سیستم و کنترل

در مطلب پیشین، سیستم‌ها را به دو دسته سیستم‌های طبیعی و سیستم‌های ساخته دست بشر تقسیم نموده و بیان کردیم که در این وبلاگ ما بر سیستم‌های نوع دوم و به صورت خاص‌تر بر سیستم‌های اجتماعی با تعریفی که از آنها ارائه شد متمرکز خواهیم شد؛ اما پیش از تمرکز بر سیستم‌های اجتماعی، نیاز به بیان کلیاتی پیرامون نظریه سیستم‌ها و کنترل می‌باشد که در این مطلب و چند مطلب بعدی وبلاگ ارائه شده و آنگاه به صورت مشخص وارد قلمرو نظریه سیستم‌های اجتماعی خواهیم شد.  

سیستم و کنترل

یکی از مباحث مهم در نظریه سیستم‌ها، مبحث سیستم و رابطه آن با کنترل است. شاید بتوان اینگونه بیان نمود که یکی دیگر از ویژگی‌های مشترک بین تمامی سیستم‌های موجود در جهان، چه از نوع طبیعی و چه از نوع مصنوع و ساخته دست بشر، آن است که تمامی این سیستم‌ها - چه هدف عام بقاء و ماندگاری در محیط پیچیده پیرامونی را دنبال نمایند و چه اهداف مختلفی را که انسان از ساخت سیستم‌های گوناگون در نظر داشته است- سطحی از کنترل را بر رفتار خود در راستای هدف و یا اهدافی که دنبال می‌نمایند اعمال می‌کنند.

کنترل به معنی تنظیم‌کردن^[1]، جهت دادن^[2]، دستور دادن^[3] یا هدایت کردن است. همانطور که پیشتر نیز بیان نمودیم؛ سیستم^[4]  مجموعه‌ای از عناصر و اجزاء می‌باشد که به گونه‌ای مشخص با یکدیگر ارتباط یافته و تشکیل یک کلیت را می‌دهند. با در نظر داشتن دو تعریف فوق، یک سیستم کنترلی، مجموعه‌ای از اجزاء است که به گونه‌ای به هم مرتبط شده‌اند که رفتار خود و یا سیستم دیگری را به گونه‌ای تنظیم نمایند که پاسخ مطلوب حاصل شود (c.f Dukkipati, 2006:1). با در نظر داشتن مباحث فوق مدل ارائه شده در مطلب نخست این وبلاگ را می‌توان به صورت زیر کامل تر نمود:

شکل 1: رابطه بین سیستم و کنترل کننده

شایان ذکر است که اگر کنترل‌کننده، همانند سیستم‌های طبیعی، بخشی از سیستم باشد مفهوم سیستم و سیستم کنترلی تفاوتی با یکدیگر ندارند؛ اما اگر کنترل‌کننده به سیستم افزوده شود که در برخی موارد در مورد سیستم‌های نوع دوم و ساخته دسته بشر رخ می‌دهد، بسته به نوع سیستم می‌تواند به یک و یا دو سیستم اشاره نماید. به عنوان مثال اگر  یک کشور را که دارای قلمروهای جغرافیایی مشخصی است به مثابه یک سیستم اجتماعی در نظر بگیریم، حاصل در کنار هم قرار گرفتن این سیستم اجتماعی با یک کنترل کننده که می‌تواند سیستم سیاسی حاکم بر آن کشور باشد، سیستم کنترل اجتماعی آن کشور را موجب خواهد شد و بنابراین در اینجا سیستم کنترل اجتماعی مفهومی متفاوت از سیستم اجتماعی خواهد یافت، که به هنگام بحث پیرامون سیستم‌های اجتماعی در مطالب بعدی توضیحات بیشتری درباره آن ارائه خواهد شد.

نظریه کنترل

نظریه کنترل نظریه‌ای بین رشته‌ای در علوم مهندسی و ریاضیات است؛ که به بررسی رفتار سیستم‌های دینامیک می‌پردازد. هدف غایی نظریه کنترل آن است که رفتار سیستم­های پویا (دینامیک) را از طریق طراحی سیستم‌های کنترلی به گونه­ ای تنظیم نماید که در کوتاه­ترین زمان ممکن و با کمترین نوسان، پاسخ سیستم به نقطه مرجع[5] مدنظر برسد. این نقطه مرجع، نمایانگر هدفی است که سیستم در صدد دست­یابی به آن بوده و یا برای رسیدن به آن طراحی شده است. با توجه به توضیح فوق، نظریه کنترل در علوم اجتماعی نیز به دنبال طراحی سیستم‌های گوناگون کنترل اجتماعی به گونه‌ای است، که در کوتاه‌ترین زمان ممکن و با کمترین نوسان، پاسخ این سیستم‌ها را به نقطه مرجع مدنظر برساند. البته باید توجه داشت که انتخاب نقطه مرجع در سیستم‌های اجتماعی موضوعی بسیار حساس و پیچیده‌تر از انتخاب نقطه مرجع در سیستم‌های مهندسی است، که در مطالب بعدی وبلاگ و به هنگام توضیح پیرامون نقطه مرجع در سیستم‌های اجتماعی پیرامون آن توضیحاتی ارائه خواهد شد. اما در اینجا به همین میزان اکتفا می‌شود که وضعیت نامناسب بسیاری از کشورها در شاخص‌های گوناگون را می‌بایست در ابهام و یا تناقض موجود در نقاط مرجع آنها جستجو کرد.   

پیش از هرچیز برای آشنایی با یک سیستم کنترلی می‌بایست با دو مفهوم پرکاربرد آشنا شویم: ورودی^[6] و خروجی^[7].  ورودی، محرک و یا دستوری است که به یک سیستم کنترلی اعمال می‌شود و خروجی پاسخ واقعی حاصل از یک سیستم کنترلی است. بسته به میزان اختلاف، بین ورودی و خروجی سیستم، خطای یک سیستم کنترلی مشخص می‌شود (c.f Dukkipati, 2006:1).

 در نظریه کنترل، ورودی مرجع[8]، ورودی‌ای است که برای معرفی نقطه مرجع به کنترل کننده سیستم داده شده و هنر یک کنترل کننده مناسب نیز آن است که تلاش نماید تا بر آن اساس، پاسخ سیستم[9] را در کوتاه‌ترین زمان و با کمترین نوسان ممکن به نقطه مرجع برساند. به عنوان مثال اگر هدف از طراحی یک سیستم کنترلی، رساندن درجه حرارت یک کوره به 90 درجه سانتی‌گراد و نگاه داشتن آن در همین درجه حرارت باشد؛ آن درجه حرارت، نقطه مرجع سیستم کنترلی و ورودی‌ای که در قالب یک سیگنال، به سیستم کنترلی داده می‌شود تا دمای کوره را با کنترل تمامی اجزاء سیستم از قبیل ورودی‌های سوخت، هوا و ... به آن درجه حرارت برساند، ورودی مرجع سیستم خواهد بود. مشخص بودن ورودی و خروجی سیستم از آنرو مهم است که تنها با توجه به آنهاست که می‌توان ماهیت و عملکرد کلی یک سیستم و اجزا مختلف آن را تشخیص داد و تعریف کرد.

 سیستم‌های کنترلی را می توان به دسته‌های زیر تقسیم کرد:

الف) سیستم‌های کنترلی ساخته شده توسط بشر ( مانند انواع سیستم‌های مکانیکی، هیدرولیکی، الکترونیکی و (البته اجتماعی))

ب) سیستم‌های کنترلی طبیعی از قبیل سیستم‌های کنترلی بیولوژیک

ج) سیستم‌های کنترلی که اجزا آن هم شامل اجزایی ساخته شده توسط بشر می‌باشد و هم شامل اجزایی طبیعی(c.f Dukkipati, 2006:1)[10]

با توجه به مطالب فوق می‌توان مدل زیر را که مدل تکمیلی ارائه شده در مطلب نخست وبلاگ است ارائه نمود:

شکل2: مدل تکمیل شده رابطه بین سیستم و کنترل کننده

با توجه به مدل فوق می‌توان به این اصل عام پیرامون سیستم‌ها رسید که در صورتی که خروجی و ورودی مرجع سیستم مشخص باشد؛ در صورت وجود فاصله بین خروجی (پاسخ سیستم) و ورودی مرجع، می‌بایست علت آن را در درون سیستم کنترلی و به صورت مشخص‌ در کنترل کننده آن جستجو کرد؛ البته شایان ذکر است که رابطه سیستم با سایر سیستم های فرادست و فرودست، و نویزها و اختلالاتی که از محیط بیرونی بر سیستم وارد می شود نیز در پاسخ خروجی سیستم موثر می باشد؛ که در مطالب بعدی و به هنگام بیان نکاتی پیرامون آسیب شناسی سیستم های اجتماعی به آن پرداخته خواهد شد.

در مطلب بعدی به انواع سیستم‌های کنترلی در مهندسی کنترل از نظر باز و یا بسته بودن حلقه کنترل خواهیم پرداخت؛ که مدل‌های ارزشمندی را برای تحلیل‌ و طراحی سیستم‌های گوناگون اجتماعی در اختیار متخصصان علوم اجتماعی قرار می‌دهد.

 

 

---

[1] regulate

[2] direct

[3] command

[4] system

[5] Reference point

[6]  input

[7] output

[8] Reference input

این نقطه نمایانگر هدفی است که سیستم برای پاسخ­گویی به آن طراحی شده است.

[9] system response

[10] همانطور که در ادامه توضیح داده خواهد شد  سیستم‌های کنترل اجتماعی نیز در این دسته جای می‌گیرند.

سیستم چیست؟

نظریه سیستم‌ها به طور عام و نظریه سیستم‌های اجتماعی به طور خاص کار خود را با تعریفی ساده از سیستم آغاز می‌کند؛ این تعریف ریشه در مشاهده جهان تجربی داشته؛ و برآمده از آن می‌باشد. به عبارتی ما با مشاهده جهان، مجموعه‌ای از عناصر را می‌بینیم که به گونه‌ای خاص با یکدیگر ارتباط یافته و تشکیل یک کلیت را می‌دهند (c.f Boccara,2010:1 ). از این پس، این کلیت را سیستم می‌نامیم. پاسخ این پرسش که کوچکترین عنصر جهان چیست موضوعی است که در اعصار مختلف تاریخ بشر پاسخ‌های متفاوتی یافته است. در دوره‌ای از تاریخ بشر شن را کوچکترین ذره و در دوره‌ای دیگر اتم را کوچکترین عنصر می‌دانستند و معتقد بودند که از عناصر دیگری تشکیل نشده است؛ اما با رشد علم مشخص شد که اتم نیز خود مجموعه‌ای از عناصر است که به گونه‌ای خاص با یکدیگر ارتباط یافته‌اند و بنابراین اتم را نیز می‌توان یک سیستم نامید. امروز در مدل ذره، کوارک‌ها را کوچکترین عناصر تشکیل دهنده جهان می‌دانند اما مشخص نیست که در آینده و با پیشرفت دانش بشر آیا همچنان می‌توانیم کوارک را کوچکترین عنصر جهان بنامیم و یا این ذره نیز به سرنوشت اتم دچار شده و خود تبدیل به سیستمی می‌شود که از عناصر دیگری تشکیل یافته است؛ البته نتیجه امر هر چه باشد به نظر میرسد تاثیری در نظریه سیستم‌ها نخواهد داشت.

با توجه به مطالب فوق تا کنون به غیر از کوارک‌ها، آن هم در مدل ذره؛ می‌توانیم تمامی پدیده‌های موجود در جهان را مجموعه‌هایی تشکل یافته از عناصری بدانیم که به گونه‌ای مشخص با یکدیگر ارتباط یافته‌  و بنابراین می‌توان آنها را سیستم نامید.

سیستم‌ها را از نظر دخالت بشر در ساخت و طراحی آنها و یا عدم دخالت او در این کار می‌توان به دو دسته تقسیم نمود:

-         سیستم‌های طبیعی که بشر دخالتی در طراحی آنها نداشته است؛ نمونه‌هایی از این سیستم‌ها را می‌توان اتم‌ها، گیاهان و حیوانات موجود در جهان دانست. البته باید در نظر داشت با گسترش دانش بشری بخشی از این سیستم‌ها امروز و احتمالا تعداد بیشتری از آنها در آینده می‌تواند موضوع طراحی انسان قرار گیرد که ساده‌ترین و ملموس‌ترین نمود آن در جهان امروز را می‌توان در بحث مهندسی ژنتیک مشاهده نمود.

-         سیستم‌های مصنوع و ساخته دست بشر که انسان در طراحی آنها نقش داشته و به منظور برآوردن اهداف و یا پاسخ‌گویی به نیازهایی خاص از سوی او طراحی شده‌اند. سیستم‌های مکانیکی، هیدرولیکی، پنوماتیکی، الکترونیکی و تا آنجا که به موضوع بحث ما در این وبلاگ مربوط می‌شود سیستم‌های اجتماعی از این دست می‌باشند.

 اگر در مورد سیستم‌های نخست مناقشه‌ای در هستی‌شناسی‌های گوناگون بر مساله وجود یک طراح و یا هدفی از طراحی آنها وجود داشته باشد؛ در مورد سیستم‌های نوع دوم به نظر مناقشه‌ای در این زمینه وجود ندارد. به عبارتی تمامی سیستم‌های نوع دوم که همانطور که بیان شد در گذر زمان می‌تواند دامنه آنها به سیستم‌های نوع اول و یا لااقل بخشی از آنها گسترش یاید به منظور برآوردن هدفی و یا پاسخ‌گویی به نیازی از سوی بشر طراحی شده‌اند.

باید توجه داشت که مرز سیستم‌ها، مرزی قراردادی است و به شدت به نحوه و حوزه نگرش ما مربوط می‌باشد. به عبارتی ممکن است هنگامی که یک اتم را مورد مطالعه قرار می‌دهیم آن را یک سیستم و عناصر تشکیل دهنده آن را خرده سیستم‌های این سیستم بدانیم؛ اما هنگامی که یک جزء بدن به عنوان مثال دست را مورد مطالعه قرار می‌دهیم؛ اتم‌ها در اینجا تبدیل به خرده سیستم‌ها و خود دست تبدیل به یک سیستم شود و هنگامی که کل بدن را مورد مطالعه قرار می‌دهیم دست تبدیل به خرده سیستمی از کلیت سیستمی به نام بدن گردد.

این قاعده که مرزهای سیستم، مرزهایی قراردادی است؛ در مورد تمامی سیستم‌ها صدق می‌کند. هنگامی که یک برد الکترونیکی را مورد مطالعه قرار می‌دهیم این برد خود کلیت و سیستمی است که از عناصر و خرده سیستم‌هایی دیگر مثلا مقاومت‌ها و یا خازن‌ها تشکیل شده است. اما اگر همین برد را بخشی از یک سیستم کنترل سطح آب در یک نیروگاه در نظر بگیریم آنگاه این سیستم خود تبدیل به خرده سیستمی می‌شود که بخشی از سیستم بزرگتری به نام سیستم کنترل سطح آّب در یک بخش نیروگاه است و آنقدر این دامنه را می‌توان گسترش داد که خود نیروگاه مورد اشاره خرده سیستمی از سیستم کلی‌تر تولید برق در یک کشور باشد. که البته از در کنار هم قرار گرفتن خرده سیستم‌های مکانیکی، الکترونیکی، هیدرولیکی، پنوماتیکی و البته سیستم‌های اجتماعی تشکیل شده است.   

سیستم‌ اجتماعی چیست؟

با در نظر داشتن تعریف کلی ارائه شده از سیستم، یعنی مجموعه‌ای از عناصر که به گونه‌ای خاص با یکدیگر ارتباط برقرار نموده و تشکیل یک کلیت را می‌دهند؛ در جهان اجتماعی نیز می‌توانیم سیستم‌های گوناگونی را بیابیم. با در نظر داشتن مفهوم نقش در جامعه‌شناسی که مجموعه‌ای از اعتقادات، هنجارها، انتظارات و رفتارهای به هم مرتبط در یک موقعیت  اجتماعی است می‌توان به تعریفی ساده و ابتدایی از سیستم‌های اجتماعی دست یافت. بر این اساس سیستم‌های اجتماعی مجموعه‌ای از نقش‌ها هستند که به گونه‌ای خاص با یکدیگر ارتباط یافته و تشکیل یک کلیت را می‌دهند. یک خانواده در شکل سنتی آن که متشکل از نقش‌های پدر، مادر و فرزند است نمونه‌ای از یک سیستم اجتماعی است که البته همانند سایر سیستم‌های طراحی شده توسط بشر در گذر زمان طراحی آن بنا به دلایل گوناگون که در مطالب بعدی به آن پرداخته می‌شود دستخوش تغییر شده و خواهد شد. سازمان‌ها، نهادها، موسسات و ... همگی نمونه‌هایی از سیستم‌های اجتماعی می‌باشند؛ که اگرچه در سیستم اجتماعی بودن با یکدیگر مشابه‌اند اما از نظر برخی خصوصیات دیگر از یکدیگر متفاوت خواهند بود.

شایان ذکر است که در اینجا مراد ما از مفهوم اجتماعی مفهومی عام بوده و تمامی قلمروهای اقتصادی، فرهنگی، سیاسی و ... را در بر می‌گیرد. به عبارتی رابطه سیستم‌های اجتماعی با سیستم‌های اقتصادی، سیاسی، فرهنگی و ... رابطه‌ای عام به خاص است.

با توجه به تعریف ارائه شده؛ از این پس هر مجموعه‌ای از نقش‌ها که در یک کلیت به گونه‌ای خاص با یکدیگر ارتباط یافته‌اند را یک سیستم اجتماعی می‌نامیم.

با این تعریف، خانواده‌ها و اشکال مختلف آن، مهد کودک‌ها، دبستان‌ها، دانشگاه‌ها، بانک‌ها، نیروگاه‌ها، دولت‌ها و ... همگی انواعی از سیستم‌های اجتماعی هستند؛ که ممکن است بسته به حوزه مورد مطالعه نقش یک سیستم، خرده سیستم و یا ابر سیستم را بازی کنند. به عنوان مثال به هنگام مطالعه دولت‌ها و سیستم‌های سیاسی، که خود از وزارت‌ خانه‌ها و موسسات گوناگونی تشکیل شده‌اند؛ این سیستم‌ها یک ابر سیستم بوده که خود از سیستم‌ها و خرده سیستم‌های گوناگونی که به شیوه‌ای خاص به یکدیگر ارتباط می‌یابند تشکیل شده اند.

تمامی سیستم‌های موجود در جهان با هر سطحی از پیچیدگی را می‌توان به صورت مدل ساده زیر ترسیم نمود که در مطلب بعدی توضیحاتی پیرامون اجزا مختلف آن ارائه خواهد شد.