Шмидт, Тевс (ред.) - Физиология человека - т.2 (Шмидт, Тевс (ред.) - Физиология человека - 1996), страница 4

При новом рабочем значении управляемая переменная снова подцерживается на постоянном уровне, несмотря на возмущения, и система работает как регулятор. 16.3. Особые свойства систем управления Переменное усилевяе. Из рис. 15.6, Б очевидно, что чем точнее поддерживается управляемая переменная на уровне рабочего значения, тем более пологой является характеристическая кривая данной системы.

В технических устройствах наклон такой кривой обычно называется усвлеиекм или коэффициентом усиления (йап). Чем больше усиление, тем точнее осуществляется регуляция (ср. раздел о коэффициенте регуляции, с. 6!). Для того чтобы объяснить это свойство системы управления, блоксхема, показанная на рис. 15.2,А, должна быть модифицирована и иметь вид блок-схемы, подобной той, что представлена на рис. 15.7, А. Выше отмечалось (рис. 15.4), что при высоком коэффициенте усиления повьппается риск возникновения колебаний, особенно если имеются задержки в потоке информации к контроллеру и от него (что проявляется, например, в наличии мертвого времени при реакции на ступенчатое воздействие: гл на рис.15.4, Д).

Для гарантии стабильной регуляции должен поэтому существовать верхний предел коэффициента усиления, чтобы была исключена возможность возникновения незатухающих колебаний управляемой переменной. Вместе с тем, когда необходимо изменить управляемую переменную, и особенно на ранних этапах этого изменения, например в начале реакции на ступенчатое воздействие (см. рис. 15.4 и 15.5), полезен высокий коэффициент усиления, чтобы компенсировать задержки и баллистическую силу инерции в управляемой системе (для этого мышцы должны сократиться). Имеет смысл, чтобы коэффициент усиления был настраиваемым, т.е. удовлетворял различным требованиям в различных ситуациях при работе системы управления.

Можно показатгч что в спинальной системе управления у человека действительно существует переменный коэффициент усиления, который уменьшается, главным образом, посредством торможения на уровне а-мотоиейроиа, что в результате приводит к уменьшению угла наклона кривых характеристических функций системы управления (линии 3 на рис. 15.6). Иными словами, торможение Реншоу, аутогенное торможение (инициируемое афферентами 1Ь) и антагонистическое торможение можно интерпретировать как механизмы уменьшения коэффициента усиления. Супраспинальные влияния также непрерывно изменяют коэффициент усиления системы управления для рефлекса растяжения. Овережаницее управление.

Качество работы цепей управления может улучшаться, если сигналы о тех внешних возмущениях, которые возникают достаточно часто и оказывают известное воздействие на систему, поступают непосредственно в контроллер (рис. 15.7,Б). В частности, с помощью 1 ~вотан не:НЗ увила ый Управ Ре улнруемая латтаманнви Улразля еыал алагема 1 алзмущвние А Б Рис. 16.7. Варианты систем управления. А. Блок-схема, отличающаяся от схемы на рис. 15.2, А тем, что содержит символ, означающий переменный коэффициент усиления контроллера. Б.

Схема, з которой сигналы о возмущениях передаются непосредственно на контроллер, так что компзнсзторноз действие мелеет выполняться до того, лак возмущение повлияет на управляемую переменную ГЛАВА 15. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РЕГУЛЯЦИИ такого прямого монвтаршв.а улучшается функция системы с замедленной реакцией, поскольку в этом случае возмущение может быть скомпенснровано до того, как оно вызовет заметные изменения управляемой переменной. Известный пример из техники — использование наружного температурного датчика в системе центрального отопления. Такой датчик непрерывно посылает сигналы на контроллер отопительной системы. Как известно, тепловые потери дома увеличиваются пропорционально разнице между температурами внутри него н снаружи, поэтому информация от наружного датчика может быть учтена при электронной установке управляющего сигнала с помощью контроллера.

Регулирование может быть начато до того, как температура внутри здания начнет существенно изменяться, и в результате температура в помещениях будет сохраняться более близкой к постоянному уровню. Принцип опережающего управления используется также и в биологических системах управления. Известный пример — терморегуляцня (см. гл.

25). В данном случае эквивалентом наружного датчика служит сеть кожаых термврецепторав. Когда организм подвергается внешнему холодовому воздействию, кожные холодовые сенсоры снгнализнруют об этом в центр уцравлення температурой тела, расположенный в гипоталамусе. Вскоре начинается терморегуляторная реакция на холод.

Например, может увеличиться тонус мьппц и возникнуть дрожь, при этом для улучшения тепловой изоляции уменьшается кроваток в области кожи. Такой опережающий процесс управления начинается несмотря на то, что нет никаких изменений температуры внутри организма, и, следовательно, температурные сенсоры в гипоталамусе не возбуждаются. Если абратитьая к уцраалецаю движением, та влвявие вестибулярного органа в зрительной свсгемы ва спвнальвые матонейравы можно рассматривать шх ввл прямого воздействия возмущающих факторов. Таким же образам можно интерпретировать увеличение (аблегченве) рефлекса растюкеавя раэгвбателей наг в магалвш Ецлрассвкв ()епс)гвэж)с). Действвтелъна, если испытуемый стоит и нв ега руки внезапна начинает действовать внешняя сила (например, црв подъеме груза илв эа счет толчка руками стоящего напротив человека), та нагрузка, лействующая ва Рээгибатели наг, всегда увеличввветсв.

Регуляция дхввы этих мышц, позволяющая сохранять неизменной позу ставнях вв двух ногах, улучшветсв эа счет непосредственного обеспечения контроллера длины информацией а лввгатальнай команде ва конечности. Сопряжение систем управлении Различные биологические цепи управления часто функционально сопряжены друг с другом. Например, когда регулирование дыхания инициируется за счет возбуждения хеморецепторов в каротндном тельце, зто оказывает воздействие и на регуляцию кровяного давления. В случае дефицита кислорода усиленное дыхание сопровожлается увеличением кровотока в этих органах.

Осморегуляцию и регуляцию объема жидкости, которые в принципе могут быть описаны как две независимые системы управления, объединяет то, что в качестве снпсалов управления в ннх используются два одних н тех же гормона (вазопрессин и альдостерон), а также то, что онн имеют общий эффекторный орган — почки.

Некоторые пепи управления двигательной активностью также связаны. Примером может служить взаимодействие рефлексов растяжения антагонистических мышц. В этом случае в одном суставе механически сопряжены две мышцы с противоположным действием. Они взаимодействую~ также через свои рецвпрокные тормозные цепи, производящие антагонистическое торможение в спинном мозгу (рис. 5.7, с. 96). Когда супраспинальные команды посылаются на мышцу для сокращения во время движения относительно сустава, всегда имеет место уменьшение коэффициента усиления в данной схеме управления (т.е. в рефлексе растяжения) для данного антагониста, так что последний становится более податливым. Этялвввьзе сигналы в свиншзьньзх жавях узсрвв" левин длиной мышц, вырабатьпшемые супраспинальнымн двигательными центрами (2, 12, 211, можно рассматривать как врожденные и приобретенные в резуль~ате обученна программы дввжеиив, каждая из которых координирует множество рефлексов растяжения.

Такая координация в свою очередь включает обратную связь от мышечных рецепторов, а также от суставов и кожных афферентов. Эти входные сигналы вызывают, главным образом в мозжечке и моторной коре, немедленную и непрерывную регуляторную модификацию такой двигательной программы, когда она выполняется. Восходящие и нисходшцие связи между спивным мозгом и моторными центрами в мозгу можно рассматривать как компоненты сузшрарлвватвьзх цепей управ ленив, которые тесно связаны со спинальнымн регуляторамн длины. Однако пока что мы слишком мало знаем о деталях нейрофизиологнческнх процессов супрвспинального управления движениями, чтобы точно описать на языке теории управления выполнение движений. 16.4.

Литература Учебнвкв н рунвввдспш 1. Вау1сгв (..Е. 1.!ч!пй Сон(го! Був(епзь Меж Уог)с. Р!епшп Ргевв, 1966. 2. 1)елиес(с М.Е. (есЦ. СегеЬгв1 Мо(ог Сопсго1 зц Мап. 1хзпй 1лор МесЬашвпзь Ргойг. СЫп. ХецгорЬув!о1 4 Кагейег, 1978. 3. бгалсг Е. Т)зе Ваяв о( Магог Сопсго1 Еопс)опХез» Уог1с. Асяс)еш!с Ргевв, 1970. 4. 6гас(вж КК Сон!го! ТЬеогу апс) В(о!ой!са) Був(епж.

Хеж Уогй Со!цшЬза (зп(ьегв!(у Рпжв, 1963. чАсть !и. процрссы нррвной и г5моРАльной Рвгуляции 5. Навкптге!и В. В!о1оа!всЬе КуЬетпе(!)т. Не!бе1Ьег3. Оие11е Яг Меуег 1967, б. Йопвпа Я. (етЦ. тттпт)егв(апт)!п3 ГЬе ЯггегсЬ Кех!ех. Вговг. Вш!и Кев. 44, 1976. 7. Г.ттеп(кгтгег В.б. 1пггот)исг!оп го )3упапис Яувгешв, ТЬеоту, Моде)в апб Аррйсаиопв, Нети Уог3. ХоЬп т)Гну, 1979.