- Регулирование биопроцессов
Регулирование биопроцессов.
Информация и регулирование представляют собой 2 стороны единого процесса управления. Зоны управления в технике, биологии, социологии одинаковы. В биологических системах прием, переработка, хранение и передача информации обеспечивает управление функции организма. Проблемы управления изучает кибернетика.
Ампер в 1931 г.. Кибернетика – наука об управлении государством.
Винер 1948 г. Кибернетика в управлении животными и машинами.
Область исследования кибернетики – общие зоны организации, управления, переработки информации ложных систем. Кибернетика изучает те связи, при помощи которых осуществляется управление, а также организацию упорядоченных систем и само применение управления. Основной теоретический аппарат кибернетики – теория информации, теория сложения и фильтрации помех, теория обнаружения и прогнозирования поведения управляемых систем, т.е. автоматов и сложных систем. Предмет кибернетики - кибернетическая система – упорядоченная совокупность взаимодействующих объектов, объединенных определенных функций и способных обеспечиваться информацией. Элементы кибернетической системы – объекты различной физической природы (как неживые, так и живые).
Кибернетическая система - абстрактное понятие, не отраженная всех физических, технических или физиологических особенностей объекта. Человек, как кибернетическая система, рассматривается только с точки зрения взаимосвязи и управления отдельных органов, без анатомических деталей. Кибернетические системы состоят из подсистем, между которыми существуют связи. Подсистемы состоят из более простых кибернетических систем. Эти подсистемы также могут содержать более простые подсистемы. Каждому уравнению иерархии соответствует определенный уровень организации. Живой организм также является иерархической системой. Биофизика разделяется на уравнения организации живого организма:
- молекулярный
- клеточный
- организованный
- сложных систем
Для биологических систем следует отметить их изменчивость, поскольку каждый организм обеспечивает индивидуальные отличия. Т.о. человек является сложной кибернетической системой, состоящей из большого числа элементов и требующий уравнивания на всех иерархических условиях. Уравнение – это принятие изменения состояния или режимов функционирования системы в соответствии с поставленной перед ней задачей. Всякая система содержит управляющую и исполняющую части. По линейной прямой связи, управляющая часть посылает в соответствии с заданием в исполняющую часть команды. По линии обработанной связи, в управляемую часть поступают сведения о выполнении команд от исполнительной части.
Рекомендуемые материалы
Биологические объекты относятся к саморегуляционным системам. Саморегуляционные системы обладают способностью поддерживать своё состояние или режим функционирования на определенном заданном уравнении при любых внешних воздействиях. Живой организм с точки зрения кибернетики является совокупностью устройств и процессов их связавших, которые выполняют определённую жизненную функцию. Подобную функцию может выполнить лишь вся система в целом, поэтому система автоматического регулирования может выполнить определение операции, связавшие все элементы системы. Теория автоматического регулирования выделяет два основных способа регулирования:
- по возмущению;
- по отклонению.
Основной элемент обеих систем – объект регулирования и регулятор. Объект регулирования – это элемент системы, в которой протекает процесс, подлежащей регулированию. На выходе объекта регулирования находиться датчик, при помощи которого можно зарегистрировать выходную характеристику процесса, т.е. функцию от времени контролирующей величины. Для управления объектом, регуляционная система включает в себя регулятор, в котором формируется команда, т.е.сигнал, изменяющий ход процесса в объекте регуляции. В системе автоматизированного регулирования по возмущению сигнала к изменению режима работы регулятора служит регуляция на возмущающий фактор. Такими факторами могут быть изменения в окружающей среде, способные нарушить исходный режим работы объекта регуляции или регулятора. Для предупреждения таких нарушений в системе автономного регулирования по возмущению должен присутствовать измеритель возмущенно фактора и корректирующее устройство. Под действием внешнего возмещения, в измерителе возникает сигнал, отключающий корректирующие устройство, которое выбирает команду для включения регулятора. Действие регулятора обеспечивает функционирование регуляции в оптимолекулярном режиме, т.е. объект регулирования по этой схеме приспособляется к изменяющимся условием окружающей среды.
В системе автоматизированного регулирования по отклонению, непосредственным сигналом к изменению режима работы регулятора служат изменения выходной характеристики объекта регулирования (ОР). Как только выходная характеристика изменяется под действием внешнего возмущенного фактора или внутренних характеристик системы, то происходит коррекция работы ОР с помощью регулятора (Р) , за счет сигналов по цепи обратной связи. Система автоматического регулирования по отклонению дополнительно включает в себя элемент сравнения (ЭС). САР по отклонению:
Лекция "10. Селекционная категория насаждений" также может быть Вам полезна.
Приобретенная выходная характеристика подает по цепи обратной связи (ОС) на элемент сравнения который имеет два входа. На первый вход подается выходная характеристика ОР, на второй – эталонная функция или установка g(t). В тех устройствах установка имеет электрическую природу в виде импульсов тока или напряжения. В ложных системах установка формируется с помощью компрессора. При совпадении выходной характеристики и установки сигнала с ЭС на Р не поступает. При отклонении от этолоновой функций включается Р, возвращающий ОР прежний режим работы. Различают положительную и отрицательную ОС. Положительная ОС приводит к выработке команд, ведущих к увеличению отклонения системы от первоначального состояния. На пример, всасывание желудком продуктов пищеварения вызывает дополнительное выделения желудочного сока. В тоже самое время патология в работе органов развивается с участием положительной ОС. Например, ослабление сердечной деятельности может привезти к закупорке сосудов, следовательно, еще большее ослабление сердечной деятельности. Отрицательное ОС вызывает команды, стремящиеся уменьшить отклонения в системе. Регулирование по отклонению осуществляется с использованием отрицательной ОС. Например, при перегреве организма усиливается потоотделение и учащается дыхание, следовательно, увеличение теплоотдачи и уменьшение температуры тела. Для работы организма в среде с большим потенциалом возмущенных факторов система автоматического регулирования по возмущению не пригодно, т.к. каждый возмущённый фактор должен иметь свою систему регулирования. Такая система не может реагировать на новые возмущенные факторы, для которых нет измерителей. Это является основным недостатком. САР по отклонению более универсальной, т.к. обеспечивает регулирование при отклонении выходной характеристики от установки независимо от причин отклонения. Однако, основным недостатком такой системы является регулирование вслед за нарушением режима работы ОР, что создает угрозу разрушение системы. Более перспективной является система регуляции предвосхищением возможного отклонения на основании прогнозирования предстоящих событий. Эта система называется ФОРПОСТной. В зависимости от характере уставки система автоматического регулирования подразделяются на 3 основные группы:
- Система стабилизации или гомеостаза для которой величина установки построена и не изменяется со временем.
- Система программного управления, в которой уставка изменяется по определённому закону.
- Система следящего управления, в которой вставка может изменятся случайным образом, то есть реагировать на случайное возмущение.
В основе управления организмом, в процессе его изменяющимся внешним усилителям окружающей среды находится рефлекс. Структурная основа рефлекса- рефлекторная дуга, состоящая из трёх основных звеньев:
1. Афферентное.
2. Центральное.
3. Эфферентное.
Афферентное звено включает в себя рецепторы, воспринимающие адекватное раздражение и нервные волокна, проводящие нервные импульсы. Это звено обеспечивает приём информации и передачу её в ЦНС при помощи кодирования импульса. Центральное звено обеспечивает приём сигналов, хранение информации и формирование команд исполнительному органу. В центральное звено входят все нейроны ЦНС, которые участвуют в существовании данного рефлекса, а также сигналы, которые связывают нейроны в единую сеть. Эфферентное звено – включает в себя эфферентные нервные волокна и исполнительный орган – эффектор. Важнейший элемент рефлекса – ОС. Она проявляется в том, что однократное стимулирование рецепторов не оканчивается однократным действием эффектора. Работа эффектора возбуждает новые рефлекторные реакции, которые протекают последовательно, вплоть до точного достижение цели. Часть цели рефлекса, по которой сигнала поступают в ЦНС по эффектору, называются ОС с точкой зрения.
