Том 2 (1128362), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Для того чтобы охарактеризовать функцию цепи управления с обратной связью в стационарном режиме (рис. 15.6, А), можно использовать соотношение между напряжением мышцы Т и ее длиной Ь (рис. 15.3). Влияние эталонного сигнала — нисходящего возбуждения Гя — снова проявляется как сдвиг кривой вдоль координаты 1., т.е. от кривой 1 к кри- Ззс Янко Олааа Гбибпиотека ГогЫОа] Ц аьачаааяйуалбех.гы Ц Ьыртмуапьсоэьо.па ЧАСтЫУ.

ПРОЦВССЫ НВ ВНОй И ГУМОРАЛЬНОй РВГУЛЯЦИИ Б С обратной связью А баз обратной связи 3 3 3 $ Х данна мьцацм Ьт данна мьанцм Рис. 1б.б. Характеристики системы управления длиной мышцы при стационарном состоянии. А. Кривые для контроллера, измеренные в условиях без обратной связи и описывающие связь между длиной 1. и управляющим сигналом Г .

Параллельный сдвиг кривой (от кривой 1 к кривой 2) отражает изменение в эталонном сигнала; изменение угла наклона (от кривой 1 к 3) отразкает изменение коэффициента усиления контроллера (красный цвет). Б. Характеристики системы с обратной связью. представленные кривыми длина — натяжение для мыштс находящихся под спинальным управлением. Когда рабочая точка меняется (1 — 2). Алина мышцы изменяется от ьт к ь . При уменьшении коэффициента усиления (1 — 3) увеличивается податливость мышцы вой 2 при увеличении нисходжцего возбуждения Гн (рис. 15.б, Б).

Управляемая переменная (длина мышцы) изменяется в соответствии с эталонным сигналом при переходе к новому рабочему значению Ез; данная система работает как следящая. При новом рабочем значении управляемая переменная снова поддерживается на постоянном уровне, несмотря на возмущения, и система работает как регулятор.

1к).3. Особые свойства систем управление Переменное уснлеияе. 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 усилеиябн или коэффициентом усиления (ящп).

Чем больше усиление, тем точнее осуществляется регуляция (ср. раздел о коэффициенте регуляции, с. б1). 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 повышается риск возникновения колебаний, особенно если имеются задержки в потоке информации к контроллеру н от него (что проявляется, например, в наличии мертвого времени при реакции на ступенчатое воздействие: 1о на рис.15.4,Д).

Для гарантии стабильной регуляции цолжен 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 бып настраиваемым, т.е. удовлетворял различным требованиям в различных ситуациях при работе системы управления. Можно показаттч что в спинальной системе управления у человека действительно существует переменный коэффициент усиления, который уменьшается, главным образом, посредством торможения на уровне а-мотонойрона„что в результате приводит к уменьшению угла наклона кривых характеристических функций системы управления (линии 3 на рис. 15.б). Иными словами, торможение Реншоу, аутогенное торможение (инициируемое афферентами 1б) и антагонистическое торможение можно интерпретировать как механизмы уменьшения коэффициента усиления.

Супраспинальные влияния также непрерывно изменяют коэффициент усиления системы управления для рефлекса растяжения. Опережаюшее 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 ый ой ринг нтвния А Б Рис. 15.7. Варианты систем управления. А. Блок-схема, отличающаяся от схемы на рис. 15.2,А тем, что содержит символ, означающий переменный ковффициент усиления контроллера. Б. Схема, в которой сигналы о возмущениях передаются непосредственно нв контроллер, так что компенсаторное действие может выполняться до того, как возмущение повлияет нв управляемую переменную Янко Слава 1Библиотака Рогов) Ц а!ачаааайуапбвк.гы Ц ПырЯуапао.но.гы ГЛАВА !5. ОБЩИЕ ПРИН11ИПЫ РЕГУЛЯПИИ такого прямого мониторинга улучшается функция системы с замедленной реакцией, поскольку в этом случае возмущение может быть скомпенсировано до того, как оно вызовет заметные изменения управляемой переменной.

Известный пример из техники — использование наружного температурцего 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 и 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 кожных терморецепторев. Когда организм подвергается внешнему холодовому воздействию, кожные холодовые сенсоры сигнализируют об этом в центр управления температурой тела, расположенный в гнпоталамусе. Вскоре начинается терморегуляторная реакция на холод. Например, может увеличиться тонус мышц н возникнуть дрожь, при этом для улучшения тепловой изоляции уменьшается кровоток в области кожи.

Такой оцережающий процесс управления начинается несмотря на то, что нет никаких изменений температуры внутри организма, и, следовательно, температурные сенсоры в гипоталамусе не возбуждаются. Если обратиться к управлению движением, то влияние весгабуляраого органа и зрительной системы на сцинальвые мотоаейроны можно рассматривать как вял прямого воздействия воэмушаюшях факторов. Таким же образом можно интерпретировать увеличение (облегчение) рефлекса растяжения раэгабателей ког в методике Енлрассика (Юепдгаээ1Х). Действительно, если испытуемый стоит и на его руха внезапно начявает действовать внешняя сила (например, при подъеме груза али эа счет толчка.руками стохшего вацроткв человека), то нагрузка, действующая на раэгабатели ног, всегда увеличивается.

Регуляция длины этих мышц, поэволяююая сохранять неизменной позу стояния на двух ногах, улучшается за счет непосредственного обесцечеаяя контроллера длины информацией о дви- . гательной хоыаале аа конечности. Сопряжение систем управления Различные биологические цепи управления часто функционально сопряжены друг с другом. Например, когда регулирование дыхания инициируется за счет возбуждения хеморецепторов в каротндном тельце, это оказывает воздействие и на регуляпию кровяного давления. В случае дефицита кислорода усиленное дыхание сопровождается увеличением кровотока в этих органах.

Осморегуляцию н регуляцию объема жидкости, которые в принципе могут быть описаны как две независимые системы управления, объединяет то, что в качестве сигналов управления в них используются два одних и тех же гормона (вазопресснн и альдостерон), а также то, что они имеют общий зффекторный орган — почки. Некоторые цепи управления двигательной активностью также связаны. Примером может служить взаимодействие рефлексов распикчння автагошютическнх мьшш. В этом случае в одном суставе механически сопряжены две мьппцы с противоположным действием. Они взаимодействуют также через свои рецнпрокные тормозные цепи, производящие антагонистическое торможение в спинном мозгу (рис.

5.7, с. 96). Когда супраспииальиые команды посылаются на мыпшу 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. Эталонные сигналы в снвнальных цепях управления длиной мышц, вырабатываемые супраспинальными двигательными центрами [2, 12, 211, можно рассматривать как врожденные и приобретенные в результате обучения программы двюкений, каждая из которых координирует множество рефлексов растяжения. Такая координация в свою очередь включает обратную связь от мышечных рецецторов, а также от суставов и кожных афферентов. Этн входные сигналы вызывают, главным образом в мозжечке и моторной коре, немедленную и непрерывную регуляторную модификацию такой двигательной программы, когда она выполняется.

Восходящие и нисходящие связи между спинным мозгом и моторными центрами в мозгу можно рассматривать как компоненты суперордннвтных цепей управления, которые тесно связаны со спинальными регуляторами длины. Однако пока что мы слишком мало знаем о деталях нейрофизиологнческих процессов супраспннального управления движениями, чтобы точно описать на языке теории управления выполнение движений.

15.4. Литература Учебники н Руководства 1. Вау)их Е.Е. 1лчпд Соп1го! ЕузГепж. Хеш г'огК Р1епшп Ргезз, 1966. 2. РехтесИ М.Е. (ед.). СегеЬга1 Мшог Сопгго1 ш Мап. ) оп8 1лор МесЬашята. Ргойг. С1ш. Ь)епгорЬуз(о1. 4, Кагейег, 1978. 3. бган)г Е. ТЬе Вазы о( Могог Сопгго!. ЕопбопХеэг г'огас. Асаг)еш)с Ргезз, 1970. 4. 6гог(ш» Е.Е. Сон(го! ТЬеогу апг) В)о1ой)са) Вузгешз. Хею Уотерс.

Характеристики

Список файлов книги