Воронов Е. М. Методы оптимизации управления ММС на основе стабильно-эффективных игровых решений (2001) (1264203), страница 94
Текст из файла (страница 94)
– М.: Глобус, 1998. – 190 с.3См. Филимонов Н.Б. Гомеостатические системы и двухрежимный автомат ограниченийуправляемых динамических объектов // Изв. ВУЗов. Приборостроение. 1998. Т. 41, № 1–2.С. 17 – 34.4См. Новосельцев В.Н. Моделирование естественных технологий организма для исследования процессов управления его жизнедеятельностью // Автоматика и телемеханика.
1992,№ 12. С. 96 – 105.528Исследование стабильности, эффект. и элементов СТЭК. Часть IV(смотри также гл. 1 и [179]) позволяет включить в модель техническиесредства искусственного поддержания жизненных процессов (системы детоксикации и очистки крови, искусственные и вспомогательные органы) иобъединять технические и биологические управляющие структуры в рамках единой биотехнической системы. При этом, с одной стороны, технический компонент в этой системе может быть спроектирован как ИТС, благодаря встроенной динамической экспертной системе и биофизически подобным механизмам саморегуляции, с другой стороны, ИТС является тойадекватной биологическому объекту технической средой, в рамках которой учет целевых признаков позволяет поддерживать предельное целевоекачество СЕТО и ИТС на основе самосохранения в форме обобщения компенсационных свойств гомеостаза [46, 216].
При этом в процессе формирования гомеостатирующей системы предельного целевого качества полезно использовать новые возможности биофизических синергических методов управления 1.12.2. КОМПАРТМЕНТАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ НА ПРОСТРАНСТВЕФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ СИСТЕМЫВ работе [179] показано, что описание энергетического и материального обеспечения функционирующих сложных систем (жизнедеятельностьорганизма, производственные процессы и т.д.) можно представить на основе понятия компартмента – обособленного, в том или ином смысле, количества вещества или энергии, которое в ходе транспортных, производственных процессов и обмена веществ в системе может рассматриватьсякак единое целое.Система уравнений на пространстве компартментальных состоянийимеет вид [179]nndxk(12.1)= ∑ ykj ( x, ν ) − ∑ y jk ( x, ν ) + yk 0 ( x, ν ) − y0k ( x, ν ) + wk ,dt=j 1 =j 1j ≠kj ≠kгде k = 1, 2,..., n .Система (12.1) описывает совокупность процессов возникновения, перемещения, накопления, преобразования и элиминации некоторого наборавеществ (материалов, продуктов и т.п.) и энергии.
Модель (12.1) содержитn компартментов, каждому из которых отвечает одна переменная состояния xk .1См. Бахур А.Б. Некоторые положения теории гомеостатических систем, используемыедля анализа сложных управляемых комплексов. – Сборник: Технологические системы иуправление в организме: общие принципы и аналогии // Сборник трудов. Вып. 3. М.: ИПУ,1996. С. 15 – 29.Глава 12. Компенсационные процессы гомеостаза529Вектор x = ( x1 , x2 ,..., xn ) – вектор состояния системы; y jk – транспортный поток вещества (энергии) из k -го в j -й компартмент (индекс О –окружающая среда).Вектор ν = ( v1 , v2 ,..., vm ) – вектор возмущений в системе (в биологических применениях, как правило: состояние окружающей среды и нарушение процессов жизнедеятельности организма).Технологические процессы даны скоростями протекания вещественно– энергетических процессов в компартментах вектором w = ( w1 , w2 ,..., wn ) .Компартменты подразделяются на рабочие wi ( t ) ≠ 0 и накопительныеwi ( t ) = 0 .
В рабочих, число которых n1 < n , имеют место производствен-ные процессы. Будем считать, что компартменты пронумерованы, начинаяс рабочих. Тогда по определению(12.2)w = w1 , w2 ,..., wn1 ,0,...,0 .()Рабочие компартменты могут быть двух типов – источники wi ( t ) ≥ 0 истоки wi ( t ) < 0.
В источниках идет продуцирование, в стоках – потребление, расход, элиминация. В целом рабочий процесс в СЕТО и ИТС можетбыть связан с источниками и стоками одновременно.Так, процесс обработки деталей на станке можно представить тремяисточниками (электроэнергии, заготовок, запчастей при ремонте). Биохимический процесс естественной технологии синтеза энергии в митохондриях живой клетки может быть описан вектором w из четырех компонент: источник полезной энергии (молекулы ацетилтрифосфорной кислоты – АТФ), источник тепла, сток «горючего» (глюкозы), сток окислителя(кислород).*=wi w=Заданные режимы формируются в виде заданийi ( t ) , i 1,..., n1 .В накопительных компартментах wi* ( t ) = 0 и изменение соответствующих компонент вектора x в них связано только с темпами (скоростями)транспортных потоков вещества (энергии).12.3.
ПРИНЦИП ОПТИМИЗАЦИИ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХСИСТЕМ И СИСТЕМ ЕСТЕСТВЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ОРГАНИЗМА НА ОСНОВЕОБОБЩЕННОЙ МОДЕЛИ САМОСОХРАНЕНИЯ (СТАБИЛЬНО-ЭФФЕКТИВНЫХКОМПЕНСАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ ГОМЕОСТАЗА)По В.Н. Новосельцеву [179] генетически обусловленное функциональное назначение организма состоит в поддержании собственной жизни, аназначение производственной системы состоит в эффективном выполне-530Исследование стабильности, эффект.
и элементов СТЭК. Часть IVнии ею штатных функций. В общем случае, развивая точку зрения [179],можно утверждать, что термин «предназначение» означает поддержаниеэффективной работоспособной структуры системы (ее самосохранение) иобеспечение энергетическими, материальными и информационными потоками, необходимыми для производственных процессов и процессов естественных технологий реального времени.Существенным элементом обеспечения самосохранения живых, технических и биотехнических систем является их ресурсная и алгоритмическаяизбыточность, которая у живых систем образовалась в ходе естественнойэволюции, а у технических – в ходе эпигенетического [179] развития сформированием в составе ИТС экспертной подсистемы реального временис развитой базой знаний [215].
Избыточность позволяет достигать болеевысоких уровней назначений систем (оптимизационных, адаптационных,интеллектуальных и т.п.) и, следовательно, уровней целей.Простейшим необходимым условием сохранения функционированиясистем является баланс материальных, энергетических и информационныхпотоков – оттока и притока энергии, веществ и информации. При этом оноформулируется не в виде традиционных для теории управления заданийуставок, а в виде определенных соотношений между заданными входнымипеременными и регулируемыми выходами.Входными переменными являются заданные темпы протекания процессов wi∗ ( t ) , которые могут быть дополнены вектором управления u ( t ) ,а регулируемыми выходами являются темпы y ( t ) транспортных потоков.Простейшим примером производственного баланса является уравновешивание потока готовых деталей транспортными потоками, удаляющими их сместа производства.
Аналогично функционирующие системы доставкивеществ (дыхание, кровообращение) и их элиминации (почки, печень)удовлетворяют жизненную потребность wi живой клетки в энергии. В работе [179] было отмечено, что задача синтеза системы с целью выполнениязаданных соотношений между регулируемыми величинами получила развитие в методе синтеза координирующих систем 1.Известное из теории систем и теоретической биологии 2 условие баланса в виде стационарного (неравновесного в термодинамическом смысле)состояния системы (12.1)dxi(12.3)=i 1,..., n, t > t00,=dtcведено в [179] к квазистационарности в виде системы1См. Бойчук Л.Н. Синтез координирующих систем автоматического моделирования.
–М.: Энергоатомиздат, 1991. – 160 с.2См. Новосельцев В.Н. Теория управления и биосистемы. Анализ сохранительныхсвойств. – М.: Наука, 1978. – 320 с.Глава 12. Компенсационные процессы гомеостазаnnj ≠kj ≠k5310,∑ ykj ( x, ν ) − ∑ y jk ( x, ν ) + yk 0 ( x, ν ) − y0k ( x, ν ) + wk ==j 1 =j 1(12.4а)k = 1, 2,..., n 1 ,(12.4б)xk > 0, k =n1 + 1,..., n ,где стационарность обеспечивается только в производственных компартментах, в накопительных компартментах достаточно потребовать лишьстрогой положительности переменных.Соотношения (12.4а и 12.4б) характеризуют первый уровень целей самосохранения системы, где стационарность обеспечивается только в производственных компартментах, в накопительных компартментах достаточно потребовать лишь строгой положительности переменных.Достижение первого уровня целей связано с обеспечением устойчивости динамики системы производственных компартментов и существованием установившегося режима (12.4а).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
