Теория управления и биосистемы. Анализ сохранительных свойств - Новосельцев В.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Способность биосистемы сохранять свои индивидуальные признаки в процессе развития, т. е. способность данного генотипа создавать в широком диапазоне условий среды один и тот же фенотип, часто называется гомеостазом развития [129, 325]. Этот термин относится к одной особи, и его следует отличать от генетического гомеостаза, который характеризует группу особей. Генетический гомеостаз означает «устойчивость популяции к изменению ее генетического состава под влиянием отбора» [129, стр. 267]. Гомеостатические свойства генетических систем определяются их структурой; введение мутантных генов может ухудшить гомеостаз. Так, в мутантных линиях введение в генотип дрозофилы гена Ваг делает процесс образования фасеток чувствительным к температуре среды.
Сохранение наследственной информации является одним из кардинальных условий существования жизни. Однако надежность хранения генетического кода не исключает возможности его изменения и использования таких изменений в эволюции. Стабильность характеристик в особи сочетается таким образом с пластичностью популяций и видов в эволюционном процессе.
Современные представления о молекулярно-генетических механизмах и системах управления подытожены в монографии [170], где рассматриваются специфические свойства генетических систем управления во всем многообразии их свойств — в клетках, организмах, сообществах. Сохранительные свойства систем самовоспроизведения понимаются здесь как их устойчивость в широком смысле, когда существенные состояния или режимы системы'«устойчивы к достаточно широкому спектру возмущений, изменению параметров и конструктивных особенностей системы». ([170]{?м. также [290]).
КЛАССИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ УПРАВЛЕНИЯ
И БИОСИСТЕМЫ
3.1. Методология теории автоматического управления
Методы теории управления в последнее время находят все более широкое применение при анализе систем различного рода — технических, биологических, медицинских, экономических. В каждой из этих областей исследователь сталкивается с задачами, обладающими специфическими особенностями. Так, многие технические системы имеют относительно небольшое число переменных и параметров, а связи между ними почти всегда можно определить в ходе экспериментального исследования системы или в ходе ее конструирования и разработки. В биологических и медицинских задачах число существенных переменных, как правило, очень велико, а связи между ними, характер влияния одной переменной на другую, часто неясны. Если учесть, что непрерывно совершенствуются и сами технические системы, для которых собственно и был предложен и вместе с которыми развивался и совершенствовался аппарат теории управления, то ясно, что расширение области применения теории управления постоянно требовало как интенсивного развития идей и методов этой теории, так и разработки специфических приемов анализа систем для различных областей применения.
В развитии методов теории управления условно можно выделить два основных периода. Различные специалисты по-разному определяют характер и время перехода от одного периода к другому [237, 238, 293]. Однако общий смысл этого перехода состоит в следующем: если на первом этапе развития теории управления — на этом этапе чаще использовался термин теория автоматического регглирования — интерес исследователей был сосредоточен на простых системах, имеющих, например, один вход и один выход и функционирующих в простых условиях, то на втором этапе внимание специалистов привлекли сложные системы с большил числом переменных и параметров, имеющие многообразные цели и решающие сложные задачи в меняющихся условиях.
Первый период, условно называемый периодом передаточных функций, продолжался примерно до 1960 г. В этот период были разработаны в основном классические методы теории управления — понятие обратной связи, понятие передаточной функции системы, методы преобразования и решения дифференциальных и разностных уравнений управляемых систем. Главное внимание в этот период уделялось исследованию систем с одним входом и одним выходом, хотя определенные успехи имелись и в изучении систем с несколькими входами и выходами [46, 260].
Второй период (1960—1970 гг.) охарактеризовался переносом центра внимания исследователей на сложные системы управления со множеством входов и выходов. Главным достижением этого этапа принято считать формулирование понятия состояния системы, а сам период поэтому часто называется периодом переменных состояния [293]. В этот период наибольшее развитие получили матричные способы описания и исследования систем, методы устойчивости по Ляпунову, методы исследования систем в терминах «вход-выход-состояние».
Переход от первого этапа ко второму совпал с зарождением и развитием таких новых разделов теории управления, как теория больших систем, теория иерархических структур, теория адаптации и обучения, когда кругозор специалистов по теории управления стал резко расширяться. По-новому стали формулироваться и представления о принципах организации и управления в биологических системах. Так, для системы управления движениями были сформулированы такие «неклассические» * принципы управления, как блочное управление — синергии, принцип локального управления сложными системами, была показана эффективность многоуровневого принципа организации систем управления, преднастройки и обучаемости [223].
