Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Новосельцев В.Н. -> "Теория управления и биосистемы. Анализ сохранительных свойств" -> 47

Теория управления и биосистемы. Анализ сохранительных свойств - Новосельцев В.Н.

Новосельцев В.Н. Теория управления и биосистемы. Анализ сохранительных свойств — Наука , 1978. — 320 c.
Скачать (прямая ссылка): teoriyaupravleniyabiosistemi1978.djvu
Предыдущая << 1 .. 41 42 43 44 45 46 < 47 > 48 49 50 51 52 53 .. 137 >> Следующая

Рис. 4.4. Процессы управления, оптимальные по различным критериям качества, во многих случаях практически не различаются. Критерий качества в оптимальной системе 00
выбран в виде Qv= ^ \e\vdf, где 8 —ошибка системы; тем не менее при всех v практи-0
чески достигается оптимальность по быстродействию. 6 (v) — относительное удлинение переходного процесса в системе при подаче на вход системы возмущения в виде единичного скачка при различных значениях v.
Кроме того, чем ближе система к оптимальности, чем она сложнее, тем все более дорогой ценой дается ее дальнейшее улучшение. Все больший объем информации требуется обрабатывать, все более трудоемкие алгоритмы приходится реализовать [218]. Оптимальные системы функционируют оптимально только при заранее известных сигналах на входах системы, например, только при ступенчатых или только при случайных воздействиях с заранее известными характеристиками; любая неопределенность во внешней среде ухудшает качество процессов в системе. Так, наличие шума в канале управления оптимальной по быстродействию системы резко увеличивает время достижения цели (рис. 4.5, [139]). Выигрыш, даваемый оптимальной
системой, снижается и при ошибочном определении параметров системы или условий среды (см. рис. 4.1).
Поэтому даже технические оптимальные системы редко реализуются на практике, и одно из направлений практического использования теории оптимальных систем заключается в том, чтобы давать обоснованное сравнение существующих неоптимальных конструкций объектов с предельно достижимыми (оптимальными) и принимать решение о возможности и целесообразности их усовершенствования. При этом цель исследования
Рис. 4.5. Действие помех на оптимальную по быстродействию систему. Рассматривается оптимальная по быстродействию система второго порядка, управляемый объект в которой описывается уравнениями яго=*1. Х\ = «, где jto —выходная координата системы, ла — ско' рость ее изменения. Управляющее устройство вырабатывает релейное управление «.равное + 1 или —1, которое при наличии случайных возмущений в канале передачи управления поступает на вход объекта в искаженном помехами виде, а) Оптимальный процесс при отсутствии помех; б) процесс в системе при действии случайных возмущений. На графике скорости видны изломч, соответствующие изменению знака управляющего сигнала с +1 на или наоборот, из-за чего переходный процесс в системе затягивается более чем
вдвое [139].
состоит в оценке тех затрат, которые требует усовершенствование системы, и того приближения к оптимуму, который эти затраты могут дать.
Не так ли «конструируются» и биосистемы? По крайней мере, уже в первых работах по критериям оптимальности в биосистемах на примере системы дыхания ставился вопрос о компромиссе между улучшением качества функционирования и энерготратами [203].
Рассмотрим, например, регуляцию основных переменных в сердечно-сосудистой системе человека цри импульсной физической нагрузке [29]. Переходный процесс по таким показателям, как частота сердечных сокращений и артериальное давление, в этом случае может быть у одних испытуемых колебательным, у других — апериодическим. Если выделить случаи наиболее быстро протекающих процессов апериодического типа в особую группу «оптимальных» процессов, то по артериальному давлению она составляет всего около 19% от числа испытуемых. Колебательный и апериодический тип регуляции в сердечно-сосудистой системе при физической нагрузке наблюдается
и у собак, хотя «оптимальный» тип при этом не выделяется [364]. Само разнообразие результатов подобных экспериментов свидетельствует о том, что биосистемы довольно «терпимы» к свойствам отдельных своих элементов и подсистем.
Подробнее это свойство живых систем мы рассмотрим в разд. 4.5.
3. Концепция оптимального управления неприменима к биологическим системам по формальным причинам. Оптимальность в строгом смысле этого слова требует выполнения довольно четко очерченного круга условий. В биологических системах формулирование и проверка этих условий связана с большими трудностями. «Понятие оптимальности к живой природе во многих случаях попросту неприложимо. Дело в том, что об оптимальности можно говорить в условиях, когда высказаны жесткие ограничения на то, что может меняться, когда ясно, что должно оставаться неизменным, и когда имеется точно очерченная целевая функция. В живой природе в общем случае эти обстоятельства не имеют места», — писал А. А. Ляпунов [110].
Постановка задачи об оптимальности управления в технике, рассмотренная в разд. 4.1, включает пять основных пунктов: объект управления; среда, в которой объект функционирует; критерий каяества системы; цель управления; наконец, ограничения на систему управления. Обсуждение каждого из этих пунктов позволяет не только оценить формальные трудности, стоящие на пути анализа биосистем как систем оптимального управления, но и более глубоко обсудить некоторые специфические черты организации биосистем.
' Объект управления. Общеизвестны трудности, возникающие при попытках разделить живую систему на «объект» и «регулятор». Лишь на некоторых уровнях организации (в том числе на организменном) существуют элементы системы (органы), явно выполняющие регулирующие функции, такие как нервная система. Но и на организменном уровне функции регулятора реализуются не только нервной системой — регулирующие механизмы включают в себя многие другие связи между его переменными. Объектом управления можно считать, например, подмножество переменных биосистемы, сохраняемых при вариациях условий среды. Сохранение этих переменных «происходит за счет изменения других; такие изменения мы будем называть регулятивными, поскольку за их счет удерживаются специфические признаки» биосистемы [28, стр. 24].
Предыдущая << 1 .. 41 42 43 44 45 46 < 47 > 48 49 50 51 52 53 .. 137 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed