Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Новосельцев В.Н. -> "Теория управления и биосистемы. Анализ сохранительных свойств" -> 87

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 .. 81 82 83 84 85 86 < 87 > 88 89 90 91 92 93 .. 137 >> Следующая

Таким образом, для первой группы моделей прежде всего характерна идея о регуляции уровней вещества и энергии в системе или же непосредственно связанных с ними переменных (таких, как давление). Если х — некоторый уровень вещества, рассматриваемый как выход системы, х — его опорное значение — уставка, то для моделей первого типа в стационарном режиме можно получить
Во вторую группу мы выделим модели, при построении которых интерес исследователя заключается в описании не столько уровней, сколько темпов изменения переменных, описывающих биосистему.
Если вектор состояния биосистемы есть х, то внимание исследователя сосредотачивается на поиске зависимостей
x = f{x). (7.3)
Такие модели широко распространены для всех видов исследования биосистем — экологического, физиологического, биохимического. Наиболее распространенным их типом являются компартментальные модели (см., например, разд. 6.6 и 6.7).
-Особо следует выделить модели второй группы для физиологических систем, хотя они составляют относительно малую долю всех разработанных моделей систем организменного и суборга-низменного уровня. Это, например, модели почечной функции [330], кислородного снабжения [83], системы теплового режима [211], модели поджелудочной железы [262]. Большинство же моделей функционирования организма и его систем строится по принципу классической схемы управления (см. разд. 3.4). >
v Для моделей второй группы основное внимание уделяется темпам процессов в системе — скоростям обменных реакций на клеточном уровне, потокам и их скоростям — на уровне организма и его систем, динамике изменения численности популяций — на надорганизменном уровне [349]. В качестве цели, обеспечиваемой механизмами регуляции в таких моделях, называется обеспечение стационарного режима, т. е. равенства темпов поступления и расходования составляющего систему вещества— первичных и вторичных темпов. Такое равенство может достигаться или при постоянных во времени значениях переменных или «в среднем» — в ходе колебательных процессов. Что касается переменных состояния, то при построении моделей получению каких-либо специфических свойств или характеристик переменных состояния часто не уделяется достаточного внимания.
• Впрочем, в последнее время в ряде работ по системам биохимического уровня проводится мысль о том, что «хорошая» регуляция темпов протекания процессов в сложных биохимических комплексах обеспечивает не только стационарность состояния системы, но и постоянство концентраций при изменяющихся условиях среды [72].
Разницу между двумя этими подходами при моделировании систем подчеркивал еще Л. фон Берталанфи, считавший, что методы кибернетики (и теории управления) применимы для построения моделей первого типа, а модели второго типа должны описываться в рамках теории открытых систем [31]. Из выше-
изложенного, однако, ясно, что и открытые системы могут успешно исследоваться методами теории управления, хотя естественным аппаратом их описания являются не столько приемы классической теории управления, сколько методы пространства состояний.
Сравним теперь оба рассмотренных подхода с позиций теории управления, обращая внимание прежде всего на те роли, которые играют в модели различные группы переменных, описывающих биосистему.
Напомним, что при описании физиологических систем мы можем выделить следующие основные группы переменных:
1) уровни вещества и энергии в системе и ее компартментах (концентрации или количества);
2) независимые темпы процессов — скорости утилизации вещества и энергии в системе и ее компартментах;
3) зависимые темпы — первичные и вторичные темпы или скорости транспорта веществ в системе и ее компартментах;
4) состояние окружающей среды.
В табл. 7.1 и на рис. 7.4 показано распределение ролей этих групп переменных в модели классической теории автоматического регулирования — схеме управления с отрицательной обратной связью по рассогласованию—и в компартментальной модели открытой системы. Напомним, что в классической схеме используется представление «вход-выход», а компартментальная модель строится в соответствии с методом пространства состояний и описывается уравнениями «вход-выход-состояние».
Принципиальное различие между двумя способами распределения ролей переменных в моделях с точки зрения теории управления состоит в выборе задающих входных сигналов. Если в классической модели задающий входной сигнал определяет желаемые значения уровня вещества в системе и вводится дополнительно, образуя новую специфическую группу переменных, то в моделях открытых систем задающими сигналами считаются необходимые для существования и жизнедеятельности системы темпы потоков вещества и энергии. Остальные сигналы распределяются в соответствии с этим главным положением.
Конечно, эта схема является лишь «скелетом», на котором строятся конкретные модели биосистем, и поэтому она не может отразить многих их характерных черт. Так, в схеме классической теории управления в качестве выходных переменных выступают далеко не все уровни вещества и энергии; обычно выбирается один из них (например, на физиологическом уровне— глюкоза, углекислота, кислород и т. д.), а остальные являются «внутренними» переменными системы, т. е. в соответствии с классическим рецептом они не должны включаться в
Предыдущая << 1 .. 81 82 83 84 85 86 < 87 > 88 89 90 91 92 93 .. 137 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

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

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed