Теория управления и биосистемы. Анализ сохранительных свойств - Новосельцев В.Н.
Скачать (прямая ссылка):
модель, а их суммарной характеристикой должна быть передаточная функция высокого порядка от рассматриваемого входа к данному выходу. Однако в конкретных моделях физиологических систем исследователи не пошли по этому пути, и их все более сложные схемы постепенно отходили от простых классических канонов. Поэтому, хотя методологически уставка все еще продолжает играть принципиально определяющую роль в таких моделях, фактически ее влияние на процессы в системе тем меньше, чем больше «внутренних», незастабилизированных переменных в модели.
Рис. 7.4. Роль различных переменных в моделях физиологических систем, а) В схеме классической теории управления: задающий входной сигнал—специально вводимые опорные значения х (уставки), выходной регулируемый сигнал —значения соответствующих уровней, концентраций х, возмущающие входные сигналы — состояние среды и и темпы потребления вещества (иитеисивиость функционирования) w. Зависимые темпы у играют роль одного из управляющих сигналов, б) в схеме открытой системы задающий входной сигнал —независимые «емпы w, выходной регулируемый сигнал — зависимые темпы у, возмущающий входной сигнал — v. Уровни вещества и энергии —вектор состояния х — играют роль одного из управляющих сигналов (пассивное управление) наряду с ие показанными на схеме активными управляющими механизмами. На рисунках использованы обозначения: Р —ре-гулятор, О —объект управления.
Другим фактором, не учитываемым в схематической табл. 7.1, является наличие специальных активных регулирующих механизмов, которыми должны быть дополнены обе схемы на рис. 7.4. В табл. 7.1 в роли управляющих сигналов классической схемы выступают зависимые темпы. При этом имеется в виду, что их «управляющая функция» состоит в том, что они участвуют в образовании регулируемых уровней. В компартментальной модели в качестве управляющего сигнала выступает вектор состояния, выполняющий функцию пассивного регулятора темпов.
Вопрос о том, какая из двух возможных схем дает более адекватное описание процессов регуляции, составляет предмет обсуждения специалистов по многим физиологическим системам. Во многих случаях современная физиология пока склоняется к выбору классической схемы, показанной на рис. 7.4, а. Кроме традиции, здесь, вероятно, не последнее место занимает и то, что в моделях классического типа проблема гомеостаза получает наиболее простое толкование.
Однако и схема компартментальной модели открытой системы, где в качестве регулируемого сигнала выступают темпы
Переменные в Роль переменных в модели биосистемы
В схеме классической тео В модели открытой системы
рии управления при использовании компарт-
ментальиого представления
1 Уровни Выходной сигнал (управ Переменные состояния
вещества н энер- ляемые, регулируемые
I ИИ переменные)
2 Независимые Возмущающий вход Задающий входной сигнал
темпы утилиза ной сигнал
ции вещества и
энергии
3 Зависимые «Внутренний» управля Выходной сигнал
темпы доставки ющий сигнал
вещества и
энергии
4 Переменные Возмущающий входной Возмущающий входной
внешней среды сигнал сигнал
5 Специальный Задающий входной сиг В модели ие нужен
сигнал, задаю нал (опорный сигнал,
щий «желаемые» уставка)
уровни вещества
и энергии
Рис. 7.5. Режим натрия в организме Интегратор / определяет количество натрия в организме, которое после умножения на коэффициент k\ дает концентрацию Na, обозначаемую через cjsjg* В зависимости от с^а в поджелудочной железе секретируется альдостерои. Накапливаясь иа интеграторе 2, темпы потоков альдостерона дают его количество и концентрацию п0-*1 Действием которой находятся процессы выделения Na в почках.
Схема представляет собой компартментальную модель открытой системы, ко в ней отсутствуют сигналы, играющие роль независимых темпов расхоювания Na, необходимых для жизнедеятельности организма.
процессов, постепенно становится равноправной моделью физио« логических систем. Характерной в этом отношении является позиция, занятая известным американским физиологом А. Гайтоном, изложенная им в справочнике по медицинской физиологии [304]. Описывая роль отрицательных обратных связей в организме человека, он подчеркивает: «Концентрация, темп процесса или количество вещества — вот те величины, которые должны регулироваться» [304, стр. 9].
