Механизмы поддержания гомеостаза

1. Механизмы поддержания гомеостаза

2004
7 лекция - Аспекты управления 2
1

2. Механизмы управления.

Принцип управления по отклонению принцип обратной связи: контроль
выходного действия;
Принцип управления по возмущению принцип прямого управления: контроль
возмущающего фактора;
2004
7 лекция - Аспекты управления 2
2

3. Механизмы управления

По отклонению
Через цепь отрицательной обратной связи выходная
функция y(t), преобразованная в эквивалентное входное
воздействие x*(t), вычитается из управляющего входного воздействия x(t). Разность воздействий x(t)-x*(t)
через блок преобразования и регулятор (исполнительное
устройство, эффектор) управляет регулируемым объектом.
2004
7 лекция - Аспекты управления 2
3

4. Механизмы управления

По возмущению
Измеритель уровня внешнего возмущающего фактора
(t) случайной природы через блок преобразования
управляет исполнительным механизмом (регулятором)
так, чтобы воздействие этого фактора на регулируемый объект было бы компенсировано воздействием
со стороны регулятора.
2004
7 лекция - Аспекты управления 2
4

5. Механизмы управления

Пороговое управление - подключение
эффекторов к управляемой системе
только при превышении выходной функции
некоторого порогового уровня.
Программное управление - закон
управления известен заранее, он зависит
определяет от закона изменения входного
воздействия.
2004
7 лекция - Аспекты управления 2
5

6. Механизмы управления

Блочное управление - закон управления
представлен
соединением
блоков
стандартных подпрограмм.
Разновидностью
этого
подхода
к
организации
управления
является
использование
синергий
(мышечные,
информационные и другие синергии).
“Форпостное” управление – управление
на основе предсказания (прогнозирования)
развития ситуации во внешней среде.
2004
7 лекция - Аспекты управления 2
6

7. Механизмы управления

Изменение типа механизма управления: при повышении уровня - одни
механизмы, а при снижении уровня другие;
Комбинированный вариант : одновременное использование вышеуказанных
принципов.
2004
7 лекция - Аспекты управления 2
7

8. Варианты поведения управляемой системы

- реакция, представляющая собой простой
механизм поведения, включающийся вслед за
изменением выходной функции. Примерами такого
управления в живых системах служат рефлексы;
- стереотип, при котором поведение системы
строится по заранее определенной программе,
которая отработана системой и стала для нее
стандартной (типовой). Примерами могут служить
работа станков с ЧПУ, действия водителя по
управлению транспортным средством, работа
вычислительного комплекса по стандартной
программе обработки информации и многие другие
системы;
2004
7 лекция - Аспекты управления 2
8

9. Варианты поведения управляемой системы

- моделирование,
при
котором
каждый
поведенческий акт системы учитывает ее
текущее
состояние,
параметры
ОС,
преследуемые цели.
Формирование закона управления в этом варианте
требует анализа информации и распознавания
ситуации. Между ситуациями и поведением системы
должно устанавливаться соответствие, оценка
которого составляет основу управления, а ошибки
распознавания влекут за собой ошибки управления и
возможную гибель системы.
2004
7 лекция - Аспекты управления 2
9

10. Метаболизм -

Метаболизм обменный процесс, отражающий
взаимодействие подсистем и связанный с передачей вещества, энергии и информации в количествах
отдельных квантов - порций, значимо различимых для взаимодействующих подсистем.
2004
7 лекция - Аспекты управления 2
10

11. Различают:

- вещественный метаболизм;
- энергетический метаболизм;
- информационный метаболизм.
Их совокупность представляет
полный метаболизм.
Понятие “Метаболический котёл".
2004
7 лекция - Аспекты управления 2
11

12. Адаптивность

- способность
системы (ее свойство)
самооптимизировать свое поведение и
структуру в условиях воздействия случайных факторов и направленных систематических воздействий.
Случайные факторы – те же:
- изменения внешних условий;
- случайные колебания нагрузки;
- вариации параметров внутренней среды.
2004
7 лекция - Аспекты управления 2
12

13. Самоорганизующиеся системы

Верхним пределом адаптивности является
обеспечение
качества
управления
при
минимальных энергетических затратах за
минимальное время.
Самоорганизующаяся
система
-
система, способные устойчиво сохранять
характер взаимодействия с внешней средой
и другими
системами,
несмотря на
возможные изменения внутренних и
внешних факторов.
2004
7 лекция - Аспекты управления 2
13

14. Бионический подход

Имеет особое значение для синтеза
самоорганизующихся систем.
Изучение принципов организации и
функционирования живых систем с целью создания новых более совершенных
технических устройств и синтеза, оптимально
использующих свойства биологических и
технических звеньев, объединенных в единую
функциональную систему –
Биотехническую систему
2004
7 лекция - Аспекты управления 2
14

15. Требования к формированию функциональных характеристик

зависимость
от
процесса
функционирования системы;
- простота вычислений или измерений;
наглядное
и
сопоставительное
представление об одном из свойств системы;
- допустимость (в пределах возможного)
простой приближенной оценки по экспериментальным данным.
2004
7 лекция - Аспекты управления 2
15

16. Функциональные характеристики систем

- показатель эффективности;
- качество управления;
- надежность;
- помехоустойчивость,
помехозащищенность;
- устойчивость;
- степень сложности.
Интегральные и частные показатели: запас
прочности, ресурсы, стоимость, отказы, запас
устойчивости и т.п.
2004
7 лекция - Аспекты управления 2
16

17. Функциональные характеристики сложных систем

2004
7 лекция - Аспекты управления 2
17

18. Эффективность системы

Качество выполнения целевой функции и
стоимость затрат, пошедших на ее
достижение,
оцениваются
количественным (например, числовым,
зависящим
от
функций,
которые
описывают внутренние процессы) или
качественным (упорядочение "хуже лучше") функционалом
2004
7 лекция - Аспекты управления 2
18

19. Показатель эффективности

величина
(числовая
характеристика),
характеризующая степень приспособленности
системы
к
выполнению
поставленных перед нею задач.
R=R (u1, u2,...ur , х1, х2,...хn),
где u1, u2,...ur - параметры системы;
х1, х2,...хn - факторы воздействия из
внешней среды.
2004
7 лекция - Аспекты управления 2
19

20. Порог эффективности

некий уровень эффективности системы (с
точки зрения наблюдателя), превышение
которого означает выполнение функции, а
меньше значение – невыполнение.
Он не постоянен и зависит от взаимоотношения системы с другими системами и средой
Запас прочности системы –
возможность
системы
сопротивляться
неблагоприятным воздействиям и выполнять
свою функцию.
2004
7 лекция - Аспекты управления 2
20

21. Степень сложности системы

Сложность i-го элемента обозначим числом Тi
T
n
T k
i
i 1
i
где ki - количество элементов i-го типа,
входящих в систему.
Относительное число реализованных связей
M*
N ( N 1)
Общая сложность системы
n
T (1 ) Ti k i
i 1
2004
7 лекция - Аспекты управления 2
21

22. Принципы организации систем

Принцип целостности.
Принцип иерархичности.
Принцип относительности понятий.
Принцип относительной обособленности.
Принцип организованности.
Принцип целеобусловленности.
Принцип управляемости.
Принцип динамичности.
2004
7 лекция - Аспекты управления 2
22

23. Принципы организации систем

Принцип оперативности.
Принцип единства логического и
исторического методов исследования.
Для биотехнических систем дополнительно
введем:
Принцип симбиозности.
Принцип адекватности.
Принцип идентификации информационной
среды.
Принцип биотехнологичности.
2004
7 лекция - Аспекты управления 2
23

24.

Итоговый слайд
Рассмотрены
основные
положения
системного анализа. Даны определения и
оценены
свойства
основных
понятий.
Приведены последовательность этапов и цели
системного
анализа,
виды
описаний,
формируемые на каждом из них. Рассмотрены
системные аспекты управления, отмечены
основные функциональные характеристики
сложных систем и принципы их организации
2004
7 лекция - Аспекты управления 2
24