УПРАВЛЕНИЕ И РЕГУЛИРОВАНИЕ ФУНКЦИЙ

Очерк 3. ПРИНЦИП ЗАМКНУТОГО КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

Принцип замкнутого контура регулирования вытекает из способности живого сопротивляться разрушающим воздействиям среды. Поэтому биосистеме недостаточно ответить на раздражение той или иной реакцией. Необходимо еще оценить, насколько эта реакция на выходе соответствует требованиям входного раздражения и приспособительна для поддержания оптимальных жизненных свойств системы в данных условиях.

Одну из попыток проанализировать общие принципы организации управляющих систем осуществил Ф. Гродинз (1966). В частности, он выделил в управляющем устройстве две подсистемы — детектор ошибки и собственно регулятор (рис. 54). Первая оценивает рассогласование, т. е. величину ошибки kye, равную разности между выходным у0 и задающим у1 сигналами, а также генерирует сигнал ошибки. Этот сигнал поступает в регулятор, который выдает на объект управления (на выход) скорректированную управляющую команду. В результате система уменьшает величину рассогласования между входом и выходом, т. е. приспосабливается к существованию в конкретных условиях.

Подобное поведение биосистемы возможно при одном обязательном условии — при наличии канала связи, по которому на вход управляющего устройства поступает информация о событиях, происходящих на выходе системы. Такие каналы получили название обратной связи. Функцию их в биосистемах выполняют любые пути (нервные проводники, циркулирующие в организме жидкости и др.). Часто обратная связь устанавливается вне биосистемы. Например, при осуществлении зрительного контроля (внешняя обратная связь) за перемещением звеньев тела в пространстве по заданной программе.

Все это позволяет сделать чрезвычайно важное заключение: биосистемы с обратной связью (а других не бывает) в реализации отношений со средой преследуют цель поддерживать выходной сигнал, равным (симметричным) задающему. Однако подобное было бы возможно, считает Ф. Гродинз, «если бы существовала уверенность в том, что на вход объекта управления не поступает никаких других сигналов, кроме сигнала управления Fe, и что свойства этого объекта остаются абсолютно неизменными во времени». Такой уверенности не только нет, но и шансы на ее появление совершенно невероятны. Ведь в этом случае «регулятор мог бы неявным образом «знать» о результатах своих управляющих воздействий на yo, и обратная связь, снабжающая регулятор информацией об этих результатах, в явном виде не требовалось бы». Предположить возможность отсутствия обратной связи в механизмах управления и регулирования, самоуправления и саморегулирования в живых системах — идея более чем несостоятельная. Это понятно хотя бы потому, что все биосистемы открытые и находятся в неравновесном стационарном состоянии со средой, а его необходимо постоянно поддерживать. Следовательно, объективно эти системы беспороговые в отношении реагирования на любые события, происходящие в беспрестанно изменяющихся условиях. Мало того, изменения, происходящие в биосистеме, реализующей ответную реакцию на события внешней среды, не полностью обратимы. Значит, в каждое мгновение состояние биосистемы отличается от предыдущего не только в силу естественно развивающихся онтогенетических изменений, но и благодаря следам предыдущих взаимодействий со средой. Ясно, что даже в маловероятных условиях неизменности сигналов, поступающих на вход, биологическая значимость их каждый раз будет иная, иным будет и выходной сигнал, информация о котором при любой скорости достижения входа будет постоянно поступать на функционально иной вход. Кроме того, биологические системы существуют в условиях не только избирательно задающих сигналов управления Fe, но и возмущающих воздействий Fd, не предусмотренных программой поведения биосистемы. Отсюда вывод: выходной сигнал, т. е. управляемая величина, всегда будет существенным образом отличаться от запросов входного, т. е. от основного задающего сигнала и шума, создаваемого дополнительными возмущающими воздействиями, которые в свою очередь также являются задающими сигналами и иногда даже могут меняться ролями с основным.

Блок-схема системы с обратной связью (по Ф. Гродинзу, 1966)
Рис. 54. Блок-схема системы с обратной связью (по Ф. Гродинзу, 1966).

Поэтому главная задача саморегулирующейся системы заключается в том, чтобы в реализации реакции поддерживать управляющую величину (выходной сигнал) не столько равной основному задающему сигналу, сколько оптимально отличающейся от него в условиях действия возмущения. Единственный способ установить наличие таких возмущений состоит в наблюдении их действия на выходной сигнал с помощью обратной связи, т. е. с помощью замкнутого контура регулирования.

Источники и литература

  • Логинов А. А. Очерки по общей физиологии. Основные свойства и закономерности живых систем. Минск, «Вышэйш. школа», 1976.