Вопрос 66. Теория управления. Понятие о системе управле­ния. Прямые и обратные связи.

Теория управления - раздел кибернетики, изучающий системы управления.

Кибернетическая система или система управления - упорядоченная совокупность взаимо­связанных и взаимодействующих элементов, закономерно образую­щих единое целое, которое обладает свойствами, отсутствующими у элементов, образующих это целое. Пример: человеческий организм.

Основные свойства систем:

1) наличие качеств, отсутствующих у отдельных элементов;

2) управляемость систем;

3) целенаправленность систем;

4) целостность систем;

5) саморегулирование систем;

6) самоорганизация систем;

7) иерархичность систем.

Система управления, как минимум, содержит в себе два основных блока или устройства:

у правляющее устройство (УУ) и управляемый объект (УО), между которыми имеются прямые и обратные связи. По каналу прямой связи передаются команды или управляющие воздействия к управляемому объекту с целью перевода его в требуе­мое состояние. По каналу обратной связи передается информация об эффективности управления. Обратные связи могут быть двух типов: положительные и отрицательные.

Под положительной обратной связью понимают такую связь, при которой система переходит на более высокий уровень функцио­нирования.

П ример: возникновение потенциала действия.

Процесс лавинообразно нарастает и заканчивается генерацией потенциала действия, а клетка, в которой это произошло, пере­ходит в возбужденное состояние.

Под отрицательной обратной связью понимают такую связь, при которой происходит стабилизация параметров системы.

Пример: регулирование содержания тироксина в крови.

Данная система поддерживает концентрацию тироксина в крови на строго постоянном уровне. Система работает так: тироксин явля­ется отрицательной обратной связью в этой системе управления, он тормозит выработку гипофизом тиреотропного гормона (ТТГ). При уменьшении концентрации тироксина в крови гипофиз начинает вы­рабатывать большее количество ТТГ, который заставляет щитовид­ную железу больше вырабатывать тироксина. Если тироксина в кро­ви стало больше нормы, то увеличивается тормозящее влияние этого гор­мона на гипофиз, ТТГ вырабатывается меньше и щитовидная железа меньше вырабатывает тироксина. Литература: Лекции.

Вопрос 67. Принципы работы системы автоматического ре­гулирования (сар) с воздействием по рассогласованию (на при­мере регуляции кровяного артериального давления при кровопотере).

Управление - процесс воздействия на управляемый объект с це­лью перевода его в требуемое состояние. Управление бывает двух видов - сохраняющее и поисковое.

Поиско­вое управление такой вид управление, при котором заранее неиз­вестно требуемое значение параметров и это значение отыскивается в ходе управления.

Пример: поиск оптимальной величины кровяного артериального давления при нагрузке.

Более простым видом управления является сохраняющее управле­ние, когда значение какого-то параметра сохраняется на строго за­данном уровне. Сохраняющее управление иначе называ­ют регулированием.

Пример: поддержание постоянства концен­трации тироксина в крови.

Рассмотрим принципы работы и блок-схему САР с воздействием по рассогласованию.

Условные обозначения:

1 - регулируемый объект, 2 - измерительное устройство, 3,4,5 - сосудодвигательный центр,

Х - регулируемый параметр (величина артериального давления),

Z - помеха - кровопотеря, происшедшая в результате ране­ния сосуда.

Величина параметра измеряется измерительным уст­ройством 2 - в нашем организме это баро - или прессорецепторы, рас­полагающиеся в дуге аорты и вырабатывает сигнал Х₁ о величине па­раметра X. Сравнивающее устройство 3 проводит сравнение должно­го значения параметра Х₀, которое вырабатывается эталоном или акцептором результатов действия 5. В результате такого сравнения вы­рабатывается сигнал рассогласования , в соответствии с величиной и знаком, которого регулирующее устройство 4 вырабатывает команду или регулирующее воздействие , которое переводит регулируемый объект 1 в требуемое состояние, при этом АД приходит к нормаль­ному уровню.

Следует отметить, что 3, 4 и 5 устройства - это группы нейронов, расположенные в так называемом сосудодвигательном центре. Ре­гулируемый объект 1 - это интегрированное понятие:

- во-первых, это сердце, увеличение частоты сокращений (положительный хронотропный эффект) или увеличение систоличе­ского объема (положительный инотропный эффект) увеличивают ми­нутный объем и, как результат, приводят к повышению АД;

- во-вторых, это сосуды, повышение сосудистого тонуса приведет к повышению АД;

- в-третьях, это кровяные депо, выход крови из дело в кровяное русло увеличит массу циркулирующей крови и увеличит АД;

- в-четвертых, это органы пищеварения, при кровопотере у чело­века появляется чувство жажды, при приеме определенного количест­ва воды она поступает в кровяное русло, увеличивая массу циркули­рующей крови и увеличивает АКД;

- в-пятых это органы выделения, почки резко уменьшают мочеот­деление, что ведет к задержке жидкости в организме и тоже ведет к повышению АД и т.д.

Таким образом, в понятие "регулируемый объект" входят практи­чески все органы и системы человеческого организма, что повышает эффективность регулирования.

Литература: Лекции.