3. Запаздывания и задержки.

В ременные запаздывания отличаются от временных задержек. Первые «отфильтровывают», или как бы смягчают, воздействие на систему внешних изменений без прекращения ее функционирования, тогда как вторые смещают во времени момент проявления изменений. Временные запаздывания связаны с тем временем, которое требуется системе для полного отражения влияния внешних сил. Временные задержки характеризуются временем, требуемым для проявления какой-либо реакции системы вообще.

Н

Рис. 8.4. Различная реакция системы на входное воздействие. а — входное воздействие, б — временная задержка, в — временное запаздывание.

а рис 8.4 показаны типы реакции системы на элементарное входное воздействие. При моделировании системы запаздывание может быть представлено функцией, отличной по форме от входного импульса, но, действие которой начинается в то же самое время. Задержка же представляется функцией, совпадающей по форме с входным воздействием, но сдвинутой по оси времени в сторону больших времен.

В случае временного запаздывания система реагирует медленно, однако изменения в ней начинаются сразу же по получении внешнего импульса. В случае временных задержек задерживается само начало проявления реакции системы на внешние изменения; если система реагирует на указанные изменения, то это происходит «сразу и полностью». Запаздывания могут и не быть столь нежелательными, как задержки. В системе с обратными связями наличие задержек может вести к потере устойчивости, что в свою очередь может явиться причиной неуправляемости системы.

Лекция 9. (Системный анализ) Гомеостаз.

Темы: Гомеостаз. Устойчивость и живучесть. Адаптивность. Гомеостатические системы управления.

1. Гомеостаз.

Для обеспечения устойчивости и развития сложной системы требуется гомеостаз одной или нескольких ее составных подсистем. Под гомеостазом системы подразумевается, прежде всего, сохранение целостного или интегративного свойства, отражающего сущность системы. Это и есть системный гомеостазис, поддерживающий основные параметры системы в определенных пределах и сохраняющий заданное состояние системы. Способность конкретной системы поддерживать гомеостаз представляет собой устойчивость системы, а состояние, при котором система устойчива — стабильное состояние. Системная устойчивость и системная стабильность, в свою очередь, означает поддержание системного гомеостаза. В некоторых случаях утрата частичного гомеостаза не только допустима, но и становится единственным условием сохранения системного гомеостаза. Важным свойством сложных систем является способность к внутренним переходам, изменениям качественного характера, что обеспечивает им системную устойчивость, возможность адаптироваться к неблагоприятным изменениям внешних условий и внутреннего состояния.

Гомеостаз не является целевой функцией системы, а только способствует выполнению целевой функции при различных изменениях внутренней и внешней среды.

Термин «гомеостаз» используют для обозначения состояния динамического равновесия системы. Гомеостаз — это набор взаимосвязанных правил поведения органической системы для поддержания ее в устойчивом состоянии. Постоянства устойчивого состояния можно достичь, если использовать отрицательную обратную связь, действие которой удерживает систему внутри области устойчивости. Термин гомеостаз был введен У. Шенноном при описании процесса биологического саморегулирования функций в организме.

Жизнедеятельность сложных систем, в том числе и живых, определяется двумя процессами:

1. функционированием, когда элементы системы и ее структура, выполняемые функции и условия (внешние и внутренние) на рассматриваемом промежутке времени остаются неизменными и стабильными;

2. развитием или увяданием, когда происходят качественные изменения в самой системе.

Таким образом, живые системы находятся в состоянии неравновесия — в состоянии развития, — которое получило название «гомеокинез». С позиций гомеокинеза можно объяснить тот факт, что живые системы постепенно вырождаются и умирают. Для каждой системы существует устойчивое состояние динамического равновесия, к которому она стремится, но никогда не может достичь.

П

Рис. 9.1. К назначению функции управления — удержание системы на гомеокинетическом плато.

роцесс ввода энергии в систему и процесс обработки информации имеют своей целью остановить тенденцию перехода системы в состояние с большей энтропией. Эти процессы можно рассматривать, как попытки системы достичь состояния равновесия и сохранить его, т. е. пребывать в пределах «гомеокинетического плато» (рис. 9.1). Это плато можно рассматривать как область неустойчивого состояния системы (схожего с гомеостазом), находясь в которой органическая система стремится к саморегулированию. Данное состояние может проявиться у человека в тот сравнительно непродолжительный период, когда все его жизненные функции достигли своей максимальной силы, а процесс регресса еще не начался. Биологи и физиологи установили, что после 25 лет функции человека уже не могут прогрессировать и человек остается в пределах гомеокинетического плато лишь в течение еще немногих лет.

С каждой стороны от гомеокинетического плато расположены области положительной обратной связи, находясь в которых система приближается к границе области своего существования вообще. Управление может быть, таким образом, определено как внутренние функции системы, направленные на то, чтобы удерживать ее на гомеокинетическом плато в течение максимально возможного времени. В экосистемах, как и во всех иных системах, на которые человек пытается влиять, понятие управления может быть расширено. Такое расширение полезно для учета влияния тех операций процесса проектирования системы, реализация которых удерживает систему на гомеокинетическом плато, где достигается временное состояние равновесия. Для данного равновесия характерно существование отрицательной результирующей обратной связи, т. е. здесь отрицательная обратная связь сильнее положительной и, таким образом, колебания в системе затухают. Вне области между двумя границами — нижней и верхней — положительная обратная связь сильнее отрицательной и результирующая обратная связь положительна, что ведет к нестабильности и возможному разрушению системы (рис. 9.1).