4. Гомеостатические системы управления.
Гомеостатичность системы означает, что система не только выполняет предписанное ей задание — удержать жизненно важные параметры системы в допустимых пределах. Но и заботится о сохранении самой себя. С этой точки зрения простая система управления, имеющая один контур обратной связи, не обладает свойством гомеостаза. В ней отсутствуют механизмы, обеспечивающие постоянство ее состояния или структуры в процессе выполнения задания. Элементы гомеостатичности в системе управления появляются, когда у нее появляются две цели: наряду с достижением полезного результата обеспечить «внутренние» свойства. Сложные системы управления, имеющие различные механизмы дублирования и защиты, в той или иной мере обладают гомеостазом.
Формальное описание гомеостаза как свойства системы управления было дано В.Н.Новосильцевым. Он предложил описывать гомеостаз системы в терминах пространства состояний, где входным сигналом является потребность системы в веществах и энергии (темп их потребления), а выходным — темп их поступления. Тогда гомеостаз подразумевает малую чувствительность части существенных переменных состояния к внешним возмущениям.
Гомеостаз — функциональное состояние системы, при котором часть характеристических параметров системы в определенных условиях и в определенном диапазоне активности системы инвариантны к случайным возмущениям (или мало чувствительны к их действию).
Источниками случайных факторов-возмущений являются:
изменение внешних условий функционирования (например, атмосферные явления, помехи внешней среды и т. п.);
случайные колебания нагрузки (включая и потоки информации);
внутренние факторы (например, изменение режимов работы, естественное старение элементов, шумы внутреннего происхождения и т. д.).
Выход характеристических параметров системы за допустимые пределы ведет либо к гибели системы, либо к временной потере устойчивости. Устойчивая гомеостатическая система должна состоять из балансирующих или компенсирующих друг друга противоположностей, объединенных между собой определенным образом. Если это равновесие нарушается, то требуются специальные средства, направленные на поддержание устойчивости системы. Такими средствами в гомеостатических системах могут служить специальные методы управления.
А
втоматическое
поддержание гомеостазиса обеспечивается
т. н. гомеостатическими механизмами,
в которых используются рассмотренные
выше принципы управления. Параметры,
постоянство которых поддерживается
этими механизмами, задают гомеостатические
свойства системы. Характеристикой
гомеостатических свойств являются
гомеостатические кривые
— зависимости параметров системы
от величины факторов-возмущений.
П
Рис 9.2. Примеры
гомеостатических кривых
В живой системе существует управляемая конкуренция, что обеспечивает поддержание ее устойчивости. При воздействии на систему сильного возмущающего фактора конкуренция временно прекращается, а высвободившейся в результате этого ресурс переключается на решение задачи поддержания устойчивости системы. По мере приближения живой системы к предельным границам существования конкуренция в его внутренних структурах резко снижается, что обеспечивает выживаемость организма в экстремальных условиях.
Таким образом, управление внутренней конкуренцией в структурах живых систем по гомеостатическому типу позволяет, во-первых обеспечить высокое качество функционирования систем, и во-вторых, сделать их сверх устойчивыми по отношению к действию сильных возмущений.
В заключение отметим, что рассмотренные системные аспекты управления показывают всю сложность изучения систем даже с небольшим количеством элементов.