Гомеостатика - Страница 4

т.е. имеют

разные знаки на выходе. Практически это выражается в том, что рабочие

точки симметричных регуляторов предварительно разводятся относительно

нулевой точки, что создает как бы противоречие между каналами, которое

является "горячим резервом" гомеостата. Управление этим резервом, также

как и коррекция задания регуляторам, производится регулятором-руководи-

телем. Причем делается это очень "мудро": во всех режимах поддерживается

гомеостаз и не допускается чтобы конкуренция между регуляторами-исполни-

телями перешла в конфликт, т.е. чтобы один из них начал подавлять дру-

гой. "Горячий резерв "вводится только для компенсации больших неожидан-

ных возмущений. Задания между рабочими регуляторами перераспределяется,

если функция одного из них начинает снижаться. Подобный механизм

действует вплоть до полного отключения одного их них.

Различные возмущения, действующие на саму систему управления, могут

нарушать работу всего управления и привести к полной дезорганизации

функционирование объекта. Рис. 1. Блок-схема модели основного контура

гомеостата

а) основной контур; б) выходная характеристика при конкурентных отно-

шениях; в) выходная характеристика при союзнических отношениях.

Обозначения: Р3 - регулятор-руководитель; Р1,Р2 регуляторы-исполните-

ли, находящиеся в конкурентных отношениях; R1, R2, R3 - три уровня отно-

шений: R1 - между исполнителями и управляемым объектом, R2 - между ис-

полнителями, R3 - между исполнителями и руководителем; О - объект регу-

лирования; u1, u2 - управляющие сигналы с противоположно направленными

знаками; y1, y2 - обратная связь от объекта регулирования на регулято-

ры-исполнители; y3 - обратная связь на регулятор-руководитель и выход

сигнала на внешние структуры; Xs - входной сигнал; Ys - выходной пара-

метр.

В технике существует три основных способа защиты системы управления

от действия на нее помехи: создание специальных экранов, использование

различных фильтров и самокомпенсация, т.е. управление; дополнительной

адаптации; защитный. Информационные сигналы поступают на регулятор-руко-

водитель и разделяются им на два симметричных потока, которые направля-

ются через регуляторы-исполнители, находящиеся между собой в конкурент-

ных отношениях, т.е. имеют разные знаки на выходе. Практически это выра-

жается в том, что рабочие точки симметричных регуляторов предварительно

разводятся относительно нулевой точки, что создает как бы противоречие

между каналами, которое является "горячим резервом" гомеостата. Управле-

ние этим резервом, также как и коррекция задания регуляторам, произво-

дится регулятором-руководителем. Подавление помехи внутри самого управ-

ления посредством тех или иных информационных преобразований. Первые два

способа защиты от помехи являются пассивными, а последний активным.

Гомеостат живого организма не содержит в своем составе (по крайней

мере для электромагнитных возмущений) явно выраженных экранов или

фильтров, поэтому можно полагать, что основным способом защиты гомеоста-

та от проникающей помехи является способ самокомпенсации. Вероятно,

именно этот фактор в значительной степени повлиял на отбор природой та-

кой структуры гомеостата. Сильная помеха оказывает двоякое действие на

систему управления живого организма: для верхних уровней она служит ос-

новной информацией для запуска соответствующих адаптационных механизмов,

а для нижних выполняет роль вредных воздействий, которые, если их не

скомпенсировать, могут нарушить поддержание различных гомеостазов.

Чтобы изучать механизмы обеспечения гомеостаза, необходимо иметь ими-

тационную модель, на которой можно было бы проигрывать различные режимы

работы гомеостата. Такая имитационная модель была создана на основе сис-

темы уравнений, где регуляторы представлены минимально достаточными за-

конами управления: для Р1, Р2, Р3 - пропорционально-интегральным зако-

ном, а для управления внутренним противоречием - пропорционально-диффе-

ренциальным законом. Минимальная достаточность системы уравнений, описы-

вающих поведение гомеостата, заключается в минимальности заложенных за-

конов регулирования, но достаточна с точки зрения отражения работы ос-

новных механизмов, которые действуют в гомеостате. Обратные связи для

упрощения имитационной модели представлены как линейные и независимые,

хотя в живых организмах они могут быть нелинейными и зависимыми, напри-

мер скоростно-чувствительными и концентрационно-чувствительными. Управ-

ляемый объект был представлен в виде звездообразной схемы замещения пе-

редаточных функций. Эффект от такого регулирования при демпфировании

больших возмущений будет тем большим, чем глубже внутреннее противоречие

внедряется в объект.

Следует учесть, что в этом случае будут соответственно большими избы-

точность и непроизводительные потери - своего рода "плата" за лучшие по-

казатели в отношении качества регулирования, надежности и т.д. Вероятно,

именно это обстоятельство послужило причиной, что такой способ регулиро-

вания еще не нашел применения в технике. Однако сейчас, когда резко воз-

растают требования к живучести, помехозащищенности систем управления

особенно ответственными объектами, гомеостатические принципы управления

будут привлекать все большее внимание и в технических задачах.

В разработанной схеме модели гомеостата новыми моментами являются:

наличие противоречия между каналами и управление этим противоречием как

"горячим" резервом; согласование управления заданиями Р1 и Р2 со стороны

Р3; введение дифференциального метода включения каналов и сам объект с

сохранением принципа конкурентного управления.

Для иллюстрации хороших динамических свойств гомеостата ниже приво-

дится компьютерная осциллограмма переходного процесса при большом скач-

кообразном возмущении,