Ергатична система з контуром стабілізації параметрів стану біологічної складової

Корисна модель належить до галузі систем автоматизованого керування і може бути використана в ергатичних системах, в яких в якості ланки оптимізації у ланцюгу зворотного зв'язку присутня людина (оператор). Наприклад, оператор реактора атомної станції, пілот літака, диспетчер керування рухом літаків, машиніст залізничного потягу і таке інше. Відома автоматична системи керування у контурі зворотного зв'язку якої знаходиться технічний пристрій для узгодженості параметрів сигналу між виходом системи і порівняльним пристроєм. Така система складається з порівняльного пристрою (ПП), приладу керування (ПК), об'єкту керування (ОК), приладу зворотного зв'язку (ПЗЗ) [1]. Входом системи є перший вхід ПП, виходом - вихід ОК. Недоліком такої системи є жорстка функціональна залежність між входом і виходом системи та неможливість зміни алгоритму керування в реальному часі у випадку виникнення нештатної ситуації або зміни цільової функції. Відома автоматизована система керування ергатичного типу яка складаються з ПП, ПК, ОК, кола зворотного зв'язку з біологічним об'єктом у якості оптимізуючої ланки (БОО) [2, 3]. У такій системі вхід БОО з'єднано з виходом ОК, вихід БОО з'єднано з другим входом ПП, вихід ПП з'єднано з входом ПК, вихід якого з'єднано з входом ОК. Перший вхід ПП є входом системи, вихід ОК є виходом системи. Наявність у колі зворотного зв'язку БОО - відкритої біологічної системи, кібернетичні параметри якої також залежать, як від дії зовнішніх дестабілізуючих факторів, так і її внутрішнього стану (гомеостазу), підвищує стохастичність вихідних параметрів системи. У разі перевищення інформаційного, психічного та фізичного навантаження деякої граничної норми, в наслідку порушення гомеостазу, кібернетичні можливості БОО можуть не забезпечувати необхідних функцій керування і система не може розглядатися як замкнена [4]. Це у свою чергу може знижувати надійність системи, ефективність керування у ній, а в окремих випадках призводити до аварій та катастроф. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення ефективності керування у ергатичній системі шляхом введення додаткового контуру стабілізації параметрів БОО, щоб забезпечити можливість оцінювання кількісних характеристик стану БОО - маркерів гомеостазу, та корегування їх значень в разі необхідності у реальному часі. Поставлена задача вирішується тим, що у ергатичну систему з контуром стабілізації параметрів стану біологічної складової (ЕСКС) перший вхід БОО з'єднано з виходом ОК, перший вихід БОО з'єднано з другим входом ПП, вихід ПП з'єднано з входом ПК, вихід якого з'єднано з входом ОК; перший вхід ПП є входом системи, вихід ОК є виходом системи, згідно з корисною моделлю, введено контур стабілізації параметрів біологічної складової (КСБС), який містить суматор та прилад корекції гомеостазу (ПКГ). Входом КСБС є перший вхід суматора, виходом - другий вихід БОО, який з'єднано з другим входом суматора, вихід суматора з'єднано з входом ПКГ, вихід якого з'єднано з другим входом БОО. Ведення у пристрій КСБС значно відрізняє запропоновану систему від прототипу, оскільки дозволяє мати кількісну інформацію про стан гомеостазу БОО у процесі керування системою та узгоджувати кібернетичні та фізіологічні можливості БОО з характеристиками усієї системи під час досяжності максимальних значень цільової функції керування. В результаті створюється замкнута система керування, що підвищує ефективність керування у ній. На кресленні зображено ЕСКС, яка містить ПП 2, ПК 3, ОК 4, БОО 6, ПКГ 11, суматор 12. Перший вхід 7 БОО 6 з'єднано з виходом 5 ОК 4, перший вихід 9 БОО 6 з'єднано з другим входом ПП 2, вихід ПП 2 з'єднано з входом ПК 3, вихід якого з'єднано з входом ОК 4, причому перший вхід 1 ПП 2 є входом системи, вихід 5 ОК 4 є виходом системи. Перший вхід 13 суматора 12 є входом КСБС, вихід суматора 12 з'єднано з входом ПКГ 11, вихід якого з'єднано з другим входом 8 БОО 6, а другий вихід 10 БОО 6 з'єднано з другим входом суматора 12 і є виходом КСБС. Розглянемо можливі випадки керування у ЕСКС 1. Керування у класичній ергатичній системі Математичне представлення класичної ергатичної системи у загальному може бути наступним y = f (x , a, z , t ) , (1) де у- параметри вектору стану ергатичної системи на виході 5 ОК 4 ; х - параметри вектору керування на вході системи і; a - параметри, яки характеризує кібернетичні параметри БОО 6 на виході 9, z - зовнішні дестабілізуючи фактори, які впливають на поведінку ергатичної системи ; t - час. В залежності від відхилення параметрів у на виході 5 ОК 4 від заданих х на вході 1, БОО 6 на виході 9 формує сигнал неузгодженості e = f (x , y , z , t ) , який поступає на вхід ПК 3 і змінює параметри на вході ОК 4 для того, щоб утримати параметри вектору стану y ергатичної системи в межах, що необхідні для досягнення цільової функції Y. Дія зовнішніх дестабілізуючих факторів z та динаміка руху ергатичної системи, яка залежить від Y може de призвести до того, що швидкість зміни параметру неузгодженості = f (a ) не буде відповідати необхідним dt значенням для досяжності ергатичною системою необхідного значення цільової функції Ymax , що знизить ефективність керування у системі. 2. Керування у ЕСКС Параметр a , що характеризує кібернетичні можливості БОО є функцією трьох складових: a(t ) = f (g , d , Q ) , (2) де g - фактор динаміки руху об'єкту; d - фактор дії зовнішніх дестабілізуючих факторів; Q - фактор дії внутрішніх дестабілізуючих факторів. Визначимо гомеостаз БОО як ì DЕ ® Е opt ï ï Q(t ) = Ф í I ® IS , (3) ïRE ® RE ï max î z min £ z £ z max де Q(t ) - значення маркерів гомеостазу; DE - енергетичний баланс; IS - інформаційна ємність БОО; RE фактор фізичної цілісності; zmin , zmax - діапазон допустимих значень параметрів зовнішніх дестабілізуючих факторів. ЕСКС може досягати значення Ymax , якщо параметр а знаходиться у деяких допустимих межах a = a opt , що визначається гомеостазом БОО - Q(t ) . Виходячи з виразів (2), (3) для утримання оптимальних значень кібернетичних параметрів БОО на другому виході 10 БОО 6 формуються поточні кількісні показники маркерів гомеостазу Q(t ) , що надходять на другий вхід суматора 12. В залежності від параметрів d, g, z на першому вході 13 суматора 12 формується вектор допустимих значень Q(t )lim у даній точці простору та часу і для конкретного БОО. На виході суматора формується вектор неузгодженості DQ = Qlim - Q , що надходить на вхід ПКГ 11. У залежності від виду неузгодженості та його величини ПКГ формує сигнал, який поступає на другий вхід 8 БОО 6 для мінімізації значення DQ , що у свою de чергу максимізує параметр і надає можливість підвищити ефективність керування у ЕСКС. dt Джерела інформації 1. Азарсков В. Н., Блохин Л. Н., Житецкий Л. С. Методология конструирования оптимальных систем стохастической стабилизации. - К.: Книжное издательство Национального авиационного университета, 2006. 440с. 2. Новосельцев В. Н. Теория управления и биосистемы. - М.: Наука, 1978. - 320с. 3. Ахутин В. М., Немиренко А. П., Першим Н. Н. и др. Биотехнические системы: Теория и проектирование. Изд-во Ленингр. ун-та, 1981. - 220 с. 4. Поліщук С. Т., Бойко I. Ф. Гемодіалізна технологія. - К.: ППНВ, 2006. - 216с.