Чтобы изучать механизмы обеспечения гомеостаза, необходимо иметь имитационную модель, на которой можно было бы проигрывать различные режимы работы гомеостата. Такая имитационная модель была создана на основе системы уравнений, где регуляторы представлены минимально достаточными законами управления: для Р1, Р2, Р3 - пропорционально-интегральным законом, а для управления внутренним противоречием - пропорционально-дифференциальным законом. Минимальная достаточность системы уравнений, описывающих поведение гомеостата, заключается в минимальности заложенных законов регулирования, но достаточна с точки зрения отражения работы основных 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, например скоростно-чувствительными и концентрационно-чувствительными. Управляемый объект был представлен в виде звездообразной схемы замещения передаточных 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 избыточность и непроизводительные потери - своего рода "плата" за лучшие показатели в отношении качества регулирования, надежности и т.д. Вероятно, именно это обстоятельство послужило причиной, что такой способ регулирования еще не нашел применения в технике. Однако сейчас, когда резко возрастают 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 приводится компьютерная осциллограмма переходного процесса при большом скачкообразном возмущении, подаваемом в точку суммирования u1 и u2. Из осциллограммы (рис. 2а) видно, что при относительно сильном возмущении (q0/xst=5) гомеостаз быстро восстанавливается.
Рис. 2. Переходные процессы при скачкообразном возмущении в объекте. а- величина возмущения q0 = 100; б- предварительное отключение Р1 и затем приложение возмущения q0= 80.
Если величину q0 в тех же условиях увеличить до 110, то гомеостат потеряет живучесть, т.е. способность поддерживать заданный гомеостазу y=xst.
Если по каким-либо причинам происходит отключение одного из каналов регулирования, например Р1, то гомеостаз после небольшого колебательного процесса восстанавливается (рис. 2б). Но в этом случае снижается адаптационный ресурс гомеостата, а следовательно, и его живучесть. Он способен при принятых условиях, выдержать без нарушения поддержания значений выходного параметра y=xst величину возмущения q0 в диапазоне от-10 до +80, тогда как в норме выдерживает внешнее возмущение в диапазоне от -100 до +100. Таким образом, говоря языком биолога, границы нормы реакции гомеостата по данному признаку значительно сужаются.
В механизмах гомеостата важную роль играет ВНУТРЕННЕЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ, которое определяет внутреннюю управляемую конкуренцию и демонстрирует при этом мало изученные стороны закона единства и борьбы противоположностей. Разные философские системы указывали, что противоречия являются одним из определяющих в познании механизмов различных явлений в природе и обществе. Сейчас уже требуется осмысление и развитие этого понятия не только на философском уровне, но и на уровне системных исследований вплоть до создания методов количественной оценки противоречий.
ПРОТИВОРЕЧИЕ в гомеостатических системах - это характеристика различия и противоположности целей подсистем, вызывающих конкурентную борьбу между ними с соответствующими негативными последствиями для этих подсистем ("плата" за противоречие), и позитивного эффекта для всей системы (в виде повышения качества управления и устойчивости системы). Формальным образом вводятся также понятия "остроты противоречия", "степени антагонизма", "напряженности отношений", "компромисса" и т.п.
ОСТРОТА ПРОТИВОРЕЧИЯ - качественный показатель противоречия, определяемый через относительную противоположность целей "противоборствующих" подсистем. С формальной стороны острота противоречия рассматривается как степень разнонаправленности целей и как показатель их удаленности от осей баланса.
ПЛАТА ЗА ПРОТИВОРЕЧИЕ - это прагматическая оценка, характеристика негативных последствий в системах, вызванных действием между ними конкурентных или конфликтных отношений.
Внутри больших систем могут одновременно существовать противоречия между целой совокупностью целей, а при превышении эквивалентной величиной противоречия какого-то предельного значения может возникать обратимая или необратимая потеря устойчивости системы вплоть до ее распада. В связи с этим появляется необходимость введения эквивалентных показателей противоречия, которые позволили бы оценивать интегральную характеристику противоречия. В качестве такой характеристики используется показатель напряженности отношений.
НАПРЯЖЕННОСТЬ ОТНОШЕНИЙ внутри системы - это интегральная характеристика противоречия, обобщенная по совокупности противоречивых целей и учитывающая значимость целей и фактор последействия.
Напряженность отношений в конструктивном плане снимается компромиссом, т.е. некоторой платой каждой из конкурирующих сторон подсистем большой системы.
КОМПРОМИСС - это характеристика снятого противоречия, в общем случае определяемого через уменьшение величины противоречия, остроты и негативных последствий его действия; компромисс требует от конкурирующих (конфликтующих) подсистем каких-либо уступок, которые являются "платой" за позитивные последствия компромисса. Управление компромиссом, а следовательно, и величиной противоречий для подсистем внутри большой системы, играет особенно важную роль в биологических системах.
В биологических системах можно выделить два основных типа разрешения противоречия: целенаправленные, стремящиеся обеспечить устойчивую и экономичную работу системы в нормальных и экстремальных условиях, и патологические ("извращенные"), которые не способствуют достижению заданной цели функционирования системы.
ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННЫМ ОБРАТИМЫМ РЕШЕНИЕМ ПРОТИВОРЕЧИЯ в процессе функционирования гомеостатических систем является такое временное уменьшение внутреннего противоречия, которое либо обеспечивает сохранение баланса между конкурирующими каналами, либо способствует компенсации сильного внешнего воздействия.
ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННЫМ РАЗРЕШЕНИЕМ ПРОТИВОРЕЧИЯОшибка! Закладка не определена. В ПРОЦЕССАХ РАЗВИТИЯ гомеостатических систем будет такое изменение внутреннего противоречия гомеостата, которое в определенном отношении является адекватным уровню внешних возмущений и помех, действующих на гомеостат.
ПАТОЛОГИЧЕСКИМ РАЗРЕШЕНИЕМ ПРОТИВОРЕЧИЯ в гомеостатических системах будут такие изменения внутреннего противоречия, которые вызывают переход конкуренции между каналами гомеостата в конфликт и приводят к грубым нарушениям гомеостаза.
Существенную роль в процессе функционирования больших активных систем может оказывать феномен паразитирования, вызванный особым видом противоречия. Этот феномен часто служит началом деградирующих тенденций. Суть этого феномена состоит в том, что цели каждой подсистемы можно подразделить на цели, достигаемые в интересах всей системы (глобальные цели, ради которых и существует данная подсистема), и цели жизнеобеспечения подсистемы (цели ее собственных нужд). "Активные" подсистемы могут менять свои цели состояния в ущерб всей системе, например, гипертрофировать цели своего обеспечения и даже генерировать новые цели, направленные на удовлетворение своих "личных" интересов. Поскольку ресурс обычно ограничен, для достижения гипертрофированных целей одна из подсистем расходует на них большую его часть, а в пределе и весь ресурс.