1 дәріс. Реттеу теориясы
жүктеу/скачать 238,84 Kb.
|
лекция 1 (1)
|
1 дәріс. Реттеу теориясы Кибернетика жүйесі, каналдар арқылы байланыста болатын, құрамында басқарушы және басқаруға жататын екі бөліктен құралған. Өзін-өзі реттеуші жүйе ережеге сай, осы басқарушы жүйемен басқарылатын жүйенің аралығында тура және кері байланыстан тұрады. (1-сурет)
Реттеудің жоғарғы орталығы
Х-реттелетін шаманың маңызы жайлы ақпарат 1 сурет. Кері теріс байланыстың өзін-өзі реттеу жүйесінің сызбасы. f –бағдарлама; f-x=ε келіспегендік; у- басқару сигналы; х-нәтижесінен реттеуші шаманың мәнінің әсері; Басқарушы құрылым басқарылатын жүйенің элементтерінің аралығында болғандықтан өзіне сәйкес объектіні реттейді. Басқару деген түсініктің көптеген анықтамасы бар. А.П.Берг бойынша басқару жүйенің бір күйден екінші күйіне әсер ету арқылы өзгеріске келтіру. Қандай да бір объектіні басқару, реттеуші шамалары бойынша сипатталады. Мысалы, қан және жүрек-қан тамыр жүйесі реттелуші объект ретінде мынандай реттеуші шамалары болады: қанның қысымы, осмостық қысым, глюкозаның концентрациясы, қандағы оттегі. Басқарылатын объект динамикалық жүйе, оның реттеуші шамасы әсердің салдарынан әртүрлі ауытқуларға душар етеді. Ауытқу басқарылатын кез-келген объектіге, кез келген сыртқы ортаның әсерінен реттеуші шаманың өзгеріске түсуі. Мысалы, осындай реттелуші шама, қандағы глюкозаның концентрациясы, бұл жердегі ауытқу белгісі глюкозаның бауырдан немесе ішектен қандағы және керісінше глюкозаның қанның ұлпаға ағып өтуі. Басқаратын құрылғы, сигналды канал арқылы тура объектімен байланысу арқылы іске асырылады. Қарапайым жүйеде басқару, бұйрықтың орындалуын бақылаусыз іске асырылады. Орындайтын тізбекке берілген команда қатал бағдарлама арқылы беріледі. Осыған ұқсас көптеген техникалық приборлар мысалы, автоматты станоктарда арнаулы перфокартаға немесе магнитті лентаға жазылған бағдарламалар арқылы басқарады. Жүйедегі объектіні басқару тигізетін әсердің нәтижесінде ауытқымайтын болса, тура байланыс негізінде басқарылуы мүмкін, егер жүйедегі объекті басқару тигізетін әсердің нәтижесінде ауытқымайтын болса. Егер ауытқулар байқалса, онда жүйенің істен шығып қалуы мүмкін. Мысалы, автоматты станоктың бір деталы (қысқышы-зажим) түсіп қалса, онда жұмыс тоқтайды. Күрделі динамикалық жүйеде егер ол ауытқуға душар болған жағдайда басқару ережесі бойынша кері байланыс деңгейінде жүріп және процесстің жүруін бақылауды да қадағалап отырады. Басқарушы объектің арасындағы ролді кері байланыс арқылы басқарушыдағы қандай да бір өлшеуші құрылғы және кері байланыс каналы орындайды. Өлшеуші құрылғы реттеуші шаманың х мәнін өлшеп, осы ақпаратты басқарушы белгісіне жібереді. Одан кейін реттеуші шаманың шын мәні салыстырушы ақпаратқа түсіп, реалды көрсеткішін х берілген бағдарламаның мәні f салыстырады. Ол үшін салыстырушы апаратты f бағдарламасының көрсеткіштеріне байланысты, басқару іске асырылады. Жоғарыда көрсетілгендей бағдарлама салыстыру аппаратының құрылымында жасалуы керек, кейде оданда жоғарғы реттеуші орталықтанда әкеліп кіргізуге болады. Салыстыру арқылы алу амалын белгілейміз: f-х салыстырмалы аппарат бағдарлама мен реттеуші шаманың және ақпараттың басқарушы құрылғыға аралық келісімділіктің жоқтығын ажыратуын анықтайды. Ал басқарушы құрылғы келісімдіксіздіктің негізгі шама деңгейіне сәйкес басқаруға тиісті сигналдарды жөндеп оны басқарылатын объектіге береді. Басқарушы сигналдың ақпараттық мазмұны сондай, ол басқарушы объектіге үрдісті өзгертіп келіспеушілігін азайту жағына қарай бағыттайды. Әсердің нәтижесі жайлы ақпарат тағыда басқарушы бөліктегі өлшеуші құрлығына беріліп, басқаруға жаңадан түзетулер енгізеді. Бұл айтылған реттеуші үрдіс жалғаса береді, егер келіспеушілік әзірше ноль деңгейіне жетпейінше. Сонымен реттеуші шама берілген мәннің маңында тербелісте болады (2сурет). 2 сурет. Реттеуші үрдістің сызба нұсқасы. А-статикалық бағдарлама бойынша реттеу; Б-динамикалық бағдарлама бойынша реттеу Х-реттелуші шаманың мәні. Бағдарлама бойынша реттелуші статикалық болуы мүмкін яғни уақытқа қарай өзгермейтін, динамикалық-онда реттеуші шаманың мәні уақыт қызметіне байланысты. Егер жоғарғы реттеуші орталықтағы салыстырушы ақпаратқа бағдарламаны енгізсе, онда жүйені реттеу кез келген режимде, жоғары орталықтың тапсырмасына сәйкес жұмыс істей береді. Басқарудың тиімділігі реттеуші жүйенің уақытымен сандық сипатына байланысты болады. Егер басқарылатын объект әсердің нәтижесінде ауытқу пайда болса, онда реттеуші жүйеде берілген шама мәнінен ауысып алғашқы келіспеушілік пайда болады. Одан әрі қарай реттеу шамасы бағдарламада берілген мәніне біртіндеп жақындай бастайды. Бір мәнінен, екінші мәніне өтетін реттеуші шаманың қисық сызығын өтпелі процесстің қисық сызығы немесе реттелу үрдістің қисық сызығы деп аталады. Берілген мәнімен реттеуші жүйе тез сәйкестілікке немесе келісімге келетін болса, реттеуші қисық сызық берілген бағдарламаның бойына жақын, реттеудің параметрлері дұрыс болады. Бұл реттеуші жүйенің сапасын бағалау әдісі физиологиялық және медициналық зерттеулерде қолдануға тиімді әдіс деп айтуға болады. «Реттеу аймағы» деген көрсеткішті енгізсек онда ағзаның реттеуші жүйесіне сандық баға беру арқылы медициналық диагностиканың объективтілігінің жоғары екендігін айтуға болады. Сонымен кез-келген басқару жүйесін басты үш ерекшеліктерімен сипаттауға болады: 1)басқарушы және басқарылатын жүйелер бөліктерінің арасындағы тура байланысқа келіп түсетін басқару сигналы 2)басқаратын және басқарылатын жүйелердің жеке бөліктерінің арасындағы кері байланысты басқару процессін бақылау және өзгерістер енгізу 3)басқарылатын объектінің ағымдағы күйіне кері байланыс кері байланыс каналымен келіп түсетін сигналдарын басқару және салыстыру аппараттары арқылы ақпараттарды өңдеу. Ағзадағы барлық үрдістер басқарылады және реттеу кері байланыс арқылы іске асырылады. Биологиялық жүйенің техникалық жүйеден айырмашылығы кері байланыс түзу сызық күйінде жүрмейді егер кіретін шамамен түзетудің аралық нәтижесінде тура тәуелсіздік болмаса. Бұндай жағдай реттеудің нақтылығын күшейтуге мүмкіндік жасайды. Гольдманның көрсетуі бойынша ағзаны реттеуші жүйенің басты ерекшелігі, реттеуде ауытқулар болады келіспеушілік және бірінші және екінші туындастығының ауытқудың басқаша жылдамдығы, үдеуі бойынша сәйкес келуі т.б. Бұл да реттеудің жоғарғы дәлділігін қамтамасыз етумен қатар, ағзаның тіршілігне қауіпті жағдайдан құтылуына ықпал етеді. Кері байланыс ағзадағы әртүрлі үрдістерді реттеуде үлкен маңызы бар. Кері байланыстың маңызы жайлы және оның ішінде жүйке жүйесінің бейімделуінде афференттік реакциясы жайлы П.К.Анохин 1935 жылы көрсеткен болатын. Бұдан ертеде физиологтардың аузында рефлекторлық доға деген түсінік тараған болса, ал қазірде рефлекторлық сақина деген жалпылама ұғым айтылып жүр. Рефлекторлық доғада орталық жүйке жүйесі мен эффектордың арасы кері байланыс рефлекторлық доға арқылы қосылады. Адамның еркін қозғалыс қимылыда, кері байланыстың арқасында іске асырылады. Бұл құбылысты ең қарапайым мысал келтіру арқылы дәлелдеуге болады. Егер адам бір мақсатпен қимыл жасаса, мысалы, столдан қандай да бір затты алуға талпынса. Ол жағдайда бас миынан жүйке импульсі тиісті канал арқылы қолдың еттеріне келіп оны қимыл-қозғалысқа мәжбүрлейді. Бұл басқаруға бағытталған тура байланыс. Ал қолдың қимылы барлық уақытта көру және кинетикалық анализаторлар арқылы бақыланып отырады. Ал осы екі рецептордан ақпарат тура байланыс арқылы іске асырылады, содан кейін бас миына жетіп, сол жерде қимыл қозғалыстың нәтижесі салыстырып, анықталып бағдарлама бойынша тиісті нәтижеге жетуге бағытталады. Осының негізінде түзетуші сигналдар жасалынып қолдың қимылы траектория бойынша тиісті жеріне қарай жақындайды. (2 сызба нұсқа). Басқаруды түзетуге байланысты адам дәлме дәл мақсатты бағытталған қозғалыстар жасайды. Бұдан басқа да талдағыштар адамның қимыл-қозғалысына бақылау жасауға қатысып отырады. кірме
Кері байланыс
2-сызба нұсқа. Қолдың қозғалысын басқарушы жүйенің сызба нұсқасы Кері байланыс кезінде үрдістерді реттеу біртұтас ағза негізде ғана емес, молекула, жасуша құрылымның жүйелер деңгейінде, де іске асырылады. Өзін-өзі реттеу кейбір жағдайларда химиялық реакцияға тән үрдіс. Химиялық реакцияны өздігінен реттеу қасиеті, реакция өнімін тұрақтандыруға бағытталған. Бұл Ле-Шаталье принціпінде көрсетілген. Егер химиялық жүйеге ауытқу жасаса, онда үрдіс жүйесінде құрылым өзгеріп, ауытқуды орнына келтіруге, жүйені тұрақтандыруға ұмтылады. Оған мынандай мысалдар келтіруге болады. Мысалы ағзадағы химиялық реакцияның өздігінен реттелуі. Белгілі болғандай жасушадағы энергияның әмбебап көзі АТФ гидролизделінгендегі энергия. Айта кетерлік жәйт, жасушадағы АТФ концентрациясы өзін өзі реттеу механизмінің деңгейін тұрақты күйде ұстап тұратын қабілеттілігі болады екен. Ал гидролиздену мен фосфорлаудың тотығуындағы энергияның есебінен АТФ түзіледі. Егер АТФ ыдырауы күшейсе (жасушалардың белсенділігінің өсуінен), онда АДФ-тің концентрациясының жоғарылауына және минералды фосфат күшейуіне мәжбүр етеді. АДФ пен фосфаттың концентрациясының жоғарылауы массаның әсер заңына сәйкес фосфорлауды ынталандырып, АТФ-тың мөлшерін жоғарылатады. Бұл жағдайда, реттеуге пайдаланған ақпарат реттелуші заттың стационарлық концентрациясының өзгеруі арқылы беріледі. Бұндай реттеудің түрі басқада механизмдермен бақыланып отыруыда мүмкін, мысалы, мембрананың өткізгіштігі өзгеріп, соның салдарынан стационарлық концентрация өзгереді. Бұл жерде ең маңызды жағын айтар болсақ, сыртқы ақпаратты стационарлық концентрация түрінде кодтау, нуклеин қышқылының ақпаратына тәуелсіз күйде жүреді. Тірі жүйенің ең маңызды қасиеті ағзаның ішкі ортасының тепе теңдігін (гомеостаз) ұстап тұруға ұмтылуы. Гомеостаздың басты идеясы, ағза өзінің, ішкі және сыртқы байланысын өзгертіп, ішкі ортаның маңызды деңгейін тұрақты ұстап тұруға бағыттайды. Мысалы сүтқоректілердің гомеостатикалық көрсеткіші денесінің температурасы, ал басты көрсеткіштері белсенді реакция қанның осмостық қысымы, оттек концентрациясы, глюкоза, қандағы иондар т.б. Гомеостазды сақтау кері байланыс негізінде өзін-өзі реттеу арқылы іске асырылады. Барлық жағдайларда да басқару ролін орындаушы бас миы, оның ішінде басты қызмет көрсетуші гипоталамус және ішкі секреция бездері. Ал орындаушы бөлімі ішкі мүшелер мен бұлшық еттер. Ал байланыстырушы тура және кері каналдардың ролін атқарушы афференттік және эфференттік жүйке және қанайналу жолдары, сол арқылы гуморалдық әсер етіледі. Ал өлшеуші құрылғы рецепторлар терморецепторлар, осморецепторлар, хеморецепторлар т.б. Бұл механизмдердің реттеуші шамалары оптималды немесе қолайлы деңгейде ұстап тұруға бағытталады. Аздаған өзгерістердің салдарынан реттеуші шамалар өзінің мәнін өзгертпейді. Ал күштірек әсер еткенде реттеуші механизмдер оларды қолайлы күйге ауыстырады. Сонда да барлық деңгейлері ауытқудың физиологиялық нормасы шегінде болады. Ең ақырында сыртқы ортаның әсері күшті өзгерсе, реттеуші механизмдердің тепе-теңдікті сақтауға қабілеттілігі жетпейді. Реттеуші шамалар физиологиялық нормадан ауытқып, патологиялық күйге түседі. Тепе-теңдік жүйенің реттеу жұмысын гомойотермиялық жануарлардың дене температурасының өзгеруінен бақылауға болады (3сурет). Реттеу гипоталамусқа орналасқан жылу реттеуші орталықта іске асырылады. Реттеу динамикалық бағдарлама арқылы жүреді. Таңертең адамның денесінің температурасы 36,5ºС кешке 37,5 ºС дәлдік реттеуі ±1ºС.
жүйке суықтық рецептор жүйке жылулық рецептор
3 сурет. Дене температурасын реттеудің сызба нұсқасы (Хэнзел бойынша, 1966) Дененің температурасын белгілі деңгейде сақтау ағзаның денедегі жылу өндірудің және жылу берудің жылдамдығына байланысты. Жылудың бірінше көзі еттердегі тотығу үрдісіне және ішкі мүшелердегі биохимиялық процесстерге байланысты. Осы процесстердің қарқынының өзгеруі жылу өндіру жылдамдығына әсер етеді. Ол мынандай жағдайда өзгереді: тер бөлінуінің қарқынының өзгеруі, терідегі қанның ағысына, тыныс алу жиілігіне, дененің сыртқы беткейінің көлеміне, түктердің күйіне. Егер дененің tºС берілген мәніне ауытқитын болса, онда ақпарат терморецепторлық орталықтан, қан арқылы гипоталамусқа жетіп, жылу реттеу орталығына келеді. Жылу реттеу орталығы ақпараттарды талдау, сараптау арқылы сигналдарды тиісті жылу түзілу және жылу шығару мүшелерге, қозғалғыш және вегетативті жүйкелер арқылы жібереді. Нәтижесінде жылу өндіру мен жылу бөлу жылдамдығы өзгеріп, келіспеушілікті жояды. Дененің температурасын дәлме-дәл реттеуге мүмкіндік, терідегі терморецепторлар реттеуші орталыққа ақпараттарды жіберіп сыртқы ортаның әсерін ауытқуға дейін сезіп отырады. Одан басқада реттеудің дәлдігі реттеуші ортаның алдын ала бақылауы шартты рефлекстік қызметке байланысты, ертерек басқарушы сигналдарды дайындап отырады. Ағзадағы кері байланыстың жүру механизмі әлі де болса нашар зерттелінген. Сонда да болса, бұл жағдай медицина үшін ең маңызды мәселе. Мысалы, диабет ауруының пайда болуы, тек ұйқы безінің қызметінің бұзылуынан ғана емес, мүмкін глюкорецепторлардың ауруынанда болуы мүмкін. Жоғарыда айтылған реттеу жүйесі тек теріс кері байланыс арқылы жүреді. Айта кетерлік жәйт, теріс кері байланыс барлық жағдайда жүйедегі келіспеушілікті жойып, жүйені тұрақтылыққа әкелуге бағытталады. Кері байланыстың екінші түрі оң кері байланыс. Оған мысал мынандай құбылысты айтуға болады: вегетативті жүйке жүйесінің симпатикалық бөлімінен импульс бүйрек үсті безіне келеді (бұл тура байланыс). Сол уақытта адреналин қанға бөлінеді. Осындай жағдайда ол қан арқылы миға жетіп адреналин жүйке жүйесін белсендіріп оның бөліну қарқынын одан әрі күшейтеді, бөліну белсенділігі көпке дейін жалғасып, жасушада әбден мүмкіндік шегіне жеткенше болады. Бұл жағдайда адреналин бүйрек үсті безімен бас миы арасында кері байланысты іске асырады. Егер осы кері байланыс ұзақ уақыт болса жүйенің элементтері тұйықталып, әрбір элемент келесі өзгеруді ынталандырады. Осыған байланысты жүйеде оң кері байланыс қарқынмен дами бастайды. Бұл жағдайда қарқындылығы, пәрменділігі күшейуіде мүмкін немесе баяулауыда мүмкін. Оң кері байланыс жүйенің біркелкілік еместігін сақтап, келіспеушілік немесе сәйкес еместік үрдісі уақытқа байланысы жоғарылай береді. Оң кері байланыс механизміне тағы да бір мысал, жасушада импульстің генерациялануы арқылы әрекет потенциалының пайда болуы. Бұл жағдайда жасуша мембранасындағы деполяризация мембранадан Nа+ ионының өтуіне яғни мембрананың өткізгіштігін (Nа+ ионы үшін) жоғарылатады. Оң кері байланысқа тағы да бір мысал, ағзада кейбір патологиялық үрдістердің тууы. Кез келген шамадан тыс тітіркендіргіш бір мүшенің қызметін бұзады, соның салдарынан келесі мүшеде бұзылыс жалғасады, ал кері байланыс арқылы бірінше мүшеге жаңадан әсер етеді де нәтижесінде патологиялық күйге ауысады (мысалы шок естен тану). жүктеу/скачать 238,84 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|