Биотехнические системы и технологии (Семенова ФИБС БТС 11 семестр) / Лекции 1-6

Метод поэтапного моделирования

Наличие в структуре БТС такой сложноорганизованной, принципиально нелинейной и динамической структуры, как живая подсистема создает значительные трудности в проектировании оптимально функционирующих БТС.

В.М. Ахутин: научная концепция синтеза БТС на основе бионического подхода, названная методом поэтапного моделирования.

Первый этап - подготовительный

•Конкретизируются целевая функция БТС и возможные режимы ее работы;

•Разрабатывается структурно-функциональная схема;

•Определятся БО, который предполагается в нее включить;

•Намечается предварительный алгоритм его функционирования в БТС;

•На основании априорных данных создается модель БТС с математической моделью встроенного в нее биологического элемента. При этом передаточная функция БО как управляющего звена (GЧО) зависит от конкретной задачи.

Примеры для определения передаточной функции ЧО

Варианты БТС:

•Для управления транспортным средством можно использовать модель, характеризующую его управляемость, в зависимости от технических характеристик ТС и профиля местности;

•Для управления энергетической системой в качестве модели GЧО выступают зависимости выхода энергии от параметров силовых агрегатов;

•Для медицинской задачи модель определяется назначением медицинского комплекса, например, для управления аппаратом искусственного кровообращения целесообразно использовать модель транспортной функции кислорода и т.д.

•При отсутствии априорных данных для приближенного математического описания функционирования биологического звена строится смешанная модель, на которой проводится бионическое исследование объекта с целью снятия соответствующих количественных характеристик.

Второй этап – управленческое согласование характеристик элементов БТС

•Осуществляются итерационные процедуры согласования характеристик элементов БТС в едином контуре управления. При этом все технические элементы достаточно корректно моделируются на ЭВМ.

•Выходы модели технической части сопрягаются с входами модели биологического звена.

•Проводится комплексное исследование функционирования БТС с целью оптимизации характеристик каждого из звеньев.

•В результате исследователь получает определенный набор характеристик-требований, которым должно отвечать биологическое звено для нормального функционирования БТС в заданном диапазоне режимов.

Второй этап – управленческое согласование характеристик элементов БТС

•Практическое значение результатов второго этапа заключается в том, что можно отобрать операторов по определенному множеству параметров (в том числе и улучшенных в ходе применения специальных обучающих программ) или подобрать прямой биологический аналог человеческому организму (например, в системах, для которых можно использовать организмы более простые, чем организм человека, - морские животные и представители крупного рогатого скота и т.п.).

Третий этап информационного согласования

•Исследуются информационные процессы, обеспечивающие соблюдение принципов адекватности и единства информационной среды.

•Для эргатических систем этот этап сводится к исследованию

возможностей минимизации входной осведомительной информации,

к разработке методов ее преобразования и предъявления сенсорным органам оператора для построения концептуальной модели, простой и в то же время достаточно полной для принятия правильного решения.

•На смешанной откорректированной модели в условиях управляемого эксперимента проводятся статистические испытания при строгом

учете (измеренных количественно) факторов окружающей среды и

состояния технической части системы.

•Корректируются решающие правила, заложенные в виде программ в системы обработки информации о состоянии объекта управления.

•Разрабатываются требования к специальным техническим устройствам, согласующим информационные и управленческие

характеристики технической и биологической частей БТС.

Четвертый этап – заключительный

•После изготовления макета БТС проводятся ее испытания в полунатурных (лабораторных) и натурных условиях.

•Обрабатываются данные эксперимента, и окончательно корректируется математическая модель;

•подготавливаются задания на инженерную разработку БТС.

•Разработчики метода поэтапного проектирования БТС показали эффективность его применения для различных типов БТС.

Биотехнические системы и технологии

к.т.н., доцент Семенова Евгения Анатольевна

БТС. Определение

•В.М. Ахутин: «Биотехническая система представляет собой контур биологических и технических элементов, объединенных в единую функциональную систему целенаправленного поведения».