ГОМЕОСТАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

— техническое устройство, моделирующее особое свойство живых организмов — гомеостазис, т. е. свойство организма удерживать свои характеристики в допустимых для его существования пределах (напр., поддержание положения тела, постоянство т-ры тела, стабилизация содержания кислорода в крови, а также сахара и гормонов и т. д.). Англ. нейрофизиолог У. Эшби (р. 1903) построил аналоговую модель многосвязанных процессов управления, решающих задачу гомеостазиса, и назвал ее гомеостатом. Гомеостат Эшби состоит из четырех вращающихся магнитов, изменяющих сопротивления четырех жидкостных потенциометров. Напряжения, снимаемые с потенциометров, после усиления подаются через переключатели на катушки, притягивающие или отталкивающие вращающиеся магниты. При некоторых сочетаниях положений переключателей полярности сигналов система устойчива, а при других — неустойчива, т. е. магниты отклоняются до упоров. В гомеостате есть устройства, случайно изменяющие положение переключателей полярности, пока не будет найдено такое из них, которое обеспечивает устойчивость, после чего поиск устойчивого состояния прекращается. Знаки и величины четырех коэффициентов пропорциональности можно изменять при помощи указанных реостатов и переключателей полярности напряжений. Кроме того, обмотка каждого магнита, реализующая обратную связь, питается от реостата, имеющего 25 положений. Всего возможно = 390 625 различных состояний гомеостата, часть из которых статически устойчива, а часть — неустойчива. Если система находится в одном из неустойчивых состояний, то магниты движутся к упорам, выходные напряжения увеличиваются и происходит очередное переключение состояния. Гомеостат переключается до тех пор, пока не найдет одно из устойчивых состояний, при котором магниты находятся вблизи среднего положения.

Система находит устойчивое состояние при действии самых различных возмущений, поступающих в систему (напр., при мех. соединении двух магнитов с Помощью планки), или при изменении знака связи (переключении полярности одной из электр. связей системы). Такое целеустремленное поведение гомеостата (система не успокаивается, пока не достигнет устойчивости) Эшби назвал свойством ультраустойчивости. Для внеш. наблюдателя Г. с. всегда кажутся устойчивыми, т. к. неустойчивые состояния системы проскакивают почти мгновенно. В гомеостате Эшби были использованы четыре усилителя. Другие исследователи построили экспериментальные модели систем, состоящих из большого числа одинаковых усилителей, связанных между собой. Кроме того, проведено много работ по моделированию процессов в Г. с. на универсальных вычисл. машинах.

Отличительной особенностью гомеостата Эшби является то, что в нем нет запоминающих устройств (нет памяти). Если гомеостат нашел устойчивое состояние, то при изменении условий он «забывает» его и может вернуться к нему только случайно, в процессе нового поиска.

Рассмотрим некоторые общие закономерности работы Г. с. Пусть в системе имеется регулирующих воздействий, каждое из которых имеет возможных значений, тогда число возможных ходов равно продолжительность поиска , где Т — продолжительность одного включения. Допустим, что показатель экстремума (ф-ция выгоды) системы принимает достаточно хорошее значение в к режимах. Начальная вероятность попадания в один из этих режимов . Энтропия (степень неорганизованности) системы

Для гомеостата Эшби ни вероятность принятия устойчивого состояния ни степень неорганизованности системы не изменяются. Но с помощью несложных усовершенствований Г. с. такого типа можно сделать способной к обучению, к улучшению процесса поиска устойчивых состояний. Необходимо только реализовать в системе отключение из поиска малоперспективных состояний или первоочередное опробование наиболее перспективных состояний.

Если применяется система отключений s опробованных и оказавшихся непригодными режимов, вероятность благоприятного исхода случайного поиска с каждым ходом возрастает;

где s — номер последнего хода. Следовательно, при обучении энтропия уменьшается. В Г. с. с первоочередным опробованием наиболее перспективных состояний спец. счетные реле или интеграторы регистрируют число и продолжительность существования каждого режима. При поиске оптим. режима сначала опробуются режимы, которые чаще всего встречались в данной системе. Целью этого усовершенствования является сокращение времени случайного поиска режима. Применение счетчиков (накопителей информации) — осн. способ улучшения методики поиска. Беспорядочный случайный поиск часто нерационален, т. к. он слишком продолжительный.

На принципе гомеостата Эшби были созданы различные устройства, в т. ч. специализированная вычисл. машина для определения оптим. значений параметров автопилотов и др. систем автомат, регулирования методом случайного поиска с отключением уже испытанных комбинаций. Машина находит оптимальную настройку за 20—30 мин поиска.

Лит.: Чичинадзе В. К. О некоторых вопросах построения самонастраивающихся и самообучающихся систем автоматического управления, основанных на принципах случайного поиска. В кн.: Труды I Международного конгресса Международной федерации по автоматическому управлению, т. 2. М., 1961; Ивахненко А. Г. Самообучающиеся системы с положительными обратными связями. К., 1963 [библиогр. с. 320—323]; Эшби У. Р. Конструкция мозга. Пер. с англ. М., 1964 [библиогр. с. 404—407].

А. Г. Ивахпенко.