Секрет долголетия ночницы.

Биологи уже давно считают, что продолжительность жизни животного определяется очень просто: чем оно больше, тем дольше живет.

Самоорганизация в синергетике. Синергетическая теория управления (СТУ)

Материалы по биологии и химии / Самоорганизация в синергетике / Самоорганизация в синергетике. Синергетическая теория управления (СТУ)

Страница 2

Таким образом, процесс самоорганизации (образования «диссипативных структур») в сложной (состоящей из большого числа разнородных элементов взаимодействующих между собой по нелинейным законам), открытой для потоков энергии вовне и внутрь, вещества и информации, сильно неравновесной системе может происходить только из предшествующего состояния «динамического хаоса», благодаря «конкурентной борьбе» слабых и даже сверхслабых флуктуаций внутри системы. В результате этой конкуренции происходит разрастание той из них, которая по своим характеристикам состояния системы более оптимальна фрактальным свойствам того «странного аттрактора», к которому стремится система после точки бифуркации. В этом заключается роль «случайности» в определении траектории развития системы в «режиме с обострением», после точки бифуркации, а также принципиальная детерминистическая непредсказуемость траектории эволюции системы после прохождения ею точки бифуркации, точнее предсказуемость с точностью только до «аттрактора».

Основные особенности СТУ применительно к задаче системного синтеза состоят, во-первых, в кардинальном изменении целей поведения синтезируемых систем; во-вторых, в непосредственном учете в процедурах синтеза естественных свойств нелинейных объектов; и, в-третьих, в формировании нового механизма генерации обратных связей, т.е. законов управления. Конкретно суть этих нововведений состоит в следующем:

целью функционирования систем является достижение целевых аттракторов - асимптотических пределов в их пространстве состояний, отражающих желаемые технологические режимы систем;

целевые аттракторы и инвариантные многообразия отражают физическую сущность естественных процессов, протекающих в соответствующем объекте. Эти многообразия формируются на основе желаемых технологических инвариантов;

введение в процедуру синтеза инвариантных многообразий позволяет построить регулярный механизм аналитической генерации естественной совокупности отрицательных и положительных нелинейных обратных связей, которые формируют процессы направленной самоорганизации в синтезируемых системах.

При синергетическом подходе к синтезу систем целью функционирования замкнутой нелинейной системы, в отличие от классической теории регулирования и теории оптимального управления, является не только выполнение требований, выдвинутых к характеру переходного процесса, а, в первую очередь, обеспечение желаемого асимптотического поведения системы на аттракторе. Это связано с тем обстоятельством, что поведение любой нелинейной диссипативной системы может быть разделено на этап переходного движения, когда ее траектории устремляются к аттрактору, и этап асимптотического движения на желаемом аттракторе - цели системы. Такой подход позволяет принципиально разрешить проблему аналитического синтеза объективных законов управления нелинейными многомерными и многосвязными объектами. Это - законы обратных связей, синтезируемых на основе наиболее полных нелинейных моделей динамических объектов с непосредственным учетом их естественных закономерностей, физических (химических и др.) критериев и ограничений.

Таким образом, в СТУ целью синтезируемой системы является достижение соответствующего желаемого аттрактора, т.е. асимптотически устойчивого конечного состояния. Размерность аттрактора - цели исходной системы - обычно существенно меньше размерности ее фазового пространства. Отсюда вытекает идеология процессов обработки информации и управления в сложных нелинейных динамических системах: для этого необходимо, чтоб указанные процессы включали, по меньшей мере, две фазы: во-первых, фазу расширения и, во-вторых, фазу сжатия пространства состояний. Эти фазы реализуются с помощью соответствующей совокупности нелинейных положительных и отрицательных обратных связей. При этом в фазе расширения в системе формируется подмножество различных альтернатив поведения для ее взаимодействия с внешней средой или другими системами. В фазе сжатия система сжимает область притяжения аттракторов, ранее построенных, в один из желаемых аттракторов - цель системы. Согласно базовым положениям СТУ, стратегия управления направленными процессами самоорганизации в синтезируемых системах состоит в формировании и поддержании внешне- и внутрисистемных инвариантов, определяющих структуру соответствующих аттракторов - целей системы. В зависимости от поставленных целей вводимые инварианты и аттракторы могут быть постоянными или динамическими, что соответственно означает стабилизацию состояния системы или же переход ее в новое динамическое состояние. В первом случае системные инварианты реализуют «стабилизирующий», а во втором - «динамический» отборы. Другими словами, целенаправленное формирование инвариантов и аттракторов позволяет осуществить способ направленной самоорганизации систем. В этой связи СТУ, базирующаяся на идее направленной самоорганизации, позволяет по-новому поставить и затем эффективно решить многие трудные проблемы управления, которые либо не поддавались разрешению известными методами существующей теории управления, либо и вовсе не ставились в силу их особой сложности. Синергетический подход позволил принципиально расширить саму постановку проблемы управления и качественно изменить ее содержание как в отношении включения естественных свойств управляемых процессов в контекст задачи управления, так и в отношении охвата макрообластей фазового пространства конструируемых систем. Этот подход представляет собой развитие качественной и количественной теории динамических систем с сильно выраженным отражением физической (химической, биологической и др.) сущности управляемых процессов и поиском аналогов и законов поведения среди природных систем.