Устройство для моделирования распределения потоков энергии в экологических и биологических системах Советский патент 1982 года по МПК G06G7/60 

(5) УСТРОЙСТВО для МОДЕЛИРОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТОКОВ ЭНЕРГИИ В ЭКОЛОГИЧЕСКИХ И БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Изобретение относится к бионике и предназначено для моделирования процессов управления распределением энергии в экологических и биологических системах.

Известно устройство для моделирования нервной клетки, содержащее сумматоры, функциональные преобразователи, источник питания, инвертор и экстремальный регулятор. Принцип действия известного устройства основан на преобразовании энергии, получаемой от некоторого источника tn.

Однако устройство не обеспечивает воспроизведение энергетических и функциональных механизмов.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для моделирования процесса переноса вещества (ионов)через .биологическую мембрану, содержащее сумматоры, интеграторы, блок задания начальных условий, блок задания физико-химических параметров и констант,квадратор, блоки умножения, датчик концентрации вещества, блок деления, регистрирующий блок Г2.

Известное устройство не обеспечивает достаточной точности моделирования процессов управления распределением энергии в живых системах.

Цель изобретения - повышение точности моделирования.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее четыре блока вычитания, введены четыре блока выпрямления и два усилителя, причем выхоД первого блока выпрямления через первый усилитель соединен с первым входом первого блока вычитания, выход которого через второй блок выпрямления подключен к первым входам второго, третьего и четвертого блоков вычитания, второй вход первого блока вычитания соединен с вторым входом второго блока вычитания, выход которого является первым выходом устройства, ВЫХО.Д третьего блока выпря мления через второй усилитель подключен к второму входу третьего бло ка вычитания, выход которого через четвертый блок выпрямления соединен с вторым входом четвертогр блока вычитания, выход которого является вторым выходом устройства, выход четвертого блока выпрямления является третьим выходом устройства На чертеже изображена блок-схема устройства Устройство содержит управляющие подсистемы 1 и 2, силосой блок 3 с .энергетическим входом Ц и выходами 5-7, управляющие входы первой подсистемы 8 и второй подсистемы 9, блоки выпрямления 10 и 11, усилители 12 и 13, параметрические входы и 15, блоки вычитания 1б и 17, блоки выпрямления 18 и 19, блоки вы читания 20 и 21 . Устройство работает следующим образом. На его энергетический вход k поступает поток энергии Е,который необходимо распределить на части в соответствии с приоритетами перемен ных сигналов г, параметров Р РО. Эту операцию разделения потока энергии Egy выполняет силовой блок 3, управление которым осуществляют вырабатываемые в управляюи ей свисте;;; ме устройства переменные Е, Е.-. и Е зависящие от г , г, Р и Р,. Поступающий на управляющий вход 8 подсистемы 1 сигнал первого приоритета г выпрямляется в ее первом блоке 10 выпрямления и усиливается в К раз в усилителе 12 с регулируе№1м коэффициентом усиления, причем к, К(;,- f{p), постоянный коэффициент; параметр первого приоритет (поступает на первый параметрический вход 14 .устрой ства) ; f.Lf некоторая функция. Результат вычитается из сигнала об уровне входного потока энергии первом блоке 1б вычитания. Полученное значение остатка выпрямляется во втором блоке 18 выпрямлени и снова вычитается во втором блоке 20 вычитания из входного сигнала . Таким образом, на первом входе силового блока 3 появляется сигнал Е, определяющий величину первого выходного потока энергии Е, поступаЮ1цего на первый выход 5 устройства. В общем случае (при достаточно большом Egj) сигнал EJ пропорционален управляющему сигналу первого приоритета г. «-fi(E,.K,.r,lr,)). где Г(.) первый интеграл от единичной функции Хэвисайда. В том случае, если величина1К -П,(.1-1)| больше величины входного потока энергии ЕО первый выход устройства Ej совпадает с Egj(,a второй и третий его выходы будут, следовательно, нулевыми. Аналогично функционирует подсистема 2 устройства. Из величины первого остатка потока входной энергии в ее первом блоке 17 вычитания вычитается величина Кп-Г(г,,), (где 1 управляющий сигнал второго приоритета - поступает на управляющий вход 9 подсистемы, выпрямление г, осуществляется в первом блоке 11 выпрямления ), причем К (2.- коэффициент усиления усилителя 13 с регулируемым коэффициентом усиления - определяется следующим образом: (,-f(). где РО - параметр второго приоритета (поступает на второй параметрический вход 15 устройства) , Результат вычитания выпрямляется во втором блоке 19 выпрямления и поступает в виде сигнала §,-{, на третий вход силового блока 3, определяя величину третьего выходного потока энергии Е,1 (поступает на третий выход 7 устройства), а также вычитается из Я. во втором блоке 21 вычитания, выход которого поступает на второй вход силового блока 3, определяя величину второго выходного потока энергии Ejj (поступает на второй выход 6 устройства) . В общем случае (при достаточно большом) сигнал EJJ пропорционален управляющему сигналу второго приоритета Ar- -VWlв случае, если величина | К,, (r,j)) больше первого остатка ;2., второй выход устройства t,f совпадает ей, а третий его выходбудет, следовательно, нулевым. Таким образом, поток входной энер гии g разделяется на три части (потока) лишь при достаточно большом Е по сравнению с соответствующим об. разом нормированными величинами г и Г(2. В противном случае он может либо разделиться только на два потока Ej и Ег, либо полностью перелиться в первый выходной поток. Имен но такое поведение устройства и явля ется реализацией переменно-приоритет ного принципа распределения энергии в противоположность ее прбпорциональ ному распределению. В качестве примера можно привести модель подсистемы энергетики рецепторной зоны живой клетки. В этой модели на энергетический вход предлага емого устройства подается поток энер гии, вырабатываемой в рецепторной зо не, на первый управляющий вход - абсолютная величина локального трансмембранного потенциала, на второй управляющий вход - абсолютная величи на суммарного изменения агрегации эндоплазматического ретикулюма рецепторной зоны (индуцируемого как входящим потоком кальция, так и высвобождением кальция из внутриклеточ ных органоидов), на первый параметри ческий вход - величина, обратно пропорциональная уровню специфической чувствительности участка мембраны, соответствующегорецепторной зоне, на второй параметрический вход - вел чина опорного уровня агрегации эндоплазматимеского ретикулюма в рецепторной зоне. Выходы же предлагаемого устройства в указанной модели обеспечивают поток выходной функциональной энергии рецепторной зоны (первый Э 6 выход устройства), поток регу/1яториой энергии рецепторной зоны (второй выход) и поток депонируемой энергии рецепторной зоны (третий выход устройства). Формула изобретения Устройство для моделирования распределения потоков энергии в экологических и биологических системах,содержащее четыре блока вычитания, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены четыре блока выпрямления и два усилителя, причем выход первого блока выпрямления через; первый усилитель соединен с первым входом первого блока вычитания, выход которого через второй блок выпрямления подключен к первым входам второго, третьего и четвертого блоков вычитания, второй вход, первого блока вычитания соединен с вторым входом второго блока вычитания, выход которого является первым выходом устройства, выход третьего блока выпрямления через второй усилитель подключен к второму входу третьего блока вычитания, выход которого через четвертый блок выпрямления соединен с вторым входом четвертого блока вычитания, выход которого является вторым выходом устройства, выход четвертого блока выпрямления является третьим выходом устройства. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР , кл. G об G 7/60, 1975. 2.Авторское свидетельство СССР № 07510, кл. G Об G 7/60, 1973 (прототип).