Устройство для моделирования распределения потоков энергии в экологических и биологических системах

 

Союз Советски к

Социалистически«

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (51)М. Кл.

С 06 С 7/60 (22) Заявлено 06. 02. 80 (21) 2907022/18-24 с присоединением заявки М (23) Й риоритет

Ьеударстеа««ы11 кем«тет

СССР

«е делам «эабрете«и«

«открыт«1 (53) УДК 681.333 (088. 8) Опубликовано 23. 07. 82. Бюллетень .% 27

Дата опубликования описания 23.07.82 (72) Авторы изобретения

С.Н. Гринченко и С.Л.Загускин

Ростовский ордена Трудового Красного Знам государственный университет

{71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

ПОТОКОВ ЭНЕРГИИ В ЭКОЛОГИЧЕСКИХ

И БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

1о го

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 ис" точника tlj.

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 зада2 ния физико-химических параметров и констант,квадратор, блоки умножения, датчик концентрации вещества, блок деления, регистрирующий блок (2 3.

Известное устройство не обеспечивает достаточной точности моде" лирования 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

9458

К = к1,. y(P,), 45 где К(.1- постоянный коэффициент, Р„- параметр первого приоритета (.поступает на первый параметрический вход 14 .устройства);

50 некоторая функция.

Результат вычитается из сигнала об уровне входного потока энергии

Е 1 в первом блоке 16 вычитания. Полученное значение остатка выпрямляется во втором Ьлоке 18 выпрямления и снова вычитается во втором блоке

20 вычитания из входного сигнала 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 явля- 0 ется вторым выходом устройства, выход четвертого блока выпрямления является третьим выходом устройства.

На чертеже изображена блок-схема устройства. 15

Устройство содержит управляющие подсистемы 1 и 2, силовой блок 3 с .энергетическим входом 4 и выходами

5-7, управляющие входы первой подсистемы 8 и второй подсистемы 9, блоки выпрямления 10 и 11, усилители 12 и 13, параметрические входы

14 и 15, блоки вычитания 16 и 17, блоки выпрямления 18 и 19, блоки вычитания 20 и 21.

Устройство работает следующим образом.

Ha его энергетический вход 4 поступает поток энергии Е который необходимо распределить на части в соответствии с приоритетами переменных сигналов г„, r и параметров Р„, Рт Эту оп-рацию разделения потока энергии Е< выполняет силовой блок

3, управление которым осуществляют вырабатываемые в управляющей системе устройства переменные Е, Е; и Е;„, зависящие от г., г,, Р., и Р, .

Поступающий на управляющий вход

8 подсистемы 1 сигнал первого при40 оритета r„ ee первом блоке 10 выпрямления и усиливается в К1 раз в усилителе 12 с регулируемым коэффициентом усиления, причем

74 4

E®. Таким образом, на первом входе силового Ьлока 3 появляется сигнал

Е, определяющий величину первого выходного потока энергии Е<, поступающего на первый выход 5 устройства. В общем случае (при достаточно большом Е„x) сигнал Е r пропорционален управляющему сигналу первого приоритета r

= Е =Е -Я; Яаг„(Е „-К lq(v„1), I где 1 .1- первый интеграл от единичной функции Хэвисайда.

В том случае, если величина}К„-Г„(Г Ц больше величины входного потока энергии Е первый выход устройства Er совпадает с Е „,а второй и третий его выходы будут, следовательно, нулевыми.

Аналогично функционирует подсистема 2 устройства. Из величины первого "остатка"Я потока входной энергии в ее первом Ьлоке 17 вычитания вычитается величина К ° Г (t ), (где

Я. 1 ЯУ г0 - управляющий сигнал второго приоритета — поступает на управляющий вход 9 подсистемы,выпрямленив r< осуществляется в первом блоке 11 вйпрямления ), причем К вЂ” коэффициент усиления усилителя 13 с регулируемым коэффициентом усиления — определяется следующим оЬразом:

К = к,,. Е (г, ), где P — параметр второго приорите2. та (поступает на второй параметрический вход 15 устройства).

Результат вычитания выпрямляется во втором блоке 19 выпрямления и поступает в виде сигнала 1 Т на третий вход силового блока 3, определяя величину третьего выходного потока энергии Е1,< (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 Е1(поступает на второй выход 6 устройства). В общем случае (при достаточно большомЯ ) сигнал Ер пропорционален уг|равляющему сигналу второго приоритета г л л л

Е -=E- Я-Е -; Е-=Е-=Г fß-К -Г(1 )).

11 }1 Щ ф 111 .1 1

В случае, если величина } К - Г„(г, )) больше первого "остатка" Я,, второй

945

874 6 выход устройства), поток регуляторной энергии рецепторной зоны (второй выход) и поток депонируемой энергии рецепторной зоны (третий выход устройства).

Формула изобретения

5 выход устройства ЕТ совпадает сЯ, а третий его выход Ьудет, следовательно, нулевым.

Таким образом, поток входной энергии ЕВ разделяется на три части (no- 5 тока ) лиш ь при достаточно бол ьшом Е по сравнению с соответствуоцим об. разом нормированными величинами r I и г . В противном случае он может либо разделиться только на два потока Е> и Е„-, либо полностью перелиться в первый выходной поток. Именно такое поведение устройства и является реализацией переменно-приоритетного принципа распределения энергии l5 в противоположность ее прдпорциональному распределению.

В качестве примера можно привести модель подсистемы энергетики рецепторной зоны живой клетки. В этой мо- о дели на энергетический вход предлагаемого устройства подается поток энергии, вырабатываемой в рецепторной зоне, на первый управляющий вход — абiсолютная величина локального транс- 2s мембранного потенциала, на второй управляющий вход — абсолютная величина суммарного изменения агрегации эндоплазматического ретикулюма рецепторной зоны (индуцируемого как зр входящим потоком кальция, так и высвобождением кальция из внутриклеточных органоидов), на первый параметрический вход - величина, обратно пропорциональная уровню специФической

35 чувствительности участка мембраны, соответствующе го рецепторной зоне, на второй параметрический вход — величина опорного уровня агрегации эндоплазматического ретикулюма в рецеп40 торной зоне. Выходы же предлагаемого устройства в указанной модели обеспечивают поток выходной Функциональной энергии рецепторной зоны (первый

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 Ьлока вычитания, выход которого через второй блок выпрямления подключен к первым входам второго, третьего и четвертого блоков вычитания, второй вход, первого Ьлока 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 Ьлок 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

tf 494752, кл. G 06 G 7/60, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

Н 407310, кл. G 06 В 7/60, 1973 (прототип).