и на выходе. Практически это выра-
жается в том, что рабочие точки симметричных регуляторов  предварительно
разводятся относительно нулевой точки, что создает как  бы  противоречие
между каналами, которое является "горячим резервом" гомеостата. Управле-
ние этим резервом, также как и коррекция задания  регуляторам,  произво-
дится регулятором-руководителем. Подавление помехи внутри самого  управ-
ления посредством тех или иных информационных преобразований. Первые два
способа защиты от помехи являются пассивными, а последний активным.
   Гомеостат живого организма не содержит в своем  составе  (по  крайней
мере  для  электромагнитных  возмущений)  явно  выраженных  экранов  или
фильтров, поэтому можно полагать, что основным способом защиты гомеоста-
та от проникающей  помехи  является  способ  самокомпенсации.  Вероятно,
именно этот фактор в значительной степени повлиял на отбор природой  та-
кой структуры гомеостата. Сильная помеха оказывает двоякое  действие  на
систему управления живого организма: для верхних уровней она служит  ос-
новной информацией для запуска соответствующих адаптационных механизмов,
а для нижних выполняет роль вредных воздействий,  которые,  если  их  не
скомпенсировать, могут нарушить поддержание различных гомеостазов.
   Чтобы изучать механизмы обеспечения гомеостаза, необходимо иметь ими-
тационную модель, на которой можно было бы проигрывать различные  режимы
работы гомеостата. Такая имитационная модель была создана на основе сис-
темы уравнений, где регуляторы представлены минимально достаточными  за-
конами управления: для Р1, Р2, Р3 -  пропорционально-интегральным  зако-
ном, а для управления внутренним противоречием -  пропорционально-диффе-
ренциальным законом. Минимальная достаточность системы уравнений, описы-
вающих поведение гомеостата, заключается в минимальности заложенных  за-
конов регулирования, но достаточна с точки зрения отражения  работы  ос-
новных механизмов, которые действуют в гомеостате.  Обратные  связи  для
упрощения имитационной модели представлены как линейные  и  независимые,
хотя в живых организмах они могут быть нелинейными и зависимыми,  напри-
мер скоростно-чувствительными и концентрационно-чувствительными.  Управ-
ляемый объект был представлен в виде звездообразной схемы замещения  пе-
редаточных функций. Эффект от  такого  регулирования  при  демпфировании
больших возмущений будет тем большим, чем глубже внутреннее противоречие
внедряется в объект.
   Следует учесть, что в этом случае будут соответственно большими избы-
точность и непроизводительные потери - своего рода "плата" за лучшие по-
казатели в отношении качества регулирования, надежности и т.д. Вероятно,
именно это обстоятельство послужило причиной, что такой способ регулиро-
вания еще не нашел применения в технике. Однако сейчас, когда резко воз-
растают требования к  живучести,  помехозащищенности  систем  управления
особенно ответственными объектами, гомеостатические принципы  управления
будут привлекать все большее внимание и в технических задачах.
   В разработанной схеме модели гомеостата  новыми  моментами  являются:
наличие противоречия между каналами и управление этим противоречием  как
"горячим" резервом; согласование управления заданиями Р1 и Р2 со стороны
Р3; введение дифференциального метода включения каналов и сам  объект  с
сохранением принципа конкурентного управления.
   Для иллюстрации хороших динамических свойств гомеостата  ниже  приво-
дится компьютерная осциллограмма переходного процесса при большом  скач-
кообразном возмущении, подаваемом в точку суммирования u1 и u2.  Из  ос-
циллограммы (рис. 2а) видно, что  при  относительно  сильном  возмущении
(q0/xst=5) гомеостаз быстро восстанавливается.
   Рис. 2. Переходные процессы при скачкообразном возмущении в  объекте.
а- величина возмущения q0 = 100; б- предварительное отключение Р1 и  за-
тем приложение возмущения q0= 80.

   Если величину q0 в тех же условиях увеличить до 110, то гомеостат по-
теряет живучесть,  т.е.  способность  поддерживать  заданный  гомеостазу
y=xst.
   Если по каким-либо причинам происходит отключение одного  из  каналов
регулирования, например Р1, то гомеостаз после небольшого колебательного
процесса восстанавливается (рис. 2б). Но в этом случае снижается адапта-
ционный ресурс гомеостата, а следовательно, и его живучесть. Он способен
при принятых условиях, выдержать без нарушения поддержания значений  вы-
ходного параметра y=xst величину возмущения q0 в диапазоне от-10 до +80,
тогда как в норме выдерживает внешнее возмущение в диапазоне от -100  до
+100. Таким образом, говоря языком биолога, границы нормы реакции  гоме-
остата по данному признаку значительно сужаются.
   В механизмах гомеостата важную роль играет  ВНУТРЕННЕЕ  ПРОТИВОРЕЧИЕ,
которое определяет внутреннюю управляемую  конкуренцию  и  демонстрирует
при этом мало изученные стороны закона единства и  борьбы  противополож-
ностей. Разные философские системы указывали, что противоречия  являются
одним из определяющих в познании механизмов различных явлений в  природе
и обществе. Сейчас уже требуется осмысление и развитие этого понятия  не
только на философском уровне, но  и  на  уровне  системных  исследований
вплоть до создания методов количественной оценки противоречий.
   ПРОТИВОРЕЧИЕ в гомеостатических системах - это характеристика  разли-
чия и противоположности целей подсистем, вызывающих конкурентную  борьбу
между ними с соответствующими негативными последствиями для этих подсис-
тем ("плата" за противоречие), и позитивного эффекта для всей системы (в
виде повышения качества управления и устойчивости  системы).  Формальным
образом вводятся также понятия "остроты противоречия", "степени  антаго-
низма", "напряженности отношений", "компромисса" и т.п.
   ОСТРОТА ПРОТИВОРЕЧИЯ - качественный показатель противоречия,  опреде-
ляемый через относительную противоположность целей  "противоборствующих"
подсистем. С формальной стороны острота противоречия рассматривается как
степень разнонаправленности целей и как  показатель  их  удаленности  от
осей баланса.
   ПЛАТА ЗА ПРОТИВОРЕЧИЕ - это прагматическая оценка, характеристика не-
гативных последствий в системах, вызванных действием между  ними  конку-
рентных или конфликтных отношений.
   Внутри больших систем могут  одновременно  существовать  противоречия
между целой совокупностью целей, а при превышении эквивалентной  величи-
ной противоречия какого-то предельного значения может возникать  обрати-
мая или необратимая потеря устойчивости системы вплоть до ее распада.  В
связи с этим появляется необходимость введения эквивалентных показателей
противоречия, которые позволили бы оценивать интегральную характеристику
противоречия. В качестве такой  характеристики  используется  показатель
напряженности отношений.
   НАПРЯЖЕННОСТЬ ОТНОШЕНИЙ внутри системы - это интегральная характерис-
тика противоречия, обобщенная по  совокупности  противоречивых  целей  и
учитывающая значимость целей и фактор последействия.
   Напряженность отношений в конструктивном плане  снимается  компромис-
сом, т.е. некоторой платой  каждой  из  конкурирующих  сторон  подсистем
большой системы.
   КОМПРОМИСС - это характеристика снятого противоречия, в общем  случае
определяемого через уменьшение величины противоречия, остроты и негатив-
ных последствий его действия; компромисс требует от конкурирующих (конф-
ликтующих) подсистем каких-либо уступок, которые  являются  "платой"  за
позитивные последствия компромисса. Управление компромиссом, а  следова-
тельно, и величиной противоречий для подсистем внутри  большой  системы,
играет особенно важную роль в биологических системах.
   В биологических системах можно выделить два основных типа  разрешения
противоречия: целенаправленные, стремящиеся обеспечить устойчивую и эко-
номичную работу системы в нормальных и экстремальных условиях, и патоло-
гические ("извращенные"), которые не  способствуют  достижению  заданной
цели функционирования системы.
   ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННЫМ ОБРАТИМЫМ РЕШЕНИЕМ ПРОТИВОРЕЧИЯ в процессе  функцио-
нирования гомеостатических систем является  такое  временное  уменьшение
внутреннего противоречия, которое либо обеспечивает  сохранение  баланса
между конкурирующими каналами, либо  способствует  компенсации  сильного
внешнего воздействия.
   ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННЫМ РАЗРЕШЕНИЕМ ПРОТИВОРЕЧИЯОшибка! Закладка не  опреде-
лена. В ПРОЦЕССАХ РАЗВИТИЯ гомеостатических систем будет такое изменение
внутреннего противоречия гомеостата, которое  в  определенном  отношении
является адекватным уровню внешних возмущений и  помех,  действующих  на
гомеостат.
   ПАТОЛОГИЧЕСКИМ РАЗРЕШЕНИЕМ ПРОТИВОРЕЧИЯ в  гомеостатических  системах
будут такие изменения внутреннего противоречия, которые вызывают переход
конкуренции между каналами гомеостата в конфликт и приводят к грубым на-
рушениям гомеостаза.
   Существенную роль в процессе функционирования больших активных систем
может оказывать феномен паразитирования, вызванный особым видом противо-
речия. Этот феномен часто служит началом деградирующих  тенденций.  Суть
этого феномена состоит в том, что цели каждой подсистемы можно подразде-
лить на цели, достигаемые в интересах всей системы (глобальные цели, ра-
ди которых и существует данная подсистема), и цели жизнеобеспечения под-
системы (цели ее собственных нужд). "Активные" подсистемы  могут  менять
свои цели состояния в ущерб всей системе, например, гипертрофировать це-
ли своего обеспечения и даже генерировать новые  цели,  направленные  на
удовлетворение своих "личных" интересов. Поскольку ресурс обычно ограни-
чен, для достижения гипертрофированных целей одна из подсистем расходует
на них большую его часть, а в пределе и весь ресурс.
   Паразитирование может быть внутренним, внешне-замкнутым и также внеш-
не-разомкнутым, когда отбирается ресурс от окружающей среды.
   ПАРАЗИТИРОВАНИЕ - это избыточное потребление подсистемой ресурсов  на
свое жизнеобеспечение в результате гипертрофированного  изменения  своих
частных целей в ущерб целям системы или окружающей среды.
   Формально вводится индекс паразитирования, как один из видов  "платы"
за негативное проявление противоречия между действительным  функциониро-
ванием системы и тем, как она должна функционировать, исходя из заданных
критериев оптимальности.
   Гомеостатика вводит такие понятия, как  ЗАПАС  ПРОТИВОРЕЧИЯ  и  закон
сохранения противоречия. Под запасом противоречия  понимается  избыточно
создаваемые и поддерживаемые в гомеостате ресурсы пластических и энерге-
тических веществ, которые могут использоваться при временном резком  по-
вышении их расхода для поддержания нормального функционирования  системы
в целом при ограничении притока ресурсов извне. В норме создаваемый  из-
быток нейтрализуется и таким образом  существует  потенциально,  готовый
быть вовлеченным в метаболизм в любой момент при необходимости. Противо-
речие в природных и живых системах играет жизненно важную роль  как  ис-
точник ультра-устойчивости систем и как средство повышения  качества  их
функционирования. Гомеостаты живых организмов объединяются  ("склеивают-
ся") между собой в ИЕРАРХИЧЕСКИЕ СЕТИ ОТНОШЕНИЙ, которые могут быть  со-
юзническими, партнерскими, нейтральными, конкурентными,  конфликтными  и
комбинированными. Объединяясь, гомеостаты образуют гомеостат более высо-
кого организационного уровня, который функционально  обладает  принципи-
ально таким же механизмом обработки информации как и гомеостаты его сос-
тавляющие, но на качественно новом (интегральном) уровне. Такие  гомеос-
таты будем называть соответственно гомеостатами второго и более  высоких
порядков.
   Имеются экспериментальные работы, показывающие возможность  количест-
венной оценки величины противоречия и степени антагонизма не только меж-
ду отдельными гомеостатами в организме, но и социальных систем, например
в малых человеческих коллективах, в которых в различной форме проявляют-
ся кооперативные, конкурентные и конфликтные отношения. В таких системах
могут действовать паталогические отношения типа "бюрократического  функ-
ционирования" и "информационного вредительства".
   Было выявлено, что гомеостатические системы на непредсказуемое  изме-
нение информационного потока отвечают двухфазным  реагированием:  немед-
ленной реакцией на снятие возникшей остроты противоречия и  после  этого
относительно длительным выравниванием запаса противоречия,  потраченного
в процессе реализации первого этапа. Приведу пример общего  характера  о
необходимости поддержания противоречия организмом в целом. Организм, как
иерархическая сеть физиологических систем, в каждый данный момент, с од-
ной стороны, стремится к минимуму производимой работы и, соответственно,
иметь минимальный запас энергии, так как  на  поддержание  этого  запаса
требуется дополнительная затрата энергии и ее  веществ-носителей,  но  с
другой стороны, организм для своего  выживания  вынужден  накапливать  и
поддерживать некоторый избыточный запас энергии и  пластических  веществ
для компенсации неожиданных изменений во внешней среде.  Таким  образом,
существуют две цели: первая - минимизировать работу организма по поддер-
жанию энергетического статуса, вторая -  найти  оптимально  "избыточную"
величину работы по созданию резерва веществ и энергии для сохранения ор-
ганизма в непредсказуемо изменившихся условиях. Расстояние  между  этими
двумя целями можно оценивать величиной, которая называется  противоречи-
ем. Запасом противоречия в данном случае будет величина "избыточно" под-
держиваемой энергии и пластических веществ в организме, которые на  дан-
ный момент ему как бы не нужны.
   Разработаны имитационные модели гомеостатов  и  ведется  изучение  их
свойств, а также исследуется возможность имитации на этих  моделях  раз-
личных патологических состояний, вплоть до таких крайних патологий,  как
паралич, шок и коллапс. Показаны  механизмы  патологического  привыкания
гомеостата ("эффект наркомана"), рассмотрены механизмы стресса, как час-
ти адаптационной системы гомеостата, раскрыты "эффект вируса" и его раз-
личные проявления в гомеостате "хозяине" ("дремлющее" и "активное"  сос-
тояние). Модели развития, старения, пульсирующих (изменяющих  активность
во времени) гомеостатов.
   С точки зрения гомеостатики патология органа или физиологической сис-
темы есть изменение в цепях управления либо за счет нарушения морфологи-
ческой целостности, либо по причине смещения  характеристик  управляющих
сигналов, что вызывает запуск адаптационных реакций для компенсации  на-
рушенных функций за счет собственного "горячего резерва" или работы дру-
гих гомеостатов. Информация, корректирующая адаптационный процесс, может
вносится в организм на разных материальных носителях, разными путями, но
конечный эффект - выход гомеостата на рабочий  нормальный  режим  -будет
достигнут.
   О некоторых патологиях гомеостатов и их моделях.

   Нормальный гомеостат, вернее его модель, обладает целым рядом  исклю-
чительных свойств в отношении адаптивности, живучести, помехоустойчивос-
ти и т.д. Исследования математической модели гомеостата показали, что он
имеет еще как бы болевые точки и критические связи; воздействуя каким-то
образом на них, можно создать множество различных патологий.  Рассмотрим
наиболее тяжелые из них, вызываемые разрывами прямых связей  -  паралич,
обратных связей - шок, перекрестных связей - коллапс.
   Паралич может быть полным, т.е. гомеостат перестает выполнять функции
управления. Этот случай имитируется на модели гомеостата  разрывом  цепи
подачи внешнего сигнала (задания) на Р3, при этом значение выходного па-
раметра падает до нуля. Но, тем не менее, гомеостат  будет  поддерживать
на выходе постоянство значений  Ys  даже  при  действии  на  управляемый
объект относительно больших возмущений, которые проникают помимо входно-
го канала.
   Односторонний паралич возникает при размыкании связи,  идущей  от  Р1
или Р2 на объект регулирования, в этом  случае  соответственно  либо  u1
стремится к нулю, либо u2 стремится к  нулю.  Таким  образом  происходит
своего рода "гашение  гомеостата",  т.е.  резкое  снижение  регулирующих
свойств.
   В большинстве случаев односторонний паралич является  компенсируемым,
и гомеостат продолжает выполнять свои функции.
   Полный шок гомеостата возникает при разрыве основной  обратной  связи
y3. Это ведет к тому, что Ys стремится к U1max или к  U2max,  а  в  этом
случае гомеостат перестает выполнять функции управления (как  выражаются
электрики - "зашкаливает" в одну или в другую  сторону).  В  отличие  от
полного односторонний шок, как правило, является компенсируемым и имити-
руется на модели разрывом u1 или  u2  связей  соответственно,  тогда  u1
стремится к U1max или u2 стремится к U2max.
   Случай создания одностороннего (размыкание обратной связи к Р1)  шока
представлен на рис. 3. Такой шок является компенсируемым, поскольку  ре-
жим Ys=Xs быстро восстанавливается, однако гомеостат становится ущербным
- уменьшается его живучесть (предельное возмущение снижается до 20  еди-
ниц). В статике этот гомеостат работает достаточно устойчиво,  и  только
фактически при предельном входном сигнале (Xs = -50), имеющем противопо-
ложную направленность к регулятору, находящемуся в шоковом состоянии ( в
данном случае это Р1), гомеостаз начинает нарушаться из-за возникновения
небольших автоколебаний.
   Разрыв основной обратной связи y3 вызывает полный  шок  гомеостаза  с
катастрофическими последствиями для живучести системы.

   Рис. 3. Переходные процессы: при t=10 сек  развивается  односторонний
шок Р1, при t=20 сек дополнительно создается скачкообразное  возмущение,
при котором еще сохраняется гомеостаз.

   Защитой от полного шока может  служить  создание  запоминающего  уст-
ройства ("устройство памяти прошлого") как системы запоминания y3, пред-
шествовавшего разрыву обратной связи. В этом случае гомеостат распадает-
ся как бы на две независимые части, регулируемые по разомкнутому принци-
пу со стороны входа. В какой-то степени такой гомеостат еще  может  ком-
пенсировать возмущения, если они действуют на систему в пределах,  охва-
тываемых локальными обратными связями. Конечно, такая структура управле-
ния является патологической и длительное ее  существование  недопустимо,
но все же лучше, чем лавинообразное развитие полного  шока,  ведущего  к
потере живучести.
   Эффект "наркомана" как одна из форм патологического привыкания.  Этот
эффект возникает при длительном повторении  большого  возмущающего  воз-
действия. Адаптационный механизм гомеостата в результате привыкания  де-
формирует соотношения между правым и левым каналами гомеостата (R2) так,
чтобы наилучшим образом противостоять  ожидаемому  возмущению.  В  итоге
вместо нормального баланса для симметричного гомеостата  устанавливается
новое состояние равновесия, к которому стремится вернутся система  после
снятия возмущающего воздействия (см. рис. 4.). Кроме того, гомеостат че-
рез какие-то опосредованные связи может посылать стимулирующие  сигналы,
которые будут воздействовать в случае живого организма, на эмоциональную
и поведенческую сферу с тем, чтобы возмущение повторилось.  Исследования
показали, что гомеостат, находящийся в состоянии наркомана, имеет в нес-
колько раз более низкий показатель живучести, т.е. становится  неспособ-
ным противостоять большим возмущениям.

   Рис. 4. Временная диаграмма привыкания к большому возмущению  гомеос-
тата. "Эффект наркомана".

   Эффект "заикания" как вид функциональной патологии. Этот эффект  свя-
зан с временными нарушениями работы гомеостата из-за  неадекватных  воз-
действий со стороны регулятора-руководителя Р3.  Возможны  три  основные
причины такого функционирования Р3:
   - кратковременный разрыв обратной связи у Р3 или кратковременное  из-
менение знака этой связи (с отрицательной на по