СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Пример синтеза: система управления введением инсулина

В этом и последующих примерах на синтез мы воспользуемся процедурой, представлен­ной на рис. 1.19. В данной главе мы подготовим предварительный план синтеза, выполнив этапы 1-4 схемы рис. 1.19, т. е. (1) установим цель управления, (2) определим переменные, на которые необходимо воздействовать, (3) сформулируем требования к системе и (4) раз­работаем одну, или несколько возможных конфигураций системы.

Системы управления широко используются в медицине для автоматического введения препаратов в организм пациента. Подобные системы могут применяться для регулирования кровяного давления, уровня сахара в крови, частоты сердечных сокращений. Наиболее рас­пространены разомкнутые системы введения медицинских препаратов, в которых исполь­зуются математические модели, описывающие связь между дозой введенного препарата и соответствующим эффектом. Имплантированная в тело человека система является разо­мкнутой, т. к. пока еще не разработаны миниатюрные датчики содержания глюкозы в кро­ви. Наилучшим из известных решений является запрограммированный под конкретного па­циента миниатюрный насос, который вводит в организм инсулин в соответствии с показа­ниями на основании истории болезни. Более сложные системы должны будут использовать обратную связь по результатам измерения содержания глюкозы в крови.

Наша цель (этап 1) заключается в синтезе системы регулирования концентрации са­хара в крови больного диабетом. Изменение концентрации глюкозы и инсулина в крови здорового человека показано на рис. 1.22. Система должна вводить инсулин в кровь из баллончика, имплантированного в организм больного.

Таким образом, переменной, подлежащей управлению (этап 2), является концентра­ция глюкозы в крови. Требование к системе управления (этап 3) сводится к тому, чтобы

Рис. 1.22

Уровни глюкозы и инсулина в крови здорового челолвека

Второй завтрак

Время

она была способна поддерживать содержание глюкозы в крови диабетика, близкое к тому, как это имеет место для здорового человека (рис. 1.22).

На этапе 4 мы можем предложить предварительную конфигурацию системы управ­ления. Разомкнутая система должна содержать заранее запрограммированный генератор сигнала и микродвигатель с насосом, регулирующий скорость введения инсулина, как по­казано на рис. 1.23 (а). Замкнутая система, изображенная на рис. 1.23 (б), должна содер­жать датчик, измеряющий действительное содержание инсулина в крови. Это измеренное значение затем сравнивается с желаемым, и, если есть необходимость, включается микро­двигатель с насосом.