Состояние системы

Состояние системы определяется уровнями.

Уровень – это количество массы, энергии, информации заключенное в переменной (блоке) или в системе в целом в данный момент времени.

Уровни не остаются постоянными, они претерпевают те или иные изменения. Скорость, с которой происходят эти изменения принято называть темпом.

Темпы определяют активность, интенсивность и скорость осуществления процессов преобразования, накопления, передачи и т.д. вещества, энергии, информации, протекающих внутри системы.

Темпы и уровни взаимосвязаны, но их взаимосвязь не однозначна. С одной стороны темпы порождают новые уровни, которые в свою очередь, оказывают влияние на темпы, т.е. регулируют их.

Так, например, процесс диффузии вещества определяет переход системы с уровня х₁ на уровень х₂ (движущая сила процесса массопереноса). В то же время скорость этого процесса (темп массопереноса), зависит от массы указанных уровней в соответствии с выражением:

где: а – коэффициент массопереноса.

Одной из важнейших характеристик состояния системы является обратная связь.

Обратная связь - это свойство системы (блока) реагировать на вызванное входным воздействием изменение одной или нескольких переменных, таким образом, что в результате процессов внутри системы это изменение вновь воздействует на ту же или те же переменные.

Обратная связь в зависимости от способа воздействия может быть прямой (когда обратное воздействие оказывается без участия переменных (блоков) – посредников) или контурной (когда обратное воздействие оказывается с участием переменных (блоков) – посредников) (рис.3).

Рис. 3. Принцип обратной связи

а – прямая обратная связь; б – контурная обратная связь.

В зависимости от воздействия на первичные изменения переменных в системе выделяются два вида обратной связи:

§ Отрицательная обратная связь, т.е. когда полученный извне импульс образует замкнутую цепь и вызывает затухание (стабилизацию) первоначального воздействия;

§ Положительная обратная связь, т.е. когда полученный извне импульс образует замкнутую цепь и вызывает усиление первоначального воздействия.

Отрицательная обратная связь представляет собой одну из форм саморегуляции, обеспечивающую динамическое равновесие в системе. Положительная обратная связь в природных системах проявляется обычно в виде относительно кратковременных всплесков саморазрушающей деятельности.

Преимущественно отрицательный характер обратной связи свидетельствует, что любое изменение в условиях окружающей среды приводит к изменению переменных системы и служит причиной перехода этой системы в новое равновесное состояние, отличное от первоначального. Этот процесс саморегуляции принято называть гомеостазом.

Способность системы восстанавливать равновесие определяется еще двумя характеристиками её состояния:

§ Устойчивость системы, т.е. характеристика, указывающая какой величине изменения внешнего воздействия (импульса воздействия) соответствует допустимое изменение переменных системы, при котором возможно восстановлено равновесия;

§ Стабильность системы, т.е. характеристика, определяющая максимально допустимое изменение переменных системы, при котором возможно восстановления равновесия.

Цель регуляции в системе формулируется в виде экстримального принципа (закон максимума потенциальной энергии): эволюция системы идет в сторону увеличения суммарного потока энергии через систему, а в стационарном состоянии достигается его максимально возможное значение (максимум потенциальной энергии).