Устройство для моделирования распределения потоков энергии в экологических и биологических системах

Союз СоветскиСоциалистическиРеспублик АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 61) Дополнительное к авт. свнд 6.02.80 (21)2907022/18-2(22)Заявлен с присоедине (23) Й риорит С 06 С ем заявк дарствшХ кемтет СССР т е делам эбрет вткрцтХ убликованДата опубликования описания 23.07.82 72) Авторы изобретения. Н. Гринчен остовский ордена Трудового Красного Знам государственный университет 71) Заявител 5 Й) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕН ПОТОКОВ ЭНЕРГИИ В ЭКОЛОГИЧЕСКИХ И БИОЛОГИЧЕСЮ 1 Х СИСТЕМАХ ческих параметров ратор, блоки умнонцентрации вещения, регистрируюти модвления пов е точИзобретение относится к бионикепредназначено для моделирования роцессов управления распределеним энергии в экологических и биолоических системах.Известно устройство для моделиования нервной клетки, содержащее умматоры, функциональные преобазователи, источник питания, ин" ертор и экстремальный регулятор. ринцип действия известного устройтва основан на преобразовании энер ии, получаемой от некоторого ис" очника 13,Однако устроиство не обеспечив ет воспроизведение энергетических и функциональных механизмов.Наиболее близким к изобретению техническим решением является уст ройство для моделирования процесса переноса вещества (ионов)через биологическую мембрану, содержаще сумматоры, интеграторы, блок зада ния начальных условий, блок задания физико"химии констант,кваджения, датчик коства, блок делещий блок 23.Известное устройство не обеспечивает достаточной точнос е"лирования процессов упрараспределением энергии в живыхсистемах.Цель изобретения - ышениности моделирования.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство, содержащеечетыре блока вычитания, введенычетыре блока выпрямления и два усилителя, причем выхоД первого блокавыпрямления через первый усилительсоединен с первым входом первого 2 о блока вычитания, выход которогочерез второй блок выпрямления подключен к первым входам второго,третьего и четвертого блоков вычитания, второй вход первого блока9458 20 где К(.1- постоянный коэффициент,Р - параметр первого приоритета(.поступает на первый пара"метрический вход 14 .устройства);50некоторая функция.Результат вычитается из сигнала об уровне входного потока энергии ЕВ 1 в первом блоке 16 вычитания. Полученное значение остатка выпрямля ется 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 четвертогр блока вычитания, выход которого явля О ется вторым выходом устройства, выход четвертого блока выпрямления является третьим выходом устройства.На чертеже изображена блок-схема устройства. 15Устройство содержит управляющие подсистемы 1 и 2, силовой блок 3 с .энергетическим входом 4 и выходами 5-7, управляющие входы первой под-системы 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 21.25Устройство работает следующим образом.На его энергетический вход 4 поступает поток энергии Екоторый необходимо распределить на части в соответствии с приоритетами переменных сигналов г, ги параметров Р, Р . Эту операцию разделения потока энергии ЕВ выполняет силовой блок 3, управление которым осуществляют вырабатываемые в управляющей системе устройства переменные Е, Е; и Е;, зависящие от г, г 2, Р и Р.Поступающий на управляющий вход 8 подсистемы 1 сигнал первого приа 0 оритета г выпрямляется в ее первом Ьлоке 10 выпрямления и усиливается в К 1 раз в усилителе 12 с регулируемым коэффициентом усиления, причем 74 4Е, Таким образом, на первом входесилового Ьлока 3 появляется сигналЕ, определяющий величину первоговыходного потока энергии Е, поступающего на первый выход 5 устройства,В общем случае (при достаточно большом ЕЕ) сигнал Епропорционален управляющему сигналу первого приоритета г,: е ае -Й; яаг(е,-к О 9где 11(.1- первый интеграл от единичной Функции Хэвисайда,В том случае, если величинаК.Г(ГЦбольше величины входного потока энергии Е первый выход устройства Есовпадает с Е ,а второй и третийего выходы будут, следовательно, нулевыми,Аналогично Функционирует подсистема 2 устройства, Из величины первого "остатка"Я потока входной энергии в ее первом Ьлоке 17 вычитаниявычитается величина К 2 Г (г), ( гдеЯ.фг - управляющий сигнал второго приоритета - поступает на управляющийвход 9 подсистемы,выпрямленив г,2 осуществляется в первом блоке 11 вйпрямления ), причем К 0 - коэффициент усиления усилителя 13 с регулируемым коэффициентом усиления - определяется следующим оЬразом;К= К. Е (Р, ),где Р - параметр второго приорите 2.та (поступает на второйпараметрический вход 15 устройства).Результат вычитания выпрямляетсяво втором блоке 19 выпрямления и поступает в виде сигнала 1; на третийвход силового блока 3, определяя величину третьего выходного потока энергии Е; (поступает на третий выход 7устройства), а также вычитается изЯ во втором блоке 21 вычитания, выходкоторого поступает на второй вход силового блока 3, определяя величинувторого выходного потока энергии Е 11(поступает на второй выход 6 устройства). В общем случае (при достаточно большомЯ ) сигнал Е пропорционален угравляющему сигналу второго приоритета гл л лЕ -=Е-=Я-Е-; Е-=Е:Г(Я-К Г 1 У.ИЩ111 111 11В случае, если величинаУГ (Гбольше первого "остатка" Я второй814 6выход устройства), поток регуляторнойэнергии рецепторной зоны (второй выход) и поток депонируемой энергии рецепторной зоны (третий выход устройства). Формула изобретения 5 945выход устройства ЕТ совпадает сЯ,а третий его выход Ьудет, следовательно, нулевым,Таким образом, поток входной энергии ЕВразделяется на три части (потока) лишь при достаточно большом Епо сравнению с соответствующим об. разом нормированными величинами ги г, В противном случае он можетлибо разделиться только на два потока Е и Е-, лиЬо полностью перелиться в первый выходной поток. Именно такое поведение устройства и является реализацией переменно-приоритетного принципа распределения энергии г 5в противоположность ее прдпорциональному распределению.В качестве примера можно привестимодель подсистемы энергетики рецепторной зоны живой клетки. В этой модели на энергетический вход предлагаемого устройства подается поток энергии, вырабатываемой в рецепторной зоне, на первый управляющий вход - абсолютная величина локального трансмембранного потенциала, на второйуправляющий вход - абсолютная величина суммарного изменения агрегацииэндоплазматического ретикулюма рецепторной зоны (индуцируемого как ЗОвходящим потоком кальция, так и высвобождением кальция из внутриклеточных органоидов), на первый параметрический вход - величина, обратно пропорциональная уровню специФической35чувствительности участка мембраны,соответствующе го рецепторной зоне,на второй параметрический вход - величина опорного уровня агрегации эндоплазматического ретикулюма в рецеп 40торной зоне. Выходы же предлагаемогоустройства в указанной модели обеспечивают поток выходной Функциональной энергии рецепторной зоны (первый ФУстройство для моделирования распределения потоков энергии в экологи" ческих и биологических системах,содержащее четыре блока вычитания, о т л и ч а ю щ е е с я тем, цто, 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 вто. рым 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 экспертизе1. Авторское свидетельство СССРй 494752, кл. с 06 с 7/60, 1975.2. Авторское свидетельство СССРн 4 о 7310, кл. с 06 с 7/60, 1973 (прототип),