Теория регулирования

При рассмотрении вопросов построения движений обучающимся воинам необходимо получить определенные представления о положениях, изложенных в разделах предмета, именуемого теорией автоматического регулирования. Естественно, в пределах данного обращения к положениям ТАР (теории автоматического регулирования) будут использованы те понятия, которыми непосредственно решаются стоящие перед воином задачи. Это не значит, что данного обращения достаточно для того, чтобы составить представление об элементах, участвующих в процессе взаимодействия, установить их взаимоотношения и перенести полученную схему на ССЧ.

Тем не менее, становится ясным тот источник, к которому следует обратиться в случае необходимости построения регулируемых процессов, и какие понятия использовать в названном явлении.

Рассмотрим систему отношений в двигательных элементах - управление. По А. И. Бергу, управление - это процесс перевода системы из одного состояния в другое путем воздействия на её переменные.

Любой объект управления характеризуется какой-либо регулируемой величиной. Объект управления является динамической системой: его регулируемая величина всегда имеет тенденцию к изменению в результате действия различных возмущений.

Возмущением считается любое внешнее воздействие на объект управления, приводящее к изменению регулируемой величины.

Устройство управления осуществляет управление в результате передачи сигналов по каналу прямой связи к объекту. Сигналы управления модулируют энергетические процессы в объекте управления, в результате чего состояние объекта управления изменяется в соответствии с принятыми сигналами, т. е. в соответствии с принятой информацией. При этом регулируемая величина принимает какое-то значение. В простых системах управление осуществляется без контроля за исполнение приказов.

В сложных динамических системах, подверженных возмущениям, управление, как правило, происходит при наличии обратной связи и контроля за процессом управления.

Роль обратной связи между объектом управления и управляющей частью выполняет какое-либо измерительное устройство и канал обратной связи.

Измерительное устройство измеряет реальное значение регулируемой величины «X» и посылает эту информацию в управляющую часть.

Информация с реальным значением регулируемой величины поступает в аппарат сравнения, который производит сравнение реального значения регулируемой величины «X» с заданным, программным значением «f». Для этого аппарат сравнения должен обладать указанной программой «f», по которой и осуществляется управление.

Эта программа может быть как заложена в структуре самого аппарата сравнения, так и вводиться извне от более высших центров регуляции. На основе сравнения, которое мы обозначим, как вычитание: f - X, аппарат сравнения определяет рассогласование между программным и реальным значением регулируемой величины и информацию о величине рассогласования передает в устройство управления.

Устройство управления на основе величины рассогласования вырабатывает соответствующий корректирующий сигнал управления, который передается на объект управления. Сигнал управления имеет такое информационное содержание, которое приводит к изменению процессов в объекте управления в сторону уменьшения рассогласования.

Информация о результате действия снова передается измерительным устройством в управляемую часть, которая вновь производит коррекцию управления.

Процесс регулирования будет продолжаться до тех пор, пока рассогласование не станет равным нулю. Так как на систему постоянно действуют возмущения и в результате того, что каждая система обладает инерционностью, процесс регулирования происходит постоянно. При этом регулируемая величина совершает колебания около заданного значения (см. рис.)

А - регулирование по статической программе.
Б - регулирование по динамической программе.
X - значение регулируемой величины.

Программа, по которой осуществляется управление, может быть статической - неизменной во времени и динамической - когда программное значение регулируемой величины является функцией времени. Если программа вводится в аппарат сравнения высшим центром регуляции, то система регулирования может работать в любом режиме, задаваемом этим высшим центром. Эффективность управления зависит от количественной характеристики регулируемой системы во времени.

Если на объект управления подействовало возмущение, то регулируемая величина отклоняется от заданного значения - возникает начальное рассогласование.

В процессе дальнейшего регулирования величина приближается к программному значению. Кривая, по которой регулируемая величина переходит от одного значения к другому, называется кривой переходного процесса, или кривой процесса регулирования.

Чем быстрее происходит согласование регулируемой величины с заданным значением и чем ближе кривые регулирования к заданной программной линии, тем лучше параметры регулятора.

Количественным показателем процесса регулирования может быть площадь регулирования, которая представляет собой площадь замкнутой области, ограниченную с одной стороны линией программного значения регулируемой величины, а с другой - кривой переходного процесса. При этом, чем меньше площадь регулирования, тем выше его качество. Таким образом, любая система управления может быть охарактеризована тремя следующими особенностями:

1. Прямой связью между управляющей и управляемой частями системы, по которой поступают сигналы управления;

2. Обратной связью управляемой и управляющей частей системы, которая позволяет контролировать процесс управления и производить его коррекцию;

3. Переработкой информации о текущем состоянии управляемого объекта, поступающей по каналам обратной связи в системы управления и осуществляемой при посредстве аппарата сравнения.

В организме все процессы являются регулируемыми и регуляция осуществляется на основе наличия обратной связи.

В отличие от технических систем биологические обратные связи характеризуются нелинейностью, когда между входной величиной и результатом коррекции нет прямой зависимости.

Все произвольные движения человека осуществляются при наличии обратных связей. Продемонстрируем сказанное. Допустим, человек выполняет целенаправленный двигательный акт: взятие со стола предмета. При этом нервные импульсы от головного мозга идут по соответствующим нервам к мышцам руки и вызывают ее движение.

Это прямая связь, по которой поступают сигналы управления. Движение руки все время контролируется зрительным и кинестетическим анализаторами. Информация от этих рецепторов, осуществляющих обратную связь, поступает в мозг, где результат действия сличается с программой достижения цели. На основе этого вырабатываются корректирующие сигналы и реальная траектория движения руки приближается к заданной.

Благодаря этой постоянной коррекции человек может совершать сложные целенаправленные движения. В контролировании движений принимают участие и другие анализаторы.

Примечание.

Вопросы управления в биомеханике являются наиболее сложными и без предварительного обучения на слух не воспринимаются. Дело в том, что организм работает в отношениях со средой как функциональная система, в которой вся динамическая активность связана в единое целое.

Управление р. постановки заключается, например, в том, что он, в соответствии с условиями передачи импульса препятствию ставится иод определенным углом к поверхности препятствия, обеспечивая «скат» задающего движение сустава. Рычаг силы, на конце которого расположен сустав «ската», «прессуется» последующими рычагами ССЧ в рамках волны возбуждения (λочв), которой характеризуется создаваемый на НССЧ импульс воздействия. Все усилия так относятся к рр. поддержания, чтобы усилиями (Р ÷ Q) не резалась опорная дуга ССЧ, а сжималась или растягивалась вдоль продольной оси. Усложняется имеющаяся картина тем, что волну возбуждения можно создать на любом из уровней НССЧ (плечесуставном, тазобедренном, коленном). Управление работой организма осуществляется при всем при этом как по уровням, так и по пространственным фигурам (траекториям), по напряжениям (тонусам), по состояниям (биениям, инертности, инерционности и т. д.). по комплектам (рычагом, суммой рычагов, функциональной системой и т. п.), а равно как и по родам работы (ударам, броскам, захватам, освобождениям, работой мечом, работой некой составной динамикой и т. п.).

Рассмотрев с точки зрения ТАР элементарную следящую систему, к семейству которых с полным правом можно отнести и биологические системы, перейдем к психологическому строению движения и действия.

Первым шагом в этом направлении было представление Л. С. Выготского (1956, 1960) о том, что источник произвольного движения и активного действия лежит не внутри организма и не в непосредственном влиянии прошлого опыта, а в общественной истории человека, в тех формах общественной трудовой деятельности, которые были исходными для человеческой истории, и в тех формах общения ребенка со взрослым, которые лежали у истоков произвольного движения осмысленного действия в онтогенезе.

Л. С. Выготский считал безнадежными всякие поиски «биологических корней» произвольного действия.

Его подлинным источником он считает тот период общения ребёнка со взрослым, когда «функция была разделена между двумя людьми», когда взрослый давал речевой приказ («возьми мячик», «вот чашка» и т. д.), а ребенок подчинялся этому приказу, брал названную вещь, обращал к ней свой взгляд и т. д. Только на дальнейших ступенях развития ребенок, ранее подчиняющийся приказам взрослого, овладевал речью и мог сам себе давать речевые приказы (сначала внешние, развернутые, потом внутренние, свернутые) и сам начинал подчинять свое поведение этим приказам.

Этот этап характеризуется тем, что функция, ранее разделённая между двумя людьми, становится способом организации высших форм активного поведения, общественных по своему гене-зу, опосредствованных речью по своему строению и произвольных по типу своего протекания.

Это означало вместе с тем, что произвольное движение и активное действие лишались той таинственности, которой они всегда были окружены как в идеалистических, так и в «позитивных» биологических исследованиях, и что эти специфические для человека формы активного поведения становились предметом научного исследования.

Выдвинув тезис «о принципиальной неуправляемости движения одними эфферентными импульсами», М. А. Бернштейн создал схему построения движения, которая вместе с теорией уровней построения движений наряду с врожденными, элементарными синергиями включает в себя и наиболее сложные, специфические человеческие формы активной деятельности.

Исходным для теории построения движений, предложенной Н. А. Бернштейном, было положение о решающей роли афферентных систем, которые на каждом уровне имеют свой характер и опосредствуют различные типы движений и действий.

Исходным звеном для таких движений и действий является намерение, или двигательная задача, которая у человека почти никогда не является простым, непосредственным ответом на внешнее раздражение (такими остаются лишь наиболее простые формы хорошо упроченных, привычных действий), а всегда создает некоторую «модель потребного будущего», схему того, что должно произойти и чего человек должен достигнуть (её авторы обозначают термином «soll-wert»).

Эта двигательная задача, или модель потребного, является постоянной, или инвариантной, и требует такого же инвариантного результата. Так, если двигательная задача заключается в том, чтобы забить гвоздь, то выполнение этого акта является постоянным, инвариантным результатом, на котором заканчивается действие.

Было бы, однако, неправильно предполагать, что инвариантная двигательная задача создает такую же постоянную инвариантную программу, с помощью которой нужное действие выполняется.

Существенным моментом концепции Н. А. Бернштейна является тот факт, что инвариантная двигательная задача выполняется не постоянным, фиксированным, а варьирующим набором движений, которые, однако, приводят к постоянному эффекту.

Этот тезис относится как к элементарным, так и к наиболее сложным двигательным системам.

Как показал Н. А. Бернштейн, движения человека осуществляются с помощью целой системы суставов, имеющих бесконечное число степеней свободы, и постоянно меняющейся вязкости мышц, что делает совершенно необходимым постоянную пластическую смену иннервации, соответствующих изменяющимся в каждый момент положениям конечностей и состояниям мышечного аппарата.

Именно это обстоятельство и вводит подвижный, вариативный характер двигательных иннервации как основное условие для достижения постоянного, инвариантного результата движения.

Поэтому при выполнении произвольного движения или активного действия при сохранении направляющей роли двигательной задачи решающее звено перемещается от эфферентных к афферентным импульсам, иначе говоря, к тем афферентным синтезам, которые сигнализируют как положение движущейся конечности в пространстве, так и состояние мышечного аппарата, учитывая различие между потребным будущим (soll-wert) и положением движущегося органа в настоящем (Jst-wert) и создавая коэффициент этого различия (bW), который H.A. Бернштейн и считает основным, определяющим фактором построения движения.

Система афферентаций, составляющая необходимое звено для выполнения операционной, исполнительной части движения, сама по себе не может быть простой и однородной: она неизбежно должна включать в свой состав зрительную афферентацию - учет зрительно-пространственных координат, в которых протекает движение, систему кинестетических сигналов, указывающих на положение опорно-двигательного аппарата, сигналов общего тонуса мышц, состояний равновесия и т. д.

Только такая система афферентных синтезов и может объяснить правильное протекание двигательного акта.

Постоянное поступление различных афферентных сигналов является необходимым для успешного осуществления последнего звена каждого произвольного движения-контроля над его выполнением и коррекции допускаемых ошибок.

Этот контроль над протеканием действия и коррекция допускаемых ошибок осуществляется путем постоянного сличения выполняемого действия с исходным намерением, которое выполняется особым аппаратом - «акцептором действия».

Этот аппарат представляет собой постоянно следящее устройство, обеспечивающее учет непрерывно поступающей «обратной» афферентаций и сличение её с исходными сигналами, он является необходимым составным компонентом произвольного двигательного акта, и при его исключении успешное выполнение нужной задачи становится невозможным.

Намеченная выше схема, резюмирующая современный психологический и физиологический подход к построению движений, является только исходной гипотезой, открывающей пути дли многих детальных исследований.

Однако она убедительно показывает всю сложность произвольного движения (двигательного акта) и дает существенные указания для поисков их мозговой организации.

Примечание.

Имеющееся спонтанное обучение двигательной активности не только не решает проблемы оптимального научения, как показывает двигательная практика, но и наглухо закрывает те природные двигательные организации, которые сформированы и передаются на базе спинномозговых рефлексий. Другими словами, вокруг и около имеется практика подавления природных двигательных реакций, а оценить имеющиеся или направить создаваемые нечем, т. к. отсутствует двигательная теория, а на методы и средства, выработанные длительным историческим опытом, не может создаться социальный заказ!

Налицо порочный круг. Имеется явно наблюдаемая тенденция в индивидуальном здоровье, споргивной и боевой производительности, восстановлении и реабилитации, но полностью

отсутствует какая бы то ни было логика в плане того, как выбранная двигательная функция (прямо, опосредованно, частично или полностью) влияет на указанные категории. Вместо скрупулезного анализа деталей, поиска двигательного языка (понятий, образов), двигательных принципов и законов, идет схоластическое мудрствование на базе физического механизма элементарного механического звена с неудачными попытками переноса на организм.

Лонг-центр 2012-2015гг.