Інформація та регулювання являють собою 2 сторони єдиного процесу управління. Зони управління в техніці, біології, соціології однакові. У біологічних системах прийом, переробка, зберігання і передача інформації забезпечує управління функції організму. Проблеми управління вивчає кібернетика.
Ампер в 1931 р Кібернетика - наука про управління державою.
Вінер 1948 р Кібернетика в управлінні тваринами і машинами.
Область дослідження кібернетики - загальні зони організації, управління, переробки інформації неправдивих систем. Кібернетика вивчає ті зв'язку, за допомогою яких здійснюється управління, а також організацію впорядкованих систем і саме застосування управління. Основний теоретичний апарат кібернетики - теорія інформації, теорія складання і фільтрації перешкод, теорія виявлення і прогнозування поведінки керованих систем, тобто автоматів і складних систем. Предмет кібернетики - кібернетична система - впорядкована сукупність взаємодіючих об'єктів, об'єднаних певних функцій і здатних забезпечуватися інформацією. Елементи кібернетичної системи - об'єкти різної фізичної природи (як неживі, так і живі).
Кібернетична система - абстрактне поняття, що не відображена всіх фізичних, технічних або фізіологічних особливостей об'єкта. Людина, як кібернетична система, розглядається тільки з точки зору взаємозв'язку та управління окремих органів, без анатомічних деталей. Кібернетичні системи складаються з підсистем, між якими існують зв'язки. Підсистеми складаються з більш простих кібернетичних систем. Ці підсистеми також можуть містити більш прості підсистеми. Кожному рівнянню ієрархії відповідає певний рівень організації. Живий організм також є ієрархічною системою. Біофізика поділяється на рівняння організації живого організму:
- молекулярний
- клітинний
- організований
- складних систем
Для біологічних систем слід відзначити їх мінливість, оскільки кожен організм забезпечує індивідуальні відмінності. Т.ч. людина є складною кібернетичної системою, що складається з великого числа елементів і вимагає зрівнювання на всіх ієрархічних умовах. Рівняння - це прийняття зміни стану або режимів функціонування системи відповідно до поставленим перед нею завданням. Будь-яка система містить керуючу і виконуючу частини. За лінійної прямого зв'язку, керуюча частина посилає відповідно до завдання в виконуючу частина команди. По лінії обробленої зв'язку, в керовану частину надходять відомості про виконання команд від виконавчої частини.
Біологічні об'єкти відносяться до саморегуляціонним системам. Саморегуляціонние системи мають здатність підтримувати свій стан або режим функціонування на певному заданому рівнянні при будь-яких зовнішніх впливах. Живий організм з точки зору кібернетики є сукупністю пристроїв і процесів їх зв'язали, які виконують певну життєву функцію. Подібну функцію може виконати лише вся система в цілому, тому система автоматичного регулювання може виконати визначення операції, які зв'язали всі елементи системи. Теорія автоматичного регулювання виділяє два основних способи регулювання:
Основний елемент обох систем - об'єкт регулювання і регулятор. Об'єкт регулювання - це елемент системи, в якій протікає процес, що підлягає регулюванню. На виході об'єкта регулювання перебувати датчик, за допомогою якого можна зареєструвати вихідну характеристику процесу, тобто функцію від часу контролює величини. Для управління об'єктом, регуляционная система включає в себе регулятор, в якому формується команда, т.е.сігнал, що змінює хід процесу в об'єкті регулювання. В системі автоматизованого регулювання по обуренню сигналу до зміни режиму роботи регулятора служить регуляція на збурює фактор. Такими факторами можуть бути зміни в навколишньому середовищі, які можуть порушити вихідний режим роботи об'єкта регуляції або регулятора. Для попередження таких порушень в системі автономного регулювання по обуренню повинен бути присутнім вимірювач обурено фактора і коригуючий пристрій. Під дією зовнішнього відшкодування, у вимірювачі виникає сигнал, що відключає коригувальні пристрій, який вибирає команду для включення регулятора. Дія регулятора забезпечує функціонування регуляції в оптімолекулярном режимі, тобто об'єкт регулювання за цією схемою пристосовується до умов, що змінюються умовою навколишнього середовища.
В системі автоматизованого регулювання по відхиленню, безпосереднім сигналом до зміни режиму роботи регулятора служать зміни вихідної характеристики об'єкта регулювання (ОР). Як тільки вихідна характеристика змінюється під дією зовнішнього обуреного фактора або внутрішніх характеристик системи, то відбувається корекція роботи ЗР за допомогою регулятора (Р). за рахунок сигналів по ланцюгу зворотного зв'язку. Система автоматичного регулювання по відхиленню додатково включає в себе елемент порівняння (ЕС). САР за відхиленням:
Придбана вихідна характеристика подає по ланцюгу зворотного зв'язку (ОС) на елемент порівняння який має два входи. На перший вхід подається вихідна характеристика ОР, на другий - еталонна функція або установка g (t). У тих пристроях установка має електричну природу у вигляді імпульсів струму або напруги. В помилкових системах установка формується за допомогою компресора. При збігу вихідний характеристики і установки сигналу з ЕС на Р не надходить. При відхиленні від етолоновой функцій включається Р, який повертає ЗР колишній режим роботи. Розрізняють позитивну і негативну ОС. Позитивна ОС призводить до вироблення команд, що ведуть до збільшення відхилення системи від початкового стану. На приклад, всмоктування шлунком продуктів травлення викликає додаткове виділення шлункового соку. У той же самий час патологія в роботі органів розвивається за участю позитивної ОС. Наприклад, ослаблення серцевої діяльності може привезти до закупорки судин, отже, ще більше ослаблення серцевої діяльності. Негативне ОС викликає команди, які прагнуть зменшити відхилення в системі. Регулювання по відхиленню здійснюється з використанням негативної ОС. Наприклад, при перегріванні організму посилюється потовиділення і частішає дихання, отже, збільшення тепловіддачі і зменшення температури тіла. Для роботи організму в середовищі з великим потенціалом обурених факторів система автоматичного регулювання по обуренню не придатне, тому що кожен обурений фактор повинен мати свою систему регулювання. Така система не може реагувати на нові обурені фактори, для яких немає вимірників. Це є основним недоліком. САР за відхиленням більш універсальною, тому що забезпечує регулювання при відхиленні вихідний характеристики від установки незалежно від причин відхилення. Однак, основним недоліком такої системи є регулювання слідом за порушенням режиму роботи ОР, що створює загрозу руйнування системи. Більш перспективною є система регуляції передбаченням можливого відхилення на підставі прогнозування майбутніх подій. Ця система називається ФОРПОСТной. Залежно від характеру уставки система автоматичного регулювання підрозділяються на 3 основні групи:
- Система стабілізації або гомеостазу для якої величина установки побудована і не змінюється з часом.
- Система програмного керування, в якій уставка змінюється за певним законом.
- Система стежить управління, в якій вставка може зміняться випадковим чином, тобто реагувати на випадкове обурення.
В основі управління організмом, в процесі його мінливих зовнішніх підсилювачів навколишнього середовища знаходиться рефлекс. Структурна основа рефлекса- рефлекторна дуга, що складається з трьох основних ланок:
Аферентні ланка включає в себе рецептори, що сприймають адекватне роздратування і нервові волокна, які проводять нервові імпульси. Ця ланка забезпечує прийом інформації та передачу її в ЦНС за допомогою кодування імпульсу. Центральна ланка забезпечує прийом сигналів, зберігання інформації і формування команд виконавчому органу. У центральну ланку входять всі нейрони ЦНС, які беруть участь в існуванні даного рефлексу, а також сигнали, які пов'язують нейрони в єдину мережу. Еферентної ланка - включає в себе еферентні нервові волокна і виконавчий орган - ефектор. Найважливіший елемент рефлексу - ОС. Вона проявляється в тому, що одноразове стимулювання рецепторів не закінчував одноразовим дією ефектора. Робота ефектора збуджує нові рефлекторні реакції, які протікають послідовно, аж до точного досягнення мети. Частина мети рефлексу, по якій сигнали надходять в ЦНС по ефектору, називаються ОС з точкою зору.