ЛБТС, связывающая входные и выходные ее координаты состояния [11], в которой она представляется как автономная биологическая система управления, в которой участвуют система программного управления молокоотдачей и система обучения, регулирующая процессы молокообразования лактирующей коровы.
Процесс обучения состоит в изменении коэффициентов усиления в отдельных трактах биологической системы, при которых реализуется наилучший процесс управления процессами молокообразования и молокоотдачи. После того как в результате обучения процесс управления становится оптимальным, функционирует лишь система программного управления в соответствии с заданными в процессе обучения закономерностями.
Основное внимание при составлении моделей физиологических процессов, связанных с лактацией, было обращено на связи, влияющие на динамику системы, уже подвергнутой предварительному обучению.
В качестве входных переменных физиологических систем рассмотрены управляющие воздействия, формируемые как технической системой управления доильной установки, установками создания микроклимата и т.п., реализующими целевую функцию ЛБТС, так и корой полушарий головного мозга животного при соблюдении и нарушении стереотипа доения. Выходными переменными служат сам продукт (молоко с его количественными и качественными характеристиками, выход телят) и диагностические показатели системы, характеризующие состояние как отдельного организма, так и группы животных в норме и патологии.
При разработке моделей наибольшее внимание уделялось исследованиям условий передачи воздействий, сформированных техническими средствами к биологическим тканям (молочной железе), а также выбор формы, интенсивности, длительности воздействий. При анализе каналов воздействия ЛБТС использовался принцип адекватности, согласно которому управляющее воздействие должно быть по своей физико-химической природе свойственно живому организму, а значения параметров воздействия должны находиться в диапазоне приемлемости для биологических тканей.
Динамика процессов в БСПМ связана с одновременным функционированием большого числа биорегуляторов с различным быстродействием и вероятностными характеристиками практически всех их элементов. В результате аналитических исследований отдельных биологических и технологических процессов при введении ряда допущений [11] были получены системы дифференциальных уравнений, описывающие процессы молокообразования, молокоотдачи и молоковыведения при взаимодействии доильного аппарата с молочной железой животного.
В результате анализа нелинейностей, при постоянных внешних воздействиях (стереотип доения), рассмотрено движение квазистационарной ЛБТС на определенных интервалах времени: период молокообразования, латентный период молокоотдачи, непосредственно доение и его заключительная фаза.
Методами структурной и функциональной идентификации отдельных биологических и технических звеньев ЛБТС, в том числе по их переходным функциям, полученным экспериментально на большой группе коров, определены статистические оценки коэффициентов передачи и постоянных времени, подтверждена адекватность моделей квазистационарных ЛБТС и выполнена оценка наблюдаемости и управляемости.
Модели большей части остальных подсистем БСПМ получены с использованием принципа единства подхода к анализу технологических процессов и взаимодействий также в виде функций определенных переменных состояния.
Первый этап был завершен выбором конструкторско-технологических решений [11], выделением наблюдаемых и управляемых параметров состояния конкретных технологических процессов и видов технических средств.
Обеспечение качества функционирования БСПМ требует текущего мониторинга технологических процессов в реальном масштабе времени. Анализ информационных процессов в БСПМ также был выполнен с учетом принципа единства информационной среды, в соответствии с которым по каждой из подсистем были определены наиболее информативные по отношению к оцениваемому эффекту контролируемые показатели.
На втором этапе исследований ЛБТС были разработаны требования к техническим средствам и программному обеспечению, выполнено управленческое и информационное согласование технических и биологических звеньев в рамках общей модели.
В результате для каждого уровня управления были определены: совокупности измеряемых и контролируемых величин; допустимые их ограничения; алгоритмы формирования осведомительных сигналов и базы данных для зоотехника, оператора, селекционера, инженера, администратора; группы операций по распознаванию образов – идентификация животных, распознавание размещения сосков на вымени при автоматическом надевании доильных стаканов.
Таким образом, подготовлена среда для создания информационноинтегральной системы, включающей ряд сложных технологических подсистем, в виде единого аппаратно-программного комплекса, обеспечивающего устойчивое производство молока необходимого качества. При этом каждый из уровней управления энергетически и информационно связан не с одним, а с несколькими уровнями наблюдения. Каждое управляющее воздействие вырабатывается на основе обоснованного объема измерительной информации, которая также накапливается и по требованию пользователей (управленческого персонала) передается на более высокие уровни управления.
Итогом второго этапа исследований явилось следующее: выбраны методы и средства наблюдения (измерения, контроля), физические принципы и способы преобразования измерительной информации, обеспечивающие единство информативных признаков для всех уровней; сформулированы требования к системе обработки сигналов измерительной информации, поступающей со всех уровней наблюдения БСПМ с целью принятия решения
на оптимальное управление состоянием системы; положено начало к созданию библиотеки алгоритмов и программ обработки и построения моделей состояния системы в различной постановке задачи оптимизации. Разработанные алгоритмы и программы послужили основой для создания системы автоматизированного мониторинга предприятия по производству молока.
Третий этап исследований должен включать разработку экспериментальных образцов аппаратуры, основанной на новейших достижениях микрои оптоэлектроники, микропроцессорной техники, и апробацию разработанных методов и средств. При этом с учетом ограничений (физических, ресурсных, конструктивных, метрологических и т.п.) будет решаться задача создания оптимального аппаратно-программного комплекса для современной биотехнической системы производства молока сельскохозяйственного предприятия.
