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系 統 與 控 制
系統定義:
由相互聯系、相互作用、相互依賴和相互制約的若干要素或部分組成的具有特定功能的整體，稱為系統(system)。
系統是要素或部分組成的整體
構成系統的條件:
①
至少有兩個或者兩個以上的要素(部分)才能組
成系統；
②
要素(部分)之間相互聯系、相互作用，按照一定方式形成一個整體；
③
這個整體具有的功能是各個要素(部分)的功能中所沒有的。
要素
結構
功能
系統的類型
根據一定的標準，可將系統劃分為若干
子系統。
按系統的規模分：
小型系統、中型系統、大型系統和巨型系統
系統的分類
按照系統組成元素的性質：
自然系統
人工系統
復合系統
系統的分類
按照系統組成元素存在的形態：
實體系統
抽象系統
—機械系統
—哲學系統
系統的分類
按與環境的關系劃分：
開放系統、封閉系統
按系統的狀態劃分：
靜態系統、動態系統
……
(1)整體性（全局、集合）：——側重于“部分影響整
體”。是系統的最基本的特性，也是觀察和
分析系統最基本的思想和方法。
1、系統是一個整體，它不是各個要素（部分）的簡單
相加，系統的整體功能是各要素（部分）在孤立狀
態下所沒有的。
2、系統的整體功能大于組成系統的各部分的功能之和。
例：巴爾扎克的塑像、“木桶理論”、一招不慎全盤皆輸、棄卒
保車、“阿波羅”登月飛船上的零件
系統的基本特性
(2)相關性（匹配、關聯）：——側重于
“部分與部分之間的關聯”
構成系統的各元素之間是相互聯系、相互作用、相互依賴、相互影響的關系，是彼此相關的。
例：古代建筑的“梁柱結構”、合金鋼材料各種性能的
相互影響、家庭裝修工程
系統的基本特性
(3)目的性（功能）：任何系統都具有某種目的，都要
實現一定的功能，這是區別不同系統的主
要標志。
(4)動態性（更新）：物質都是不斷變化，因此系統是
一個動態的系統，處在運動變化和發展之中。
(5)環境適應性（自適應）：系統都存在于一定的環境
之中，并不斷的與外界環境進行物質
的能量的和信息的交換，系統必須適
應外部環境的變化。
例：“春捂秋凍”、電冰箱不能緊貼墻放置
系統的基本特性
什么是系統分析？
系統分析一般是從系統的整體功能出發，全面地思考與解決問題。
系統分析
1、系統分析的目標：發揮系統的功能，實現系統的
目標。
2、系統分析采用的方法：運用科學的方法對系統加
以周詳的考察、分析、比
較、試驗。
3、系統分析產生的結果：擬訂一套有效的處理步驟
和程序，或對原系統提出
改進方案。
系統分析的一般步驟可以描述為：
明確問題
設立目標
收集資料
制定方案
分析計算
評價比較
檢驗核實
作出決策
系統分析
系統分析的主要原則
整體性原則：系統分析首先要著眼于子系統
整體，要先分析整體，再分析
部分；先看全局，后看局部；
先看全過程，再看某一階段；
先看長遠，再看當前。
例：田忌賽馬、丁謂修復皇宮
街道各部門施工
系統分析的主要原則
科學性原則：系統分析一方面要有嚴格的工
作步驟，另一方面應盡可能地
運用科學方法和數學工具進
行定量分析，使決策的過程
和結果更具用說服力。
例：種稻“三三進九不如二五一十”
系統分析的主要原則
綜合性原則：系統分析時還要注重綜合性原
則，要綜合分析，統籌兼顧，
不可顧此失彼，因小失大。
例：孝襄高速公路、都江堰水利工程
埃及阿斯旺水壩
系統的優化
在給定的條件（或約束條件）下，根據系統的優化目標，采取一定的手段和方法，使系統的目標值達到最大化（或最小化）。
約束條件：對系統起限制作用的，并且是不可人為調
節的。
影響因素：是指對系統的目標產生顯著影響，并且可
以人為調節的因素。
例：農作物種植系統的優化——農業間作套種、利潤問題
系統的設計
系統設計是在系統分析的基礎上，設計出滿足預定目標的系統的過程。它包含對某個系統進行技術設計，同時需要運用系統的思想和方法對其設計過程進行分析、設計。
系統設計應考慮的主要問題：
1、系統設計的目的與要求：
要從整體出發，以系統整體功能的最優為目的。
2、系統各部分之間的相互聯系與相互作用
運用系統的思想綜合考慮各部分之間的關聯、
沖突問題，注重各部分的橫向、縱向聯系。
3、系統設計方案的優化
先從整體考慮優化，統籌兼顧，再在此基礎上完善各部分的設計。
例題
例題
按人工干預來分：人工控制
自動控制
按執行部件來分：機械控制
氣動控制
液壓控制
電子控制
控制的含義：
人們按照自己的意愿或目的，通過一定的手段，使事物向期望的目標發展，這就是控制。
控制的手段
開環控制系統：
概念：控制系統的輸出量不對系統的控制產生任何影響的控
制系統。
例：紅綠燈定時控制系統、防盜報警控制系統、火災自動報
警系統、公園的音樂噴泉自動控制系統、紅外線自動門
控制系統、普通電風扇風速控制系統、可調光臺燈控制
系統等。
特征：系統的輸出量僅受輸入量控制，輸入量到輸出量之間
的信號是單向傳遞。

控制器
執行器
被控對象
輸入值
輸出值
控制量
閉環控制系統：
概念：系統的輸出量返回到輸入端并對控制過程產生影響的控
制系統。
例：供水水箱的水位自動控制系統、加熱爐的溫度自動控制系
統、花房溫度控制系統、投籃、家用電飯鍋保溫控制系統
、家用電冰箱溫度控制系統等。
基本組成：與開環控制系統相比，閉環控制系統多了檢測裝置
比較器。
反饋環節
控制器
執行器
被控對象
輸入量
輸出量
控制量
比較器
兩者的比較
開環：
閉環：
控制器
執行器
被控對象
輸入值
輸出值
控制量
反饋環節
控制器
執行器
被控對象
輸入量
輸出量
控制量
比較器
閉環控制系統的干擾與反饋
1、干擾因素：
在控制系統中，除輸入量（給定值）以外，引起被控量變化的各種因素稱為干擾因素。
有的干擾因素是環境造成的，如影響自行車行駛速度的變化的自然風等；有的干擾因素是人為原因所致，如影響飛機導航信號的手機信號等。
2、反饋的含義：
控制系統中，將輸出量通過適當的檢測裝置，返回到輸入并與輸入量進行比較的過程，就是反饋。
例：投籃、自動電水壺
3、反饋環節的作用：
通過將輸出量通過適當的檢測裝置，返回到輸入并與輸入量進行比較，從而減少輸出量的偏差，穩定輸出量。
閉環控制系統的工作過程：
閉環控制系統的核心是通過反饋來減少被控制量（輸出量）的偏差。
工作過程：
1、由于干擾因素的存在，系統的被控量偏離給定
值時；
2、閉環控制系統中的反饋環節能及時檢測出被控
量的值，并迅速反饋到輸入端，與給定值進行
比較；
3、控制器根據比較得到的偏差信號進行調節，從
而是系統的被控量接近給定值，達到精確控制
的目的。
功能模擬方法
以功能和行為的相似性為基礎，用“模型”模擬“原型”的功能和行為的方法，就是功能模擬方法。
黑箱方法
把將要研究的系統作為黑箱，通過對系統輸入與輸出關系的研究，進而推斷出系統內部結構及其功能的方法，就是黑箱方法。
例：通過輸入圖像、電或聲音信號，觀測、分析腦電波的輸出反應，研究人腦對視覺或聽覺信息的傳遞、變換和處理功能，得知人腦內部結構的細節，就是黑箱方法的運用。
例題

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