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系 统 与 控 制
系统定义:
由相互联系、相互作用、相互依赖和相互制约的若干要素或部分组成的具有特定功能的整体，称为系统(system)。
系统是要素或部分组成的整体
构成系统的条件:
①
至少有两个或者两个以上的要素(部分)才能组
成系统；
②
要素(部分)之间相互联系、相互作用，按照一定方式形成一个整体；
③
这个整体具有的功能是各个要素(部分)的功能中所没有的。
要素
结构
功能
系统的类型
根据一定的标准，可将系统划分为若干
子系统。
按系统的规模分：
小型系统、中型系统、大型系统和巨型系统
系统的分类
按照系统组成元素的性质：
自然系统
人工系统
复合系统
系统的分类
按照系统组成元素存在的形态：
实体系统
抽象系统
—机械系统
—哲学系统
系统的分类
按与环境的关系划分：
开放系统、封闭系统
按系统的状态划分：
静态系统、动态系统
……
(1)整体性（全局、集合）：——侧重于“部分影响整
体”。是系统的最基本的特性，也是观察和
分析系统最基本的思想和方法。
1、系统是一个整体，它不是各个要素（部分）的简单
相加，系统的整体功能是各要素（部分）在孤立状
态下所没有的。
2、系统的整体功能大于组成系统的各部分的功能之和。
例：巴尔扎克的塑像、“木桶理论”、一招不慎全盘皆输、弃卒
保车、“阿波罗”登月飞船上的零件
系统的基本特性
(2)相关性（匹配、关联）：——侧重于
“部分与部分之间的关联”
构成系统的各元素之间是相互联系、相互作用、相互依赖、相互影响的关系，是彼此相关的。
例：古代建筑的“梁柱结构”、合金钢材料各种性能的
相互影响、家庭装修工程
系统的基本特性
(3)目的性（功能）：任何系统都具有某种目的，都要
实现一定的功能，这是区别不同系统的主
要标志。
(4)动态性（更新）：物质都是不断变化，因此系统是
一个动态的系统，处在运动变化和发展之中。
(5)环境适应性（自适应）：系统都存在于一定的环境
之中，并不断的与外界环境进行物质
的能量的和信息的交换，系统必须适
应外部环境的变化。
例：“春捂秋冻”、电冰箱不能紧贴墙放置
系统的基本特性
什么是系统分析？
系统分析一般是从系统的整体功能出发，全面地思考与解决问题。
系统分析
1、系统分析的目标：发挥系统的功能，实现系统的
目标。
2、系统分析采用的方法：运用科学的方法对系统加
以周详的考察、分析、比
较、试验。
3、系统分析产生的结果：拟订一套有效的处理步骤
和程序，或对原系统提出
改进方案。
系统分析的一般步骤可以描述为：
明确问题
设立目标
收集资料
制定方案
分析计算
评价比较
检验核实
作出决策
系统分析
系统分析的主要原则
整体性原则：系统分析首先要着眼于子系统
整体，要先分析整体，再分析
部分；先看全局，后看局部；
先看全过程，再看某一阶段；
先看长远，再看当前。
例：田忌赛马、丁谓修复皇宫
街道各部门施工
系统分析的主要原则
科学性原则：系统分析一方面要有严格的工
作步骤，另一方面应尽可能地
运用科学方法和数学工具进
行定量分析，使决策的过程
和结果更具用说服力。
例：种稻“三三进九不如二五一十”
系统分析的主要原则
综合性原则：系统分析时还要注重综合性原
则，要综合分析，统筹兼顾，
不可顾此失彼，因小失大。
例：孝襄高速公路、都江堰水利工程
埃及阿斯旺水坝
系统的优化
在给定的条件（或约束条件）下，根据系统的优化目标，采取一定的手段和方法，使系统的目标值达到最大化（或最小化）。
约束条件：对系统起限制作用的，并且是不可人为调
节的。
影响因素：是指对系统的目标产生显著影响，并且可
以人为调节的因素。
例：农作物种植系统的优化——农业间作套种、利润问题
系统的设计
系统设计是在系统分析的基础上，设计出满足预定目标的系统的过程。它包含对某个系统进行技术设计，同时需要运用系统的思想和方法对其设计过程进行分析、设计。
系统设计应考虑的主要问题：
1、系统设计的目的与要求：
要从整体出发，以系统整体功能的最优为目的。
2、系统各部分之间的相互联系与相互作用
运用系统的思想综合考虑各部分之间的关联、
冲突问题，注重各部分的横向、纵向联系。
3、系统设计方案的优化
先从整体考虑优化，统筹兼顾，再在此基础上完善各部分的设计。
例题
例题
按人工干预来分：人工控制
自动控制
按执行部件来分：机械控制
气动控制
液压控制
电子控制
控制的含义：
人们按照自己的意愿或目的，通过一定的手段，使事物向期望的目标发展，这就是控制。
控制的手段
开环控制系统：
概念：控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响的控
制系统。
例：红绿灯定时控制系统、防盗报警控制系统、火灾自动报
警系统、公园的音乐喷泉自动控制系统、红外线自动门
控制系统、普通电风扇风速控制系统、可调光台灯控制
系统等。
特征：系统的输出量仅受输入量控制，输入量到输出量之间
的信号是单向传递。

控制器
执行器
被控对象
输入值
输出值
控制量
闭环控制系统：
概念：系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响的控
制系统。
例：供水水箱的水位自动控制系统、加热炉的温度自动控制系
统、花房温度控制系统、投篮、家用电饭锅保温控制系统
、家用电冰箱温度控制系统等。
基本组成：与开环控制系统相比，闭环控制系统多了检测装置
比较器。
反馈环节
控制器
执行器
被控对象
输入量
输出量
控制量
比较器
两者的比较
开环：
闭环：
控制器
执行器
被控对象
输入值
输出值
控制量
反馈环节
控制器
执行器
被控对象
输入量
输出量
控制量
比较器
闭环控制系统的干扰与反馈
1、干扰因素：
在控制系统中，除输入量（给定值）以外，引起被控量变化的各种因素称为干扰因素。
有的干扰因素是环境造成的，如影响自行车行驶速度的变化的自然风等；有的干扰因素是人为原因所致，如影响飞机导航信号的手机信号等。
2、反馈的含义：
控制系统中，将输出量通过适当的检测装置，返回到输入并与输入量进行比较的过程，就是反馈。
例：投篮、自动电水壶
3、反馈环节的作用：
通过将输出量通过适当的检测装置，返回到输入并与输入量进行比较，从而减少输出量的偏差，稳定输出量。
闭环控制系统的工作过程：
闭环控制系统的核心是通过反馈来减少被控制量（输出量）的偏差。
工作过程：
1、由于干扰因素的存在，系统的被控量偏离给定
值时；
2、闭环控制系统中的反馈环节能及时检测出被控
量的值，并迅速反馈到输入端，与给定值进行
比较；
3、控制器根据比较得到的偏差信号进行调节，从
而是系统的被控量接近给定值，达到精确控制
的目的。
功能模拟方法
以功能和行为的相似性为基础，用“模型”模拟“原型”的功能和行为的方法，就是功能模拟方法。
黑箱方法
把将要研究的系统作为黑箱，通过对系统输入与输出关系的研究，进而推断出系统内部结构及其功能的方法，就是黑箱方法。
例：通过输入图像、电或声音信号，观测、分析脑电波的输出反应，研究人脑对视觉或听觉信息的传递、变换和处理功能，得知人脑内部结构的细节，就是黑箱方法的运用。
例题

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