《系统工程基本理论》PPT课件

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1、系统工程基本理论2.1系统论基础2.2控制理论基础2.3信息论基础12.1系统论基础为系统工程提供理论和方法的技术科学主要有系统论，控制论和信息论、最优化理论等（其中，系统论、信息论、控制论简称“三论”，是系统科学的重要理论基础及工具）。系统论是系统科学的主体理论基础。2一般系统论贝塔朗菲是美籍奥地利生物学家，1945年，他在《德国哲学周刊》第18期上发表了《关于一般系统论》，这是系统科学的奠基之作，标志着系统科学的诞生。一般系统论用相互关联的综合性思维来取代分析事物的分散思维，概括了整体性、关联性、动态性、有序性

2、、终极性（目的性）等系统的共性，突破了以往分析方法的局限性。3一般系统论的延伸一般系统论的研究领域十分广阔，几乎包括一切与系统有关的学科和理论，如管理理论、运筹学、信息论、控制论、科学学、哲学、行为科学等。它给各门学科带来新的动力和新的研究方法，沟通了自然科学与社会科学、技术科学与人文科学之间的联系，促进了现代科学技术发展的整体化趋势，使许多学科面貌焕然一新。4系统的观点-1贝塔朗菲将系统定义为“相互作用的诸要素的复合体”。这个定义强调了系统的整体性和联系性，是系统科学的基本观点。结构功能相关规律、信息反馈规律、竞

3、争协同规律、涨落有序规律、优化演化规律作为系统的五个重要规律。5系统的观点-2（1）整体与涌现性系统观点首先是整体观点整体才具有而孤立的部分及其总和不具有的特性，称为整体涌现性或突现性（wholeemergence）。（2）结构、子系统、层次系统组分（元素）及组分之间一切联系方式的总和称为系统的结构（structure）。子系统（subsystem）相对于系统整体而言就是系统的部分或组分，但它本身就是一个系统，具有系统的基本特性。层次是系统由元素整合为整体过程中的涌现等级，不同性质的涌现形成不同的层次，不同层次表现

4、出不同的涌现性。6系统的观点-3（1）系统的环境广义上讲，一个系统之外的一切与它相关联的事物构成的集合，称为该系统的环境。（2）孤立系统、封闭系统和开放系统依据系统与环境所处的关系，可将系统分为孤立系统、封闭系统和开放系统。（3）系统的行为行为是刻画系统与环境相互关系的概念。（4）系统的功能功能是刻画系统行为，特别是系统与环境关系的重要概念。（5）系统的演化动态，暂态，稳态。演化性是系统的普遍性。72.2控制理论基础控制论（cybernetics）是在20世纪30、40年代自动控制、电子计算机、通信技术和生物学、数

5、学等学科蓬勃发展的背景下产生的。1948年，美国数学家维纳将机器与生物的控制和通信机制进行类比，抽象出共同特征，创立了控制论。控制论提炼出的基本概念，诸如目的、行为、通信、信息、输人、输出、反馈、控制以及在这些概念基础上的控制论系统模型，即输入一输出反馈控制模型，具有广泛的普遍意义，并且紧密联系着基础理论和应用技术两头。8控制的含义广义地说，世间各种事件的因果关系都是控制，包括领导、指挥、支配、经营、管理、创作、设计、组建、制造、操纵、制裁、教育、调节、补偿、决策、优化，等等。狭义地说，控制仅指有控制的系统中施控者

6、选择一定手段作用于受控者的主动行为过程。9控制与信息控制过程是一种不断获取、处理、选择、传送和利用信息的过程。实施控制的前提条件是获取受控对象运行状态、环境状况、实际控制效果等信息，控制目标和手段都是以信息形式表现并发挥作用的。维纳强调说：“控制工程的问题和通信工程的问题是不能区分开来的，而且，这些问题的关键并不是环绕着电工技术，而是环绕着更为基本的消息概念，而不论这消息是由电的、机械的或神经的方式传递的。”从信息掌握程度理解白箱、灰箱和黑箱的涵义10控制分类一定的控制过程有一定的控制任务。控制系统是人们为完成一定

7、的控制任务而设计制造的。按照控制任务的不同，可将控制系统主要分为以下几种类型：定值控制程序控制随动控制最优控制11控制方式（1）开环控制（2）补偿控制（3）反馈控制12大系统的控制（1）集中控制（2）分散控制13大系统的控制（3）分解一协调控制——分级递阶控制14大系统的控制（3）分解一协调控制——分层控制15大系统的控制（3）分解一协调控制——分层分段控制162.3信息论基础现代信息论是从20世纪20年代奈奎斯特N．Nyquist）和哈特利（L．v．R．Hartley）的工作开始的，他们最早研究了通信系统传输信息

8、的能力，并试图度量系统的信道容量。1948年，申农发表了具有里程碑性质的论文——《通信的数学理论》。这是世界上首次将通信过程建立了数学模型的论文。这篇论文和1949年发表的另一篇论文奠定了现代信息论的基础。17信息的含义申农把信息定义为两次不确定性之差，即信息＝通信前的不确定性—通信后仍有的不确定性对于信息给予下面的进一步解释：（1）所谓信号，包括光、一般电