系統(tǒng)

學(xué)會以“系統(tǒng)”的觀點認識、分析、處理客觀對象，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，也是人類在認識論與方法論上的一大進步。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，生產(chǎn)工具、生產(chǎn)設(shè)備、產(chǎn)品與工程結(jié)構(gòu)均變得愈來愈復(fù)雜，這種復(fù)雜性主要表現(xiàn)在其內(nèi)部各組成部分之間，它們與外界環(huán)境之間的聯(lián)系變得愈來愈密切，以至于其中某部分的一些變化可能會引起一連串的響應(yīng)而波及全局，即“牽一發(fā)而動全身”。在這種情況下，孤立地研究各個部分已不能滿足要求，而必須將有關(guān)的部分聯(lián)系起來，作為一個有機的整體加以認識、分析與處理。這個有機的整體稱為“系統(tǒng)”。我們所研究的“系統(tǒng)”就是由相互聯(lián)系、相互作用的若干部分構(gòu)成的，而且有一定的目的或一定的運動規(guī)律的一個整體。其實，在自然界、社會上或工程中，存在著也只存在著各式各樣的系統(tǒng)，任何一個系統(tǒng)莫不處于同外界（即同其他系統(tǒng)）相互聯(lián)系之中，也莫不處于運動之中。系統(tǒng)由于其內(nèi)部相應(yīng)的機制，又由于其同外界相互的作用，就會有相應(yīng)的行為、響應(yīng)或輸出。外界對系統(tǒng)的作用和系統(tǒng)對外界的作用，分別以“輸入”及“輸出”表示。一般的系統(tǒng)可以用圖1.1.3表示。

 

組成系統(tǒng)的各個部分可以是元件，也可以是下一級的系統(tǒng)，后者稱為“子系統(tǒng)”；

而整個系統(tǒng)又可以是上一層系統(tǒng)的子系統(tǒng)。必須注意，一個系統(tǒng)的特性并不能看成是組成它的元件或子系統(tǒng)的特性的簡單總和。比起元件或子系統(tǒng)的特性來，系統(tǒng)特性要復(fù)雜得多，豐富得多。要了解一個系統(tǒng)，不僅需要知道組成它的各個部分，而且必須了解各部分之間的關(guān)系以及它們所組成的系統(tǒng)。為說明這一點，以圖1.2.1所示的簡單系

統(tǒng)為例。這一系統(tǒng)由兩個元件－質(zhì)塊與彈簧－組成，m表示質(zhì)塊的質(zhì)量，k表示彈簧的剛度。若孤立地考察這兩個元件，其特性均十分簡單：質(zhì)塊的加速度y(t)與受到的力成正比，即Newton第二定律；假彈簧是線性的，彈簧的變形y(t)與受到的力成正比，即Hooke定律。可是兩者構(gòu)成如圖1.2.1所示的系統(tǒng)以后，質(zhì)塊受外力f(t)的作用，質(zhì)塊位移為y(t),系統(tǒng)的動力學(xué)方程為

這一動力學(xué)方程表現(xiàn)出來的性質(zhì)卻比兩個元件各自的性質(zhì)復(fù)雜得多。例如，系統(tǒng)在一個初始位移yo或初始速度y.的作用下，會開始做“簡諧振動”，即質(zhì)塊按照正弦或余弦規(guī)律做往復(fù)運動，這是由于質(zhì)塊與彈簧兩者結(jié)合在一個系統(tǒng)中相互作用而造成的，分別研究兩個元件，無論如何也得不出這一結(jié)論。

機械系統(tǒng)

以實現(xiàn)一定的機械運動、承受一定的機械載荷為目的，由機械元件組成的系統(tǒng)稱為機械系統(tǒng)。這是一類廣泛存在的系統(tǒng)，例如各種工作機械、機床、動力設(shè)備、交通運輸工具以及某些工程結(jié)構(gòu)等均是機械系統(tǒng)。機械系統(tǒng)的輸入與輸出，往往又分別稱為“激勵”（excitation)與“響應(yīng)”。機械系統(tǒng)的“激勵”一般是指外界對系統(tǒng)的作用，如作用在系統(tǒng)上的力，即載荷等，而“響應(yīng)”則一般是系統(tǒng)的變形或位移等。一個系統(tǒng)的激勵，如果是人為地、有意識地加上去的，往往又稱為“控制”，而如果該激勵是因偶然因素而產(chǎn)生，一般無法完全人為控制，則稱為“擾動”（disturbance).

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