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硕士研究生学位课程 系统工程导论 第三次课 系统学基础 本次课的内容 一、系统论基础： 1、基本概念； 2、系统与环境；系统的状态与涨落；系 统的熵与序；系统的自组织； 3、一般系统论；突变论；混沌理论；耗 散结构；协同学； 二、控制论基础： 系统：具有特定功能的、相互间具有有机联系的许 多要素所组成的一个整体。（有组织的或被组织 化的整体） 系统科学：研究系统演化的一段规律、系统有序结 构的自组织原理和系统复杂性。 系统工程的理论基础：由一般系统论、大系统理论、 经济控制论、运筹学等学科相互渗透、交叉发展 而形成的。 基本概念 1、系统与环境 从热力学角度，按照系统与环境的关系，可划分为孤立系 统、封闭系统和开放系统 ①孤立系统：是指系统与其环境之间既没有物质的交换，也 没有能量的交换。 ②封闭系统：是指系统与环境可以交换能量但不可以交换物 质。 ③开放系统：如果系统与环境之间既有能量交换，又有物质 交换 。 2、系统的状态与涨落 ①动力学状态. 动力学系统的状态是描述系 统所必需的最小一组变量，只要知道了在t t0 时 的这组变量和t t0 时的输入，那么就能完全确定 系统在任何t t0 时间的行为。这组变量叫做状态 变量。 ②热力学状态. 对 于热力学系统，由于大量 分子的持续无规则运动， 其力学状态无穷多，但可 以采用宏观平均统计量来 描述热力学系统。如描述 一定容积气体的状态，用 pV nRT 压力p 和温度T这两个热力 学状态变量就可以了。 ③热力学平衡态与非平衡态. 如果系统的热力 学状态变量不再随时间而变化，称系统达到定态； 在定态系统中，如果不存在物理量的宏观流动 （如热流，粒子流等），则称该系统处于热力学 平衡态。不具备上述任何一个条件的系统，称其 处于非平衡态。相应的系统可称为平衡态系统和 非平衡态系统。 • 孤立系统的定态就是平衡态。 • 封闭系统和开放系统的演化强烈地依赖于系统的 环境条件。 ④涨落. 由于组成热力学系统的粒子非常 的多，人们不可能完全控制粒子的运动过 程，而描述系统的宏观物理量是数量很少 的，如温度、压力等。因此，在任一时刻， 系统的实际物理量不能够精确的等于现实 统计平均量，多少有些偏离于平均量，这 种偏离就叫做“涨落”。 涨落是杂乱无章的、随机的。 3、系统的熵与序 ①熵：如果一个物体的 绝对温度为T，输入该 Q s s s 物体的热量为ΔQ，则 1 2 T 该物体的熵的增加量 为 (热力学熵) 热力学第二定律指出：一个系统的自 发过程总是朝着热平衡的方向变化， 它内部的温差越来越小，变化的结果 是系统的熵越来越大。 波尔兹曼认为：在大量粒子（分子、原子）组成的 系统中，熵表示系统的紊乱程度，系统越“乱”， 熵就越大，系统越有序，熵就越少。 配容数W：当有N个粒子，分成k组，分到第i组的 粒子数记为N i ；即，