系统

学会以“系统”的观点认识、分析、处理客观对象,是科学技术发展的需要,也是人类在认识论与方法论上的一大进步。随着生产的发展,生产工具、生产设备、产品与工程结构均变得愈来愈复杂,这种复杂性主要表现在其内部各组成部分之间,它们与外界环境之间的联系变得愈来愈密切,以至于其中某部分的一些变化可能会引起一连串的响应而波及全局,即“牵一发而动全身”。在这种情况下,孤立地研究各个部分已不能满足要求,而必须将有关的部分联系起来,作为一个有机的整体加以认识、分析与处理。这个有机的整体称为“系统”。我们所研究的“系统”就是由相互联系、相互作用的若干部分构成的,而且有一定的目的或一定的运动规律的一个整体。其实,在自然界、社会上或工程中,存在着也只存在着各式各样的系统,任何一个系统莫不处于同外界(即同其他系统)相互联系之中,也莫不处于运动之中。系统由于其内部相应的机制,又由于其同外界相互的作用,就会有相应的行为、响应或输出。外界对系统的作用和系统对外界的作用,分别以“输入”及“输出”表示。一般的系统可以用图1.1.3表示。

 

组成系统的各个部分可以是元件,也可以是下一级的系统,后者称为“子系统”;

而整个系统又可以是上一层系统的子系统。必须注意,一个系统的特性并不能看成是组成它的元件或子系统的特性的简单总和。比起元件或子系统的特性来,系统特性要复杂得多,丰富得多。要了解一个系统,不仅需要知道组成它的各个部分,而且必须了解各部分之间的关系以及它们所组成的系统。为说明这一点,以图1.2.1所示的简单系

统为例。这一系统由两个元件-质块与弹簧-组成,m表示质块的质量,k表示弹簧的刚度。若孤立地考察这两个元件,其特性均十分简单:质块的加速度y(t)与受到的力成正比,即Newton第二定律;假弹簧是线性的,弹簧的变形y(t)与受到的力成正比,即Hooke定律。可是两者构成如图1.2.1所示的系统以后,质块受外力f(t)的作用,质块位移为y(t),系统的动力学方程为

这一动力学方程表现出来的性质却比两个元件各自的性质复杂得多。例如,系统在一个初始位移yo或初始速度y.的作用下,会开始做“简谐振动”,即质块按照正弦或余弦规律做往复运动,这是由于质块与弹簧两者结合在一个系统中相互作用而造成的,分别研究两个元件,无论如何也得不出这一结论。

机械系统

以实现一定的机械运动、承受一定的机械载荷为目的,由机械元件组成的系统称为机械系统。这是一类广泛存在的系统,例如各种工作机械、机床、动力设备、交通运输工具以及某些工程结构等均是机械系统。机械系统的输入与输出,往往又分别称为“激励”(excitation)与“响应”。机械系统的“激励”一般是指外界对系统的作用,如作用在系统上的力,即载荷等,而“响应”则一般是系统的变形或位移等。一个系统的激励,如果是人为地、有意识地加上去的,往往又称为“控制”,而如果该激励是因偶然因素而产生,一般无法完全人为控制,则称为“扰动”(disturbance).

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2021年03月28日

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作者:YANXIAOWEI   来源:http://www.wudoujx.net

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