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    系統

    學會以“系統”的觀點認識、分析、處理客觀對象,是科學技術發展的需要,也是人類在認識論與方法論上的一大進步。隨著生產的發展,生產工具、生產設備、產品與工程結構均變得愈來愈復雜,這種復雜性主要表現在其內部各組成部分之間,它們與外界環境之間的聯系變得愈來愈密切,以至于其中某部分的一些變化可能會引起一連串的響應而波及全局,即“牽一發而動全身”。在這種情況下,孤立地研究各個部分已不能滿足要求,而必須將有關的部分聯系起來,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”。我們所研究的“系統”就是由相互聯系、相互作用的若干部分構成的,而且有一定的目的或一定的運動規律的一個整體。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,任何一個系統莫不處于同外界(即同其他系統)相互聯系之中,也莫不處于運動之中。系統由于其內部相應的機制,又由于其同外界相互的作用,就會有相應的行為、響應或輸出。外界對系統的作用和系統對外界的作用,分別以“輸入”及“輸出”表示。一般的系統可以用圖1.1.3表示。

     

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

    而整個系統又可以是上一層系統的子系統。必須注意,一個系統的特性并不能看成是組成它的元件或子系統的特性的簡單總和。比起元件或子系統的特性來,系統特性要復雜得多,豐富得多。要了解一個系統,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系以及它們所組成的系統。為說明這一點,以圖1.2.1所示的簡單系

    統為例。這一系統由兩個元件-質塊與彈簧-組成,m表示質塊的質量,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?墒莾烧邩嫵扇鐖D1.2.1所示的系統以后,質塊受外力f(t)的作用,質塊位移為y(t),系統的動力學方程為

    這一動力學方程表現出來的性質卻比兩個元件各自的性質復雜得多。例如,系統在一個初始位移yo或初始速度y.的作用下,會開始做“簡諧振動”,即質塊按照正弦或余弦規律做往復運動,這是由于質塊與彈簧兩者結合在一個系統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論。

    機械系統

    以實現一定的機械運動、承受一定的機械載荷為目的,由機械元件組成的系統稱為機械系統。這是一類廣泛存在的系統,例如各種工作機械、機床、動力設備、交通運輸工具以及某些工程結構等均是機械系統。機械系統的輸入與輸出,往往又分別稱為“激勵”(excitation)與“響應”。機械系統的“激勵”一般是指外界對系統的作用,如作用在系統上的力,即載荷等,而“響應”則一般是系統的變形或位移等。一個系統的激勵,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生,一般無法完全人為控制,則稱為“擾動”(disturbance).

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