交通运输系统工程 课件 第2章 系统工程理论

交通运输系统工程

第1章系统概述1.1

系统的概念、特性及分类1.2

系统思想的形成与发展1.3

系统科学的学科体系第2章系统工程理论2.1

系统工程的概念、研究内容及特点2.2

系统工程发展概况2.3

系统工程方法论2.4

系统工程的理论基础第3章交通运输系统3.1

交通运输的概念及分类3.2

交通运输系统的组成与特点3.3

交通运输系统工程的研究内容3.4

我国交通运输的现状及发展前景第4章运输系统分析4.1系统分析的基础理论4.2系统的特性分析4.3系统结构模型化技术第5章系统模型与仿真5.1系统建模及仿真概述5.2系统动力学的建模5.3系统动力学仿真计算5.4延迟第6章运输系统预测6.1系统预测基本概念6.2定性预测方法6.3定量预测方法交通运输与教育平台第7章运输系统网络优化7.1运输网络的最短路和最大流7.2网络图的组成及绘制7.3网络图时间参数7.4网络图优化分析第8章运输系统综合评价8.1运输系统综合评价概述8.2运输系统的经济评价8.3常用的系统综合评价方法第9章运输系统决策9.1运输系统决策分析概述9.2不确定型运输系统决策分析9.3风险型运输系统决策分析9.4信息的价值9.5效用理论及其应用第10章神经网络与遗传算法10.1神经网络概述10.2遗传算法第11章运输系统工程应用案例11.1地铁换乘枢纽的拥挤评价11.2道路交通检测数据的联合卡尔曼滤波11.3城市轨道交通定价模型交通运输与教育平台交通运输与教育平台

第2章系统工程理论

2.1系统工程的概念、研究内容及特点2.2系统工程的发展概述2.3系统工程方法论2.4系统工程的理论基础交通运输与教育平台2.1.1系统工程的概念用定性与定量相结合的系统思想和方法处理大规模复杂系统问题，无论是系统的设计或建造，还是系统的组织、经营管理，都可以统一地看作是工程实践，统称为系统工程（SyetemsEngineering,SE）。系统工程是以系统为研究对象的工程技术，它涉及“系统”与“工程”两个概念。如前所述，系统是由两个或两个以上相互关联的要素构成的、具有特定功能的整体。传统意义上的“工程”概念，是指把科学技术的原理应用于实践而设计与制造出有形产品的过程，系统工程学中的“工程”概念，是指不仅包含“硬件系统”的设计与制造，而且还包含与设计和制造“硬件系统”紧密相关的“软件系统”，诸如预测、规划、评价、决策等社会经济活动过程，即无论是系统的设计或建造，还是系统的组织、经营管理，都被看作是一类工程实践，这就扩充了传统的“工程”的含义。这两个侧面有机地结合在一起，即为系统工程。2.1系统工程的概念、研究内容及特点交通运输与教育平台2.1.1系统工程的概念系统工程是多学科的高度综合，它的思想和方法来自各个行业与领域，又综合吸收了相邻学科的理论与工具，由于侧重点的不同，国内外研究者对系统工程的理解不尽相同，这里列举一些专家和相关机构的看法。钱学森在《论系统工程》中提出:“系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的方法。”简言之，“系统工程是一门组织管理的技术。”美国学者H.Chestnut在《系统工程方法》中提出:“系统工程是为了研究由多数子系统构成的整体系统所具有的多种不同目标的相互协调，使系统的功能达到最优化，最大限度地发挥系统组成部分的能力而发展起来的一门科学。“交通运输与教育平台2.1.1系统工程的概念日本三浦武雄等在《现代系统工程学概论》中提出:“系统工程与其他工程学不同之处在于它是跨越许多学科的科学，而且是填补这些学科边界空白的一种边缘科学，因为系统工程的目的是研究系统，而系统不仅涉及工程学的领域，还涉及社会、经济和政治等领域。为了适应解决这些领域交叉的问题，除了需要某些纵向的专门技术外，还要有一种技术从横向把它们组织起来，这种横向技术就是系统工程，也就是研制系统的思想、技术、方法和理论等体系化的总称。”综上所述，系统工程是一门纵览全局、着眼整体、综合运用各门学科的思想与方法，从不同方法和视角来处理系统各部分的协调与配合，借助于数学方法与计算机工具，来规划、设计、建造及运行整个系统，使系统达到综合最优的学科。交通运输与教育平台2.1.2系统工程的研究内容(1)系统思想或系统观点。系统思想或系统观点是将研究对象作为系统来考虑，找出相关要素及外部环境，设定系统的总体目标，进行系统分析后，改变系统的输入变量，以求获得系统的最优输出。系统思想的核心是建立系统的整体最优及平衡协调。(2)系统工程的程序体系。系统工程的程序体系，即在解决一个具体问题时，要求把系统建立或改善的过程分成几个步骤，每个步骤又按一定的程序展开。系统程序包括两个方面的程序，一是解决系统问题的工作步骤，即从系统设想到具体实现的全部过程包括系统规划、设计、建造、试验、运行和更新等；二是解决实际问题的思考过程，即由问题出发，建立概念系统、系统分析、系统的建模与仿真、系统评价及决策的逻辑过程。从系统工程的思维过程到实际工作程序，二者相互渗透，完成从系统构想到最终问题解决的全过程。交通运输与教育平台2.1.2系统工程的研究内容(3）系统工程的方法。分析系统现象或解决系统问题时，建立了系统的指导思想，并明确了系统工作步骤，但在具体的系统分析及问题解决时，还需要利用系统工程的方法，即一些结构模型、数学模型或模拟模型等，例如系统的规划方法、系统的评价及决策方法、系统的网络优化、基于计算机的系统动力学及其他系统仿真模型等。这样，通过对上述系统工程三个方面的处理，就能较好地分析及解决各种复杂系统的问题。从这个意义上说，系统工程是用来开发、运行、更新一个大规模复杂系统所需的思想、程序及方法的总和。交通运输与教育平台2.1.3系统工程的特点(1）问题导向及反馈控制。系统工程总是由问题出发，经过一系列分析过程后提出解决方案并实施运行，而问题解决与否是选择方案是否有效的唯一依据，通过不断调整实施方案的参数，甚至更换新的备选方案，直到问题彻底解决为止。因此，问题导向及反馈控制是系统工程有效性的保障。（２)研究对象的不明确性。一般工程学的对象，其目的、制约条件、建模仿真和评价决策的方法等都是比较清楚的，这一类问题是结构良好的系统。与此相反，系统工程学的研究对象往往是结构不良的系统。因此，必须首先从设定问题开始进行系统分析，从而寻求解决方法，即便如此，符合条件的可行解通常也不唯一，很难求出最优解，只能从可行解中求出满意解。交通运输与教育平台2.1.3系统工程的特点(３)系统整体最优为目标。系统作为一个整体，其外部表现才是系统区分于其他系统的主要标志，而系统之所以称为系统，也正是由于具备了整体的涌现性，所以，系统分析时，将系统的整体放在第一层次。而系统的要素放在第二层次，即系统的观点是系统工程的前提。因此，系统中各个要素的最优往往不能导致系统的最优，更重要的是，系统各要素协调配合、有效联系，充分发挥系统各要素的作用，使得系统总体达到最优。系统整体最优及系统要素的平衡协调是相互一致的，即综合最优化。(４)多种方法的综合运用。随着科学技术的发展，技术手段不断更新，系统方法也更加多样。多种方法的综合运用是解决问题的有效手段，要将系统工程的方法和具体工程技术结合起来，运用各学科的最新成果，采用定性分析与定量计算相结合的方法，研究系统的整体与部分、系统与环境之间的关系与协调，提出最优方案，在实践中，力争实现系统整体最优的效果。交通运输与教育平台

第2章系统工程理论

2.1系统工程的概念、研究内容及特点2.2系统工程的发展概述2.3系统工程方法论2.4系统工程的理论基础交通运输与教育平台2.2.1系统工程的发展历史随着科学技术的发展与日益进步，现代数学理论得到进一步发展完善，使系统思想方法也获得了数学的表达形式，从而为解决现代社会种种复杂的系统问题提供了定量的依据；同时，计算机技术的出现及日益更新，为定量化系统思想方法的实际应用提供了强有力的计算模拟手段。自20世纪40年代以来，定量化方法及计算机广泛应用于军事、工程、经济、政治领域的大型复杂的系统问题，系统工程学科便日益完善起来。在系统工程的创立及发展过程中，一些重大的工程实践及重要的理论方法，构成了系统工程发展的主线，系统工程理论及实践的发展历史见表2-1。2.2系统工程的发展概论交通运输与教育平台2.2.1系统工程的发展历史交通运输与教育平台2.2.1系统工程的发展历史交通运输与教育平台2.2.2系统工程在我国的发展及应用我国的系统工程研究可追溯到20世纪50年代。1956年，在钱学森、许国志等人的倡导下，中国科学院力学研究所成立了运筹学研究组，后来成立研究室，1960年这个研究室与数学研究所运筹学研究室合并成数学研究所运筹学研究室。20世纪60年代初期，华罗庚推广“优选法”和“统筹法”，在工农业实践中取得了显著成就。与此同时，在钱学森领导下，在研制导弹等现代化武器的组织过程中，采用“总体设计部”取得了显著效果。

20世纪50-60年代，我国在系统工程理论研究上的主要著作是钱学森的《工程控制论》、华罗庚的《统筹法》和许国志的《运筹学》。我国大规模地研究与应用系统工程是从20世纪70年代末、80年代开始的。1978年9月27日，钱学森、许国志、王寿云在《文汇报》上发表了《组织管理的技术——系统工程》，对系统工程的概念、内容及其基础理论和应用前景作了全面的阐述，标志着我国系统工程学科的建立。交通运输与教育平台2.2.2系统工程在我国的发展及应用我国大规模地研究与应用系统工程是从20世纪70年代末、80开始的。从1978年起，西安交通大学、天津大学、清华大学、华中工学院、大连工学院等国内大学开始招收第一批系统工程专业硕士研究生。1980年2月，中国科学院系统科学研究所建立。1980年11月，中国系统工程学会(SystemsEngineeringSocietyofChina,SESC)在北京成立，并创办了《系统工程理论与实践》期刊。在我国开始应用系统工程理论和方法来研究与解决重大现实问题，特别在人口、农业、能源和社会经济等方面取得了可喜的成，如人口问题的定量研究及应用(始于1978年)、2000年中国的研究(1983—1985年)、全国和地区能源规划(始于1980年)、全国人才和教育规划(始于1983年)、全国投入产出表的编制及应用(始于1973年)等。交通运输与教育平台2.2.2系统工程在我国的发展及应用20世纪90年代到21世纪初，出现了几门新的系统工程:计算机集成制造系统、网络系统工程、服务系统工程(供应链)、金融系统工程、大型基础工程(长江三峡水利枢纽工程、青藏铁路等)、大型社会项目(亚运会、奥运会和世博会等)、生物系统工程、医学系统工程、智能交通系统等。以信息技术为代表的高新技术的快速发展，使得系统间的联系和交互变得愈发频繁和紧密。20世纪90年代末，系统工程规模变得更大更复杂，以复杂自适应系统为理论指导的成体系体系(SystemofSystems，SOS)出现，体系及体系工程逐渐成为系统工程、管理科学等诸多领域新的研究领域。如军事体系、企业体系、计算机体系、全球地面观测体系、社会体系等，军事科研部门早已关注到现代战争已不是单兵种作战，而是体系对体系的战争，战争的失败往往由于整个指挥体系失效，而非有生力量的歼灭。交通运输与教育平台2.2.3系统工程应用范围及发展趋势系统工程以复杂的大系统为研究对象，广泛地应用在社会、经济、自然等领域，按照所研究对象的不同，可以分解为社会系统工程、经济系统工程、人口系统工程、科技与教育系统工程、区域规划系统工程、环境与生态系统工程、能源系统工程、交通运输系统工程、农业系统工程、企业系统工程、工程系统工程、军事系统工程等。系统工程各分支学科可归结在自然、产业经济、社会三个领域，系统工程的应用范围见表2-2。交通运输与教育平台2.2.3系统工程应用范围及发展趋势交通运输与教育平台2.2.3系统工程应用范围及发展趋势交通运输与教育平台2.2.3系统工程应用范围及发展趋势系统工程有以下的发展趋势：（1）研究的对象系统越来越大，并将继续朝着“大规模复杂系统”的方向发展；（2）将系统工程的基础科学——系统学的最新成果应用于工程实践，如混沌理论、自组织理论在气象、生态、经济等领域中的应用；（3）计算机在系统工程中的应用越来越广泛、重要，如常用软件包、决策支持系统及政策模拟实验室等的研发等。交通运输与教育平台

第2章系统工程理论

2.1系统工程的概念、研究内容及特点2.2系统工程的发展概述2.3系统工程方法论2.4系统工程的理论基础交通运输与教育平台2.3.1.1系统工程方法论的概念

方法和方法论是两个不同层次的概念。方法指处理问题的具体手段或技术。例如我们解决一个问题时，提出许多备选方案，需要建立一个模型来评价这些备选方案的优劣，建立模型，是采用层次分析法还是模糊综合判定法或成本效益分析等，这就是方法。而方法论是分析和解决系统开发、运作及管理实践中的问题所应遵循的工作程序、逻辑步骤和基本方法，是运用方法的原则和思想。2.3.1系统工程方法论的概念、特点和类型2.3系统工程方法论交通运输与教育平台2.3.1系统工程方法论的概念、特点和类型2.3.1.2系统工程方法论的特点

(１)整体性。整体性是系统工程方法论的基本出发。(２)系统识别的重要性。由于事物相互联系的错综复杂性，使得任何一个个体都可能隶属于不同的系统。因此，在许多情况下，要处理的系统对象并不是非常清楚明了的。(３)人-机结合的方式。系统工程方法论以人利用计算机作为处理系统问题的基本方式。交通运输与教育平台2.3.1系统工程方法论的概念、特点和类型2.3.1.3系统工程方法论的类型

(１)硬系统方法论(HardSystemsMethodolgy,HSM)。

硬系统方法论是以具有清楚结构的问题及其相关系统为处理对象的。(２)软系统方法论(SoftSystemsMethodolgy,SSM)。与硬系统方法论相对照，软系统方法论以结构不清楚的问题本身及其相关系统为处理对象，研究对象的结构不良是人类活动世界的一般状态。(３)其他的系统方法论。西那雅卡那系统方法论最早在1988年由椹木义一等提出，近年来又得到新的发展；20世纪80年代初，钱学森就提出将还原论方法和整体论方法结合起来；物理-事理-人理(WSR)方法论是由顾基发与朱志昌在20世纪90年代中提出的。交通运输与教育平台2.3.2硬系统方法论——霍尔的三维结构

霍尔三维结构集中体现了系统工程的系统化、综合化、最优化、程序化和标准化等特点是系统工程方法论的重要基础内容，如图2-1所示。

（1）时间维。（2）逻辑维。（3）知识维。交通运输与教育平台2.3.2硬系统方法论——霍尔的三维结构霍尔三维结构的管理矩阵见表2-3。交通运输与教育平台2.3.2硬系统方法论——霍尔的三维结构霍尔的系统工程方法论强调明确目标，核心内容是最优化，即对于结构优良的系统问题，明确其目标，通过模型运算，找到解决问题的最优方案，并使系统运行达到最佳。该方法论具有研究方法上的整体性(三维)、技术应用上的综合性(知识维)、组织管理上的科学性(时间维、逻辑维)及系统工程工作的问题导向性(逻辑维)。交通运输与教育平台2.3.3软系统方法论——切克兰德的“调查学习”法从20世纪70年代中期，许多学者提出了各种软系统方法论，系统工程也越来越多地研究社会经济的发展战略和组织管理问题。其中，以1981年英国兰切斯特大学的切克兰德(Checkland)提出的“调查学习”的软系统方法论最有代表性。软系统方法论用可行满意解代替最优解，用概念模型代替数学模型，从而使研究思路更为开阔。对社会经济等问题的分析与研究，通过认识与概念化、比较与学习、实施与再认识，从而较满意地解决系统问题。交通运输与教育平台2.3.3软系统方法论——切克兰德的“调查学习”法

切克兰德提出的“调查学习”的方法论如图2-2所示。

切克兰德方法论的核心是“比较”和“探寻”，它强调从“理想”模式(概念模型)与现实状况的比较中，探寻改善现状的途径，使决策者满意。交通运输与教育平台2.3.4硬系统方法论与软系统方法论的比较两种方法论的比较见表2-4。交通运输与教育平台2.3.5从定性到定量的综合集成法和集成研讨厅体系2.3.5.1从定性到定量的综合集成法

（1）

从定性到定量的综合集成法的步骤。

从定性到定量的综合集成法工作程序如图2-3所示。交通运输与教育平台2.3.5从定性到定量的综合集成法和集成研讨厅体系2.3.5.1从定性到定量的综合集成法

（1）

从定性到定量的综合集成法的步骤。

从定性到定量的综合集成法一般步骤入如下：①充分听取各方面专家的意见与建议；②在充分听取专家意见的基础上，把这些思想综合起来，建立模型；③将实际数据分析、整理后，确定相关的参数，输入模型，进行运算；④请专家们对运算结果与结论进行评审，充分听取专家意见，并在此基础上进行修改；⑤根据专家经验和结论，进一步修改模型，并仿真运算；⑥再次请专家们对运算结果进行研究，通过与实际情况的对比分析修正模型，这样反复多次，直到专家们认为模型及其结论合理可靠，最后确定模型，给出结论。交通运输与教育平台2.3.5从定性到定量的综合集成法和集成研讨厅体系2.3.5.1从定性到定量的综合集成法

（2）从定性到定量的综合集成法的集成阶段。

从定性到定量的综合集成法包括以下三个阶段的集成过程：①定性综合集成；②定性定量相结合综合集成；③从定性到定量综合集成。交通运输与教育平台2.3.5从定性到定量的综合集成法和集成研讨厅体系综合集成研讨厅体系是处理开放的复杂巨系统的方法论，相对于从定性到定量的综合集成法，其又有了新的构思，即把专家们和知识库、信息系统、各种人工智能系统、计算机等像作战指挥厅那样组织起来，形成一个巨型的人-机结合的智能系统，共同作用于复杂问题的求解。从对综合集成研讨厅体系的构思，我们可以看出与历史上其他方法论不同的是。综合集成研讨厅体系不是一系列公式的汇总，也不是以某几条公理为基础搭建起来的抽象框架，它的实质是指导人们在处理复杂问题时，把专家的智慧、计算机的高性能和各种数据、信息有机地结合起来，构成一个统一的、强大的问题求解系统，从软(硬)件体系上和组织结构上实现该系统，使之能真正应用于复杂问题的研究。综合集成研讨厅体系是从整体上研究和解决问题的方法，采取人-机结合、以人为主的思维方法和研究方式，对不同层次、不同领域的信息和知识进行综合集成，达到对整体的定量认识。2.3.5.2综合集成研讨厅体系

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第2章系统工程理论

2.1系统工程的概念、研究内容及特点2.2系统工程的发展概述2.3系统工程方法论2.4系统工程的理论基础交通运输与教育平台2.4.1一般系统论2.4.1.1一般系统论的产生15世纪下半叶以后，各门分支学科相继从哲学统一体中分离出来，自然科学也应运而生。在自然科学发展初期，主要的研究方法是分析解剖法，特别是在牛顿三大定律奠定经典力学基础以后，机械论、还原论占据了主导地位，即把研究对象进行一层一层地分解，直到基本单元分解隔离为不同因果链，研究其基本单元要素，认为基本单元弄清了，因果量之间的关系也弄清了，研究对象也清楚了。这样的思想在古典自然科学中曾取得了很大成功，从而对其他科学研究产生了巨大影响，如力学的分析隔离法、化学的元素周期表及其规律、原子结构研究等。生物学中，通过对生物层次的分解，由生物到系统、器官、组织、细胞的研究，最终导致分子生物学的产生，破译了遗传密码，取得了显赫的成就。随着现代科学技术的发展，系统思想方法得到了进一步发展。2.4系统工程的理论基础交通运输与教育平台2.4.1一般系统论2.4.1.1一般系统论的产生19世纪末20世纪初，生物学史上机械论与活力论的斗争达到了激化的程度。一方面，由于物理学和化学的飞跃发展，使得人们有能力指出生物现象是建立在物理、化学过程的基础之上；另一方面，也由于机械论还不能正确地说明生命体的统一性和复杂性，使活力论仍有自己坚守的一块阵地。在这种情况下，奥地利籍的美国理论生物学家贝塔朗菲(L.Von.Bertalanffy

)的系统思想开始形成，并提出用数学模型来研究生物学的方法和机体系统论的概念。交通运输与教育平台2.4.1一般系统论2.4.1.1一般系统论的产生贝塔朗菲从对生物学的研究和观察出发，开始意识到用系统观点和方法研究生物学的重要性。他提出要从生物的整体，把生物整体及其环境作为一个大系统来研究，并因此创立了“一般系统论”的学科。一般系统论是关于一般系统的理论。一般系统是指剥离了具体组成和具体关系的抽象系统。这种系统具有所有可被称做系统的实体或过程集合所共有的现象、性质和运动规律。1945年，贝塔朗菲《关于一般系统论》论文的发表，成为一般系统论形成的标志。交通运输与教育平台2.4.1一般系统论2.4.1.2一般系统论的基本原理（1）整体性原理：亚里斯多德的著名论断“整体大于各孤立部分之和”即系统的整体性，或者换句话说，系统具有其组成部分所没有的功能。（2）动态相关性原理：系统状态随时间改变，就是系统的动态性。（3）开放性原理：一切有机体之所以有组织地处于活动状态并保持生命运动，是由于系统与环境处于相互作用之中。（4）层次性原理：结构包含着层次，复杂的系统通常是多层次的结构，层次性是结构的基本特点。（5）有序性原理：系统的关联性在空间上所表现出来的层次结构，以及其动态性在时间上所表现出来的演化方向，使得系统具有在空间、时间和功能上有序的性质。越有序的系统，其组织化的程度越高。交通运输与教育平台2.4.1一般系统论2.4.1.3一般系统论给我们的启示第一，考察任何对象系统都要以整体性作为基本出发点。第二，对整体的组成要素进行分析应注重两个方面。第三，考察任何对象还要注意系统和环境的关系，即考虑系统的环境适应性。第四，系统分析时，不仅要注意研究系统在空间上的纵横交错的联系，还要注意研究系统在时间上发展变化的趋势和规律。一般系统论属于逻辑和数学的领域，它的任务是确立适用于各种系统的一般原则。一般系统论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，提出了研究各门学科的新方法，使许多学科面貌焕然一新。一般系统论为系统科学的发展奠定了理论基础。交通运输与教育平台2.4.2运筹学运筹学是使用科学的方法去研究人类对各种资源的运用、筹划活动的基本规律，以便发挥有限资源的最大效益，来达到总体全局优化的目标。运筹学是一门相对独立的应用学科，与其他学科(如基础数学、物理、生命科学等)的区别在于其有本身特定的研究对象、自成系统的基础理论以及相对独立的研究方法和工具。运筹学本身也在不断发展，现在已包括多个分支，如数学规划(又包含线性规划、非线性规划、整数规划、组合规划等)、图论、决策分析、排队论、可靠性理论、库存论、对策论、搜索论等。面对越来越强大的复杂性，一个重要的发展方向是“软化”。交通运输与教育平台2.4.3控制论控制论是第二次世界大战后出现的一门新兴的横断科学，是数学、生物学、数理逻辑、通信工程、自动控制等众多学科和技术相互渗透的产物。自其形成以来，控制论得到了迅速的发展，并成功地应用于工程系统、生物系统、社会经济系统等领域。控制论研究各类系统控制和调节的一般规律，信息与控制是其核心概念。2.4.3.1控制论的发展20世纪40年代以来，许多科学家意识到，在客观世界存在着的物质、能量、信息三大要素，虽然在物质构造和能量转换方面，生命体和机器有显著的不同，但是，在信息传递、变换、处理方面存在着许多共同规律，例如反馈控制原理。1948年，美国科学家维纳(N.Eiener)所著的《控制论——关于在动物和机器中控制与通信的科学》一书的出版，标志着控制论的正式诞生，它研究工程技术、社会经济、生物生态及各种控制系统的共性与方法。交通运输与教育平台2.4.3控制论维纳给出的控制论的定义如下：设有两个状态变量，其中只有一个是能进行调节的，这时我们面临的问题是如何根据那个不可控制变量从过去到现在的信息来确定可调节变量的最优值，以实现对于我们最为合适、最有利的状态。控制论的发展大致经历了三个时期,即20世纪40年代末期到50年代末期的经典控制理论时期,60年代初期到70年代初期的现代控制理论时期及70年代中期到现在的大系统控制理论和智能控制理论时期。(１)经典控制理论从20世纪40年代末到50年代末期，人们在工业生产、武器装备方面，开始采用各种各样的自动调节器、伺服系统及有关的电子设备，着重研究的是单机自动化或局部自动化。经典控制理论以反馈为核心，所研究的控制系统都比较简单，且多属于工程方面，单输入单输出的线性系统是其主要研究对象。交通运输与教育平台2.4.3控制论(２)现代控制理论。到了20世纪60年代初期，随着导弹、人造卫星、高能物理、电子计算机等科学技术的迅猛发展，控制论从单变量控制发展到多变量控制；从单纯的自动调节进展到最优控制，经典控制理论发展成为现代控制理论。现代控制理论对自动化的要求不只是保持个别变量，如温度、转速、电压等因素的恒定，而是要实现多种变化因素的最优控制。(３)大系统控制理论和智能控制理论。20世纪70年代以来，控制理论有两个发展方向，向广度发展实现大系统和复杂系统的控制，向深度发展实现智能控制。大系统是指规模庞大、结构复杂的系统。大系统变量、参数很多，其目标常常不是单一的，而是多样的，为了实现多目标，通常需要具有综合性功能。所以，大系统是多变量、多输入、多输出的系统。交通运输与教育平台2.4.3控制论2.4.3.2控制论的内容（1）控制系统的构成。控制论的产生，为现代科学技术研究提供了崭新的方法——控制方法，即以系统的功能行为为目标，通过一定的手段实现控制，达到系统目标最优化的方法。

存在反馈控制的闭环系统如图2-4所示。交通运输与教育平台2.4.3控制论2.4.3.2控制论的内容（2）系统的稳定性。交通运输与教育平台2.4.3控制论2.4.3.2控制论的内容（3）控制及反馈。控制系统是相对于其环境而独立存在的，因此，控制系统与其周围环境之间有相互影响和信息交换。一个控制系统的外部环境，也可能是另一个控制系统，两者相对独立，互为对方的环境。反馈是闭环系统的核心机制。通过反馈控制，控制者能了解被控制对象的运行状态、变化特性；了解施加控制作用的效果；分析控制过程的品质；判断控制目的是否达到，从而进一步修改或校正控制作用，以提高控制效果，达到预期控制目标。交通运输与教育平台2.4.4信息论2.4.4.1信息的概念和特点在信息理论中，信息和消息是紧密相关的两个不同的概念。一般认为，消息是信息的载体，如语言、文字、各种符号、声音、图片等，而信息蕴含在消息之中，信息是消息的内核。同一个消息，可能信息量很大，也可能很小，甚至为零，取决于不同的人对其不一样的解读。信息是有别于物质和能量的一种存在。信息一般具有下列特征。交通运输与教育平台2.4.4信息论交通运输与教育平台2.4.4信息论2.4.4.2信息论研究的三个层次（1）狭义信息论。狭义信息论也称经典信息论，主要研究信息的测度、信道容量以及信源和信道编码理论等问题，这部分内容是信息论的理论基础。（2）一般信息论。一般信息论主要研究信息的传输和处理问题，除了香农理论以外，还包括噪声理论、信号滤波和预测、统计检测和估计、调制理论、信息处理以及加密技术。（3）广义信息论。广义信息论不仅包含上述两方面的内容，还包括所有与信息有关的自然和社会领域，如模式识别、计算机翻译、心理学、遗传学、神经生理学、语言学等，甚至包括社会学中有关信息的问题。交通运输与教育平台2.4.4