第二章---系统动力学的基本理论

1、第二章系统动力学基本理论1系统的概念：相互区分，相互作用的各个部分有机地连接起来，为了相同的目的完成某个功能的集合体。 系统包括物质、信息和运动三部分。 SD研究的范围可以很小，其种类可以分为天然的或人工的、社会的或工程学的、经济的或政治的、心理学的、医学的或生态的等。 (1)天体运行系统：宇宙空间问题；(2)世界或国家的社会、经济、生态系统：资源、能源、人口、粮食、资产和工业化和污染问题；(3)城市系统：企业建设住宅和社会福利(4)企业经营管理系统：产品的销售、库存的维持、员工的雇佣和退休(5)航天飞机、飞机、船舶、汽车系统：有驾驶员的机械、电子、液压设备(6)家的暖气空调系统(7)氧气供给

2、生理系统：动物的心脏、肺、血液循环，2 反馈可分为正反馈和负反馈两种。 事件a (原因)发生事件b (结果)时，AB简单地形成因果关系(因果连锁)。 a增加时b增加，称为AB构成正的因果关系(正的因果链)的a增加，b减少时，成为负的因果关系(负的因果链)。 因果连锁极性的判断原则： (1)正因果连锁： AB增加时b也增加，a减少时b也减少，a的变化使b向同一方向变化时(2)负因果连锁： AB-的增加使b减少、a的减少使b增加或a的变化使b向反方向变化时。 正反馈的特征：能产生自己的运动的强化过程，在此过程中运动和动作产生的结果返回，强化原倾向的负反馈的特征：能自动地求出给定的目标，在没有达到(

3、或不接近)目标时不断地响应。 3反馈电路反馈电路是由一系列因果和相互作用链构成的闭合电路，或者由信息和动作构成的闭合电路。 正反馈电路是具有正反馈特性的电路。 负反馈电路是具有负反馈特性的电路(或查找电路、稳定电路、平衡电路、自校正电路)。 (a )工资物价系统(b )人口系统图1.1正反馈电路(系统)，(a )恒温系统(b )库存-订单控制系统图1.2负反馈电路(系统)，反馈电路极性判断原则：沿反馈电路转一圈，电路中所有因果检验(1)如果反馈电路包含偶数个负的因果链，则该极性为正；(2)如果反馈电路包含奇数个负的因果链，则该极性为负。 因此，反馈电路的极性取决于电路中因果连锁符号的乘积。 正

4、反馈电路的特征：电路某处发生的初始偏差和工作循环电路在一周内能得到增大和强化。 正反馈电路具有不稳定、不平衡、生长、自我增强等特性。 正反馈回路能引起良性循环和恶性循环。 负反馈电路的特征：试图缩小系统状态相对于目标状态(或某平衡状态)的偏差。 负反馈电路有可能使系统走向某个目标。 反馈电路的例子，看着害怕、辛苦而偏离，什么是偶然产生、困难、满意、有饮食，总结：正反馈电路(系统)的优劣是由具体电路(系统)决定的，不能一概而论。 4个反馈系统反馈系统是相互关联地操作的一组电路。 反馈系统是闭环系统。 单电路系统是一个简单的系统。 具有三个以上电路的系统是复杂的系统。 正反馈系统是正反馈为主导的系

5、统。负反馈系统，负反馈为主动的系统。 (正在寻找的系统)，图1.3复杂的系统(简单的武器装备竞赛系统)，5系统的结构和描述从系统理论的角度来看，结构指的是单元的秩序。 这包括两个意思。 一个是指构成系统的各单元。 二是各单元之间的作用和相互关系。 系统的结构展示了系统结构的特点。 (1)在系统s范围内的边界(2)子系统或子系统si (I=1，2，p) (3)系统的基本单元、反馈电路的配置ei (j=1，2，m) (4)反馈电路的配置和从属成分： 边界规定，在系统内形成要包括在特定动态行为中的最小数量的单元。 在该系统中，边界以外是涉及该系统的环境。 P13图1.4系统边界和环境，6 SD图形表

6、示法SD中常用的图形表示法有5种：系统构成框图、因果和相互关系图、流程图、混合图、速率状态变量关系图。 1 )系统配置框图用块或圆简洁地表示系统的主要子块，并描述它们之间的物质与信息流的链接关系。 P38，图1.5矿区复杂系统结构框图，2 )因果与相互关系图1.6简单因果与相互关系图，因果与相互关系图结构： (1)要素：订单、库存、交货延迟； (2)因果链：订单库存、库存交货延迟、交货延迟订单(3)因果链的极性：“或”为(4)反馈电路(5)反馈电路的极性：“或”。 3 )流程图图1.8流程图及其表示符号，流程图为状态变量： Level速率变量： Rate辅助变量： Auxiliary源： Sources信宿(泄漏或沟) : Sinks物质流：实际图1.9兔头数流程图，图1.10系统流程图图中的物质流用实线表示，信息流用虚线表示。 4 )混合图混合图是在因果和相互关系图中，用流程图中的符号表示状态变量和速率变量。 混合图的优点： (1)清晰地表现重要的状态和速度变量，保持因果和相互关系的电路的简洁性；(2)混合图使建模者比简单的因果关系图更