【正文】 ?沒有理論，社會實踐就不能成為系統(tǒng)的科學(xué)，實踐也就難以深入和系統(tǒng)地發(fā)展 三、控制論 控制論分支情況 ?工程控制論 主要研究具體工程技術(shù)的控制系統(tǒng) ?生物控制論 主要研究生物系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)、自我復(fù)制及有選擇的反應(yīng)環(huán)境等問題。涉及神經(jīng)系統(tǒng)、生理調(diào)節(jié)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、肌肉運動系統(tǒng)等。 ?社會控制論 把控制論基本原理用于社會學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等社會領(lǐng)域 ?人工智能 主要研究智能模擬問題 三、控制論 系統(tǒng)與控制 ?控制為一種系統(tǒng)現(xiàn)象 ?控制是一種有目的的活動 ?控制與信息不可分 ?控制系統(tǒng)的環(huán)節(jié) — 敏感、決策、執(zhí)行、中間轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié) ?從無控制到有控制是物質(zhì)世界進(jìn)化結(jié)果 三、控制論 控制任務(wù) ?定值控制 ?程序控制 ?隨動控制 ?最優(yōu)控制 三、控制論 控制方式 ?簡單控制 只布置任務(wù)，不檢查效果 ?補償控制 防患于未然 ?反饋控制 賞罰分明 三、控制論 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述 ?黑箱方法 輸入激勵，測記輸出響應(yīng) ?激勵響應(yīng)關(guān)系 ?傳遞函數(shù) ?拉普拉斯變換，引入頻域 )]([)( tuFty ?UWY ??UYW ? )()()(SUSYSW ?)()()( SUSWSY ?? 三、控制論 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述 ?串連系統(tǒng)傳遞函數(shù) )()()()( n21 SWSWSWSW ??W1(S) W2(S) Wk(S) … 三、控制論 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述 ?閉環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù) (S)(S)WW1(S)WW(S))()()()]()(1[)()()()()()()(21112112???????得系統(tǒng)傳遞函數(shù)SUSWSYSWSWSESWSYSYSWSUSEU(S) W1(S) W2(S) Y(S) — E(S) 三、控制論 控制系統(tǒng)的性能指標(biāo) U M Y X 穩(wěn)定性與穩(wěn)定裕度 控制的精確性（控制精度或穩(wěn)態(tài)誤差） 過渡過程特性 1）快速性與過渡時間 T 2)平穩(wěn)性和超調(diào)量 h 3）振蕩次數(shù) 結(jié)構(gòu)特性 能控性、能觀測性、魯棒性 (Robustness) 三、控制論 隨機控制 自組織控制 三、控制論 大系統(tǒng)控制 系統(tǒng)大導(dǎo)致： 分散性 不確定性 維數(shù)災(zāi)難 連續(xù)信息采集 多個控制中心 遞階控制（集中與分散相結(jié)合的原則） 多級遞階控制 多層遞階控制 多段遞階控制 四、耗散結(jié)構(gòu)理論 自組織系統(tǒng)理論的發(fā)展歷史 ?19世紀(jì)中期熱力學(xué)的主要成就及其理論 熱力學(xué)第一定律 熱力學(xué)第二定律 從 19世紀(jì)熱力學(xué)中得出的結(jié)論 孤立系統(tǒng)中，熵趨于無窮大 S=Q/T ?19世紀(jì)熱力學(xué)與現(xiàn)實的矛盾 熱力學(xué)認(rèn)為，物體總是由有序向無序轉(zhuǎn)化 生物科學(xué)卻表明，生物的發(fā)展是無序向有序，低級向高級的進(jìn)化過程 四、耗散結(jié)構(gòu)理論 自組織系統(tǒng)理論的發(fā)展歷史 ?19世紀(jì)以來科學(xué)家們對熱力學(xué)與生物學(xué)矛盾的解決 麥克斯韋妖， 漲落導(dǎo)致有序 生命遺傳機制的量子論解釋， 生命特征與生命有序性 貝塔朗菲開放系統(tǒng)生物學(xué)理論 布里淵《生命、熱力學(xué)和控制論》 ?自組織系統(tǒng)理論的誕生 比利時物理學(xué)家普利高津， 耗散結(jié)構(gòu)理論 法國數(shù)學(xué)家托姆， 突變理論 德國物理學(xué)家哈肯，協(xié)同理論 四、耗散結(jié)構(gòu)理論 耗散結(jié)構(gòu)理論簡介 系統(tǒng)分類 ? 孤立系統(tǒng) 與外界無物質(zhì)、能量交換 ? 封閉系統(tǒng) 與外界有能量、無物質(zhì)交換 ? 開放系統(tǒng) 與外界有能量、物質(zhì)交換 四、耗散結(jié)構(gòu)理論 耗散結(jié)構(gòu) 耗散 : 指系統(tǒng)與外界有能量的交換 結(jié)構(gòu) :指在時間與空間上相對有序。 硅油產(chǎn)生的貝納德花紋 一些雪花骨架圖案 耗散結(jié)構(gòu)理論就是研究系統(tǒng)怎樣從混沌無 序的初始狀態(tài)向穩(wěn)定有序的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行 演化的過程和規(guī)律，并且試圖描述系統(tǒng)在 變化的臨界點附近的相變條件和行為。 四、耗散結(jié)構(gòu)理論 四、耗散結(jié)構(gòu)理論 1）開放系統(tǒng)是產(chǎn)生耗散結(jié)構(gòu)的必要前提 diS deS dS＝ diS＋ deS 四、耗散結(jié)構(gòu)理論 2）非平衡態(tài)是有序之源 ?平衡態(tài)時，系統(tǒng)內(nèi)部各個區(qū)域物質(zhì)能量出現(xiàn)平衡，不可能產(chǎn)生流動。 ?近平衡態(tài)時，系統(tǒng)內(nèi)部各個區(qū)域物質(zhì)密度或能量差別較小，接近與平衡。 ?遠(yuǎn)離平衡態(tài)，系統(tǒng)內(nèi)部各個區(qū)域物質(zhì)和能量分布極不均勻，易于形成秩序、具有動態(tài)特征 四、耗散結(jié)構(gòu)理論 3）漲落導(dǎo)致有序 功能 結(jié)構(gòu) 漲落 ?漲落，指系統(tǒng)某個變量或某種行為對平均值的偏離，漲落是偶然的、隨機的、雜亂無章的。 ?近平衡態(tài)時，漲落是破壞穩(wěn)定性的干擾。 ?遠(yuǎn)離平衡態(tài)，隨機小漲落可以通過非線性的相關(guān)作用和連鎖效應(yīng)被迅速放大，形成系統(tǒng)整體上的巨漲落，從而導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生突變，形成一種新的穩(wěn)定有序結(jié)構(gòu)。 五、協(xié)同學(xué)理論 1976年， 德國理論物理學(xué)家赫爾曼 哈肯 (Harmann Haken) ?耗散結(jié)構(gòu)理論主要從系統(tǒng)內(nèi)部與外部環(huán)境的關(guān)系上去研究 ?協(xié)同學(xué)主要從系統(tǒng)內(nèi)部各要素相互作用的方式上去研究自組織機制 ?協(xié)同學(xué)不僅研究遠(yuǎn)離平衡態(tài)系統(tǒng)，也研究平衡態(tài)封閉系統(tǒng)；不僅研究系統(tǒng)無序到有序的演化規(guī)律，也研究從有序到無序的演化規(guī)律 ?協(xié)同學(xué)主要研究手段是類比 五、協(xié)同學(xué)理論 ?組織 系統(tǒng)內(nèi)部的有序結(jié)構(gòu)或形成有序結(jié)構(gòu)的過程 ?他組織 系統(tǒng)靠外部指令形成組織 ?自組織 系統(tǒng)自動形成的有序結(jié)構(gòu) 五、協(xié)同學(xué)理論 ?系統(tǒng)內(nèi)的協(xié)同運動是自組織過程的內(nèi)在依據(jù) ?臨界過程中，漲落是形成有序結(jié)構(gòu)的推動力量 ?開放是自組織形成的外部條件 1)系統(tǒng)內(nèi)的協(xié)同運動是自組織過程的內(nèi)在依據(jù) ?系統(tǒng)各要素之間的協(xié)同是自組織過程的基礎(chǔ)。要素運動存在兩種趨勢： 自發(fā)的無規(guī)則運動（如分子熱運動、以私有制為基礎(chǔ)的生產(chǎn)無政府狀態(tài)） 由于要素之間的相互關(guān)聯(lián)導(dǎo)致的協(xié)同運動（如結(jié)晶過程就是分子間的協(xié)同運動，足球比賽時協(xié)同運動）。當(dāng)無規(guī)則運動占主導(dǎo)地位時，系統(tǒng)呈無序狀態(tài)；當(dāng)協(xié)同運動束縛無規(guī)則獨立運動而占主要地位時，系統(tǒng)呈有序狀態(tài)（組織態(tài)）。 ?系統(tǒng)由無序向有序轉(zhuǎn)變，實際上是系統(tǒng)內(nèi)的無規(guī)則獨立運動主導(dǎo)地位被協(xié)同運動取代的過程，這一過程既可發(fā)生在非平衡態(tài)，也可在平衡態(tài)中。由此區(qū)別與耗散理論 ?系統(tǒng)內(nèi)各序參量之間的協(xié)同合作是系統(tǒng)組織性產(chǎn)生的直接根源。 ?序參量即標(biāo)志系統(tǒng)有序性的參數(shù)。（如磁化強度、光場強度、組織化程度等） ?系統(tǒng)處于相變臨界點時，往往同時有幾個序參量存在，而每個序參量又對應(yīng)著一定的宏觀組織結(jié)構(gòu)。此時產(chǎn)生序參量的競爭，當(dāng)一時不能勝出時，便會協(xié)同合作，一致主宰系統(tǒng)，使系統(tǒng)呈現(xiàn)新的組織結(jié)構(gòu)；當(dāng)一個序參量勝出時，系統(tǒng)又會形成更高一級的有序結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的各要素又以新的方式協(xié)同運動。如貝納德花紋。 1)系統(tǒng)內(nèi)的協(xié)同運動是自組織過程的內(nèi)在依據(jù) 2）臨界過程中，漲落是形成有序結(jié)構(gòu)的推動力 ?協(xié)同學(xué)認(rèn)為，無論系統(tǒng)處于無序，還是有序狀態(tài)，系統(tǒng)內(nèi)各要素間協(xié)同運動依然存在， ?由于系統(tǒng)要素的獨立運動或局部產(chǎn)生的的協(xié)同運動及環(huán)境隨機干擾，系統(tǒng)會有漲落。 ?漲落對于系統(tǒng)由一種穩(wěn)態(tài)向另一種穩(wěn)態(tài)躍遷的影響很大。當(dāng)系統(tǒng)處于臨界點時，漲落對系統(tǒng)影響很大，此時由于系統(tǒng)要素間獨立運動和協(xié)同運動進(jìn)入均勢階段，系統(tǒng)有序性為零，任一微小漲落會被放大至巨漲落，推動系統(tǒng)進(jìn)入有序。但多少漲落會迅速衰落下去，最終只有一個或少數(shù)幾個漲落影響全局，使系統(tǒng)進(jìn)入相應(yīng)有序態(tài)。 ?漲落是有序之源 3）開放是自組織形成的外部條件 ?控制參量改變系統(tǒng)要素間相互關(guān)系和地位，改變要素間協(xié)同方式和程度。若外界不提供促成系統(tǒng)要素間關(guān)聯(lián)變化的條件，系統(tǒng)不可能形成自組織行為。 ?系統(tǒng)自組織機制將外界提供的無規(guī)則形式的物質(zhì)和能量進(jìn)行加工，使其變?yōu)橛行蛐问健? 六、突變論 1972年法國數(shù)學(xué)家托姆《結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和形態(tài)形成學(xué)》 ?穩(wěn)定性與非穩(wěn)定性 ?突變過程本質(zhì)與特征 ?突變形式具有多樣性 1）穩(wěn)定性與非穩(wěn)定性 ?突變論是建立在穩(wěn)定性理論基礎(chǔ)上的。 ?在存在干擾的情況下，只有穩(wěn)定態(tài)能夠存在下去，非穩(wěn)定態(tài)上不能維持的。 ?由非穩(wěn)定態(tài)向穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)化是客觀事物運動變化的普遍趨勢之一。 2）突變過程本質(zhì)與特征 ?突變的過程是系統(tǒng)由一種穩(wěn)定態(tài)經(jīng)過不穩(wěn)定態(tài)向新的穩(wěn)定態(tài)躍遷的過程。數(shù)學(xué)上表示為參數(shù)變化對系統(tǒng)極值的影響。 ?突變的特征： 多穩(wěn)態(tài)性 中間非穩(wěn)態(tài)性 突變點是一