Sistemātiska pieeja modelēšanai. Sistēmas stāvokļa jēdziens Pamatjēdzieni un definīcijas
Tēmas biomedicīnas nozīme
Termodinamika ir fizikālās ķīmijas nozare, kas pēta jebkuras makroskopiskas sistēmas, kuru stāvokļa izmaiņas ir saistītas ar enerģijas pārnesi siltuma un darba veidā.
Ķīmiskā termodinamika ir bioenerģijas teorētiskais pamats - zinātne par enerģijas pārveidojumiem dzīvos organismos un viena veida enerģijas pārvēršanās citā dzīvības procesā īpatnībām. Dzīvā organismā pastāv cieša saikne starp vielmaiņas un enerģijas procesiem. Metabolisms ir visu dzīvības procesu enerģijas avots. Jebkuru fizioloģisko funkciju īstenošana (kustība, nemainīgas ķermeņa temperatūras uzturēšana, gremošanas sulu sekrēcija, dažādu sarežģītu vielu sintēze organismā no vienkāršākām utt.) prasa enerģijas patēriņu. Visu veidu enerģijas avots organismā ir uzturvielas (olbaltumvielas, tauki, ogļhidrāti), kuru potenciālā ķīmiskā enerģija vielmaiņas procesā tiek pārvērsta cita veida enerģijā. Galvenais veids, kā atbrīvot ķīmisko enerģiju, kas nepieciešama ķermeņa vitālās aktivitātes uzturēšanai un fizioloģisko funkciju veikšanai, ir oksidatīvie procesi.
Ķīmiskā termodinamika ļauj izveidot saikni starp enerģijas izmaksām, kad cilvēks veic noteiktu darbu, un uzturvielu kaloriju saturu, un ļauj izprast biosintētisko procesu enerģētisko būtību, kas notiek, pateicoties enerģijai, kas izdalās barības vielu oksidēšanās laikā.
Zināšanas par standarta termodinamiskajiem lielumiem salīdzinoši nelielam savienojumu skaitam dod iespēju veikt dažādu bioķīmisko procesu enerģētisko raksturlielumu termoķīmiskos aprēķinus.
Termodinamisko metožu izmantošana ļauj kvantitatīvi noteikt proteīnu, nukleīnskābju, lipīdu un bioloģisko membrānu strukturālo transformāciju enerģiju.
Ārsta praktiskajā darbā visplašāk tiek izmantotas termodinamiskās metodes, lai noteiktu bazālās vielmaiņas intensitāti dažādos organisma fizioloģiskos un patoloģiskos apstākļos, kā arī noteiktu pārtikas produktu kaloriju saturu.
Ķīmiskās termodinamikas problēmas
1. Ķīmisko un fizikāli ķīmisko procesu enerģētiskās ietekmes noteikšana.
2. Kritēriju noteikšana ķīmisko un fizikāli ķīmisko procesu spontānai norisei.
3. Termodinamisko sistēmu līdzsvara stāvokļa kritēriju noteikšana.
Pamatjēdzieni un definīcijas
Termodinamiskā sistēma
Ķermeni vai ķermeņu grupu, ko no apkārtējās vides atdala reāla vai iedomāta saskarne, sauc par termodinamisko sistēmu.
Atkarībā no sistēmas spējas apmainīties ar enerģiju un vielu ar vidi, izšķir izolētas, slēgtas un atvērtas sistēmas.
Izolēts Sistēma ir sistēma, kas neapmainās ar vidi ne vielu, ne enerģiju.
Tiek saukta sistēma, kas apmainās ar enerģiju ar vidi un neapmainās ar vielu slēgts.
Atvērta sistēma ir sistēma, kas apmainās gan ar vielu, gan enerģiju ar vidi.
Sistēmas stāvoklis, standarta stāvoklis
Sistēmas stāvokli nosaka tās fizikālo un ķīmisko īpašību kopums. Katru sistēmas stāvokli raksturo noteiktas šo īpašību vērtības. Ja šīs īpašības mainās, tad mainās arī sistēmas stāvoklis, bet, ja sistēmas īpašības laika gaitā nemainās, tad sistēma atrodas līdzsvara stāvoklī.
Lai salīdzinātu termodinamisko sistēmu īpašības, nepieciešams precīzi norādīt to stāvokli. Šim nolūkam ir ieviests jēdziens - standarta stāvoklis, kurā par atsevišķu šķidrumu vai cietu vielu tiek uzskatīts fiziskais stāvoklis, kurā tie pastāv pie spiediena 1 atm (101315 Pa) un noteiktā temperatūrā.
Gāzēm un tvaikiem standarta stāvoklis atbilst hipotētiskam stāvoklim, kurā gāze ar spiedienu 1 atm atbilst ideālo gāzu likumiem noteiktā temperatūrā.
Ar standarta stāvokli saistītās vērtības tiek rakstītas ar apakšindeksu “o”, un apakšindekss norāda temperatūru, visbiežāk 298K.
Stāvokļa vienādojums
Vienādojumu, kas nosaka funkcionālas attiecības starp īpašību vērtībām, kas nosaka sistēmas stāvokli, sauc par stāvokļa vienādojumu.
Ja ir zināms sistēmas stāvokļa vienādojums, tad, lai aprakstītu tās stāvokli, nav jāzina visu sistēmas īpašību skaitliskās vērtības. Piemēram, Klapeirona-Mendeļejeva vienādojums ir ideālas gāzes stāvokļa vienādojums:
kur P ir spiediens, V ir tilpums, n ir ideālās gāzes molu skaits, T ir tās absolūtā temperatūra un R ir universālā gāzes konstante.
No vienādojuma izriet, ka, lai noteiktu ideālās gāzes stāvokli, pietiek zināt jebkuru trīs no četriem daudzumiem P, V, n, T skaitliskās vērtības.
Statusa funkcijas
Īpašības, kuru vērtības sistēmas pārejas laikā no viena stāvokļa uz otru ir atkarīgas tikai no sistēmas sākotnējā un beigu stāvokļa un nav atkarīgas no pārejas ceļa, sauc par stāvokļa funkcijām. Tie ietver, piemēram, spiedienu, tilpumu, sistēmas temperatūru.
Procesi
Sistēmas pāreju no viena stāvokļa uz otru sauc par procesu. Atkarībā no rašanās apstākļiem izšķir šādus procesu veidus.
Apļveida vai ciklisks– process, kura rezultātā sistēma atgriežas sākotnējā stāvoklī. Pabeidzot apļveida procesu, izmaiņas jebkurā sistēmas stāvokļa funkcijā ir vienādas ar nulli.
Izotermisks– process, kas notiek nemainīgā temperatūrā.
Izobarisks– process, kas notiek pie pastāvīga spiediena.
Izohorisks– process, kurā sistēmas tilpums paliek nemainīgs.
Adiabātisks– process, kas notiek bez siltuma apmaiņas ar vidi.
Līdzsvars– process, ko uzskata par nepārtrauktu sistēmas līdzsvara stāvokļu virkni.
Nelīdzsvarotība– process, kurā sistēma iziet cauri nelīdzsvarotiem stāvokļiem.
Atgriezenisks termodinamiskais process– process, pēc kura sistēma un sistēmas, kas ar to mijiedarbojas (vide), var atgriezties sākotnējā stāvoklī.
Neatgriezenisks termodinamiskais process– process, pēc kura sistēma un sistēmas, kas ar to mijiedarbojas (vide), nevar atgriezties sākotnējā stāvoklī.
Pēdējie jēdzieni sīkāk aplūkoti sadaļā “Ķīmiskā līdzsvara termodinamika”.
Sistēmu teorija un sistēmu analīze 6. tēma. Sistēmu stāvoklis un funkcionēšana Karasev E. M., 2014
Lekcijas konspekts 1. 2. 3. 4. 5. Sistēmas stāvoklis Dinamisko sistēmu statiskās un dinamiskās īpašības Stāvokļa telpa Dinamisko sistēmu stabilitāte Secinājumi Karasev E. M., 2014
1. Sistēmas stāvoklis Sistēma tiek izveidota, lai iegūtu tās mērķa izvadu vēlamās vērtības (stāvokli). Sistēmas izeju stāvoklis ir atkarīgs no: o ievades mainīgo vērtībām (stāvokļiem); o sistēmas sākotnējais stāvoklis; o sistēmas funkcijas. Viens no galvenajiem sistēmas analīzes uzdevumiem ir noteikt cēloņsakarības starp sistēmas izvadiem un tās ieejām un stāvokli. Karasevs E. M., 2014
1. Sistēmas statuss. Stāvokļa novērtējums Sistēmas stāvoklis noteiktā laika brīdī ir tās būtisko īpašību kopums konkrētajā brīdī. Aprakstot sistēmas stāvokli, jārunā par: o ieeju stāvokli; o iekšējais stāvoklis; o sistēmas izeju stāvoklis. Karasevs E. M., 2014
1. Sistēmas statuss. Stāvokļa novērtējums Sistēmas ieeju stāvokli attēlo ievades parametru vērtību vektors: X=(x 1, x 2, ..., xn) un patiesībā tas atspoguļo vides stāvokli. Sistēmas iekšējo stāvokli attēlo tās iekšējo parametru (stāvokļa parametru) vērtību vektors: Z = (z 1, z 2, ..., zv) un ir atkarīgs no ieeju X stāvokļa un sistēmas sākotnējais stāvoklis Z 0: Z = F (Z 0, X). Karasevs E. M., 2014
1. Sistēmas statuss. Stāvokļa novērtējums Iekšējais stāvoklis praktiski nav novērojams, taču to var novērtēt pēc sistēmas izeju (izejas mainīgo vērtību) stāvokļa Y = (y 1, y 2, ..., ym) sakarā ar atkarība Y = F 2(Z). Šajā gadījumā ir jārunā par izejas mainīgajiem lielumiem plašā nozīmē: ne tikai paši izejas mainīgie, bet arī to izmaiņu raksturlielumi var darboties kā koordinātas, kas atspoguļo sistēmas stāvokli: ātrumu, paātrinājumu utt. Karasev E. M., 2014
1. Sistēmas statuss. Stāvokļa novērtējums Tādējādi sistēmas S iekšējo stāvokli brīdī t var raksturot ar tās izvades koordinātu vērtību kopu un to atvasinājumiem šajā brīdī: St=(Yt, Y’’t, …). Tomēr jāņem vērā, ka izejas mainīgie pilnībā, neviennozīmīgi un nelaikā neatspoguļo sistēmas stāvokli. Karasevs E. M., 2014
1. Sistēmas statuss. Process Ja sistēma spēj pāriet no viena stāvokļa uz otru (piemēram, S 1 -> S 2 -> S 3> ...), tad tiek teikts, ka tai ir uzvedība un tajā notiek process. Process ir secīga stāvokļu maiņa. Nepārtrauktas stāvokļu maiņas gadījumā ir: P=S(t), bet diskrētajā gadījumā: P=(St 1, St 2, …, ). Karasevs E. M., 2014
1. Sistēmas statuss. Process Saistībā ar sistēmu var aplūkot divu veidu procesus: o o ārējais process - secīga ietekmes maiņa uz sistēmu, t.i., secīga vides stāvokļu maiņa; iekšējais process ir secīga sistēmas stāvokļu maiņa, kas tiek novērota kā process sistēmas izejā. Karasevs E. M., 2014
1. Sistēmas statuss. Statiskās un dinamiskās sistēmas Statiskā sistēma ir sistēma, kuras stāvoklis noteiktā pastāvēšanas periodā praktiski nemainās. Dinamiskā sistēma ir sistēma, kas laika gaitā maina savu stāvokli. Precizējoša definīcija: sistēmu, kuras pāreja no viena stāvokļa uz otru nenotiek acumirklī, bet kāda procesa rezultātā, sauc par dinamisku. Karasevs E. M., 2014
1. Sistēmas statuss. Sistēmas funkcija Sistēmas īpašības izpaužas ne tikai izvades mainīgo vērtībās, bet arī tās funkcijās, tāpēc sistēmas funkciju noteikšana ir viens no galvenajiem tās analīzes un projektēšanas uzdevumiem. Funkcijas jēdzienam ir dažādas definīcijas: no vispārējas filozofiskas līdz matemātiskai. Karasevs E. M., 2014
1. Sistēmas statuss. Sistēmas funkcija Vispārīgā filozofiskā koncepcija. Funkcija ir objekta īpašību ārēja izpausme. Sistēma var būt vienfunkcionāla vai daudzfunkcionāla. Atkarībā no ietekmes uz ārējo vidi pakāpes un mijiedarbības rakstura ar citām sistēmām funkcijas var sadalīt pieaugošās rindās: 1. pasīvā eksistence, materiāls citām sistēmām; 2. augstākas kārtības sistēmas uzturēšana; 3. pretestība citām sistēmām, videi; 4. citu sistēmu un vides absorbcija (paplašināšana); 5. citu sistēmu un vides transformācija. Karasevs E. M., 2014
1. Sistēmas statuss. Sistēmas funkcija Matemātiskā koncepcija. Patvaļīga rakstura kopas Ey elementu sauc par elementa x funkciju, kas definēts patvaļīga rakstura kopā Ex, ja katrs elements x no kopas Ex atbilst vienam elementam y no Ey. Karasevs E. M., 2014
1. Sistēmas statuss. Sistēmas funkcija Kibernētiskā koncepcija. Sistēmas funkcija ir metode (noteikums, algoritms) ievades informācijas pārvēršanai izvadē. Dinamiskās sistēmas funkciju var attēlot ar loģiski-matemātisko modeli, kas savieno sistēmas ieejas (X) un izejas (Y) koordinātas, “ievades-izejas” modeli: Y=F(X), kur F ir operators sauc darbības algoritmu. Karasevs E. M., 2014
1. Sistēmas statuss. Sistēmas funkcija Kibernētikā plaši tiek izmantots jēdziens “melnā kaste” - kibernētiskais modelis, kurā netiek ņemta vērā objekta iekšējā struktūra (vai par to nekas nav zināms). Šajā gadījumā objekta īpašības tiek vērtētas tikai, pamatojoties uz tā ievades un izvades analīzi. Dažreiz "pelēkās kastes" jēdziens tiek izmantots, ja kaut kas joprojām ir zināms par objekta iekšējo struktūru. Sistēmas analīzes uzdevums ir tieši “izgaismot” lodziņu - pārvērst melnu par pelēku un pelēku par baltu. Karasevs E. M., 2014
1. Sistēmas statuss. Sistēmas funkcionēšana Par funkcionēšanu tiek uzskatīts process, kurā sistēma realizē savas funkcijas. No kibernētikas viedokļa: sistēmas darbība ir process, kurā ievades informācija tiek apstrādāta izvadē. Matemātiski sistēmas funkcionēšanu var uzrakstīt šādi: Y(t) = F(X(t)), t.i., sistēmas funkcionēšana apraksta, kā mainās sistēmas stāvoklis, mainoties tās ievadu stāvoklim. Karasevs E. M., 2014
1. Sistēmas statuss. Sistēmas funkcijas stāvoklis Sistēmas funkcija ir tās īpašība, tāpēc var runāt par sistēmas stāvokli noteiktā laika momentā, norādot tās funkciju, kas ir spēkā tajā brīdī. Tādējādi sistēmas stāvokli var aplūkot divos aspektos: o tās parametru stāvoklis un o funkcijas stāvoklis, kas savukārt ir atkarīgs no struktūras stāvokļa un parametriem: St=(At, Ft) =( At, (Stt, At)) Karasev E.M., 2014
1. Sistēmas statuss. Sistēmas funkcijas stāvoklis Sistēmu sauc par stacionāru, ja tās funkcija noteiktā pastāvēšanas periodā praktiski nemainās. Stacionārai sistēmai reakcija uz to pašu triecienu nav atkarīga no šīs ietekmes piemērošanas brīža. Sistēma tiek uzskatīta par nestacionāru, ja tās funkcija laika gaitā mainās. Sistēmas nestacionaritāte izpaužas tās dažādās reakcijās uz vieniem un tiem pašiem traucējumiem, kas pielietoti dažādos laika periodos. Sistēmas nestacionārā rakstura iemesli slēpjas tajā un sastāv no izmaiņām sistēmas funkcijās: struktūrā (St) un/vai parametros (A). Karasevs E. M., 2014
1. Sistēmas statuss. Sistēmas funkcijas stāvoklis Sistēmas stacionaritāte šaurā nozīmē: Sistēmu sauc par stacionāru, ja visi iekšējie parametri laika gaitā nemainās. Nestacionāra sistēma ir sistēma ar mainīgiem iekšējiem parametriem. Karasevs E. M., 2014
1. Sistēmas statuss. Dinamiskās sistēmas režīmi Līdzsvara režīms (līdzsvara stāvoklis, līdzsvara stāvoklis) ir dinamiskas sistēmas stāvoklis, kurā tā var saglabāties tik ilgi, cik vēlas, ja nav ārējas traucējošas ietekmes vai pastāv pastāvīga ietekme. Piezīme: ekonomiskajām un organizatoriskajām sistēmām jēdziens “līdzsvars” ir diezgan nosacīti piemērojams. Karasevs E. M., 2014
1. Sistēmas statuss. Dinamiskās sistēmas režīmi Ar pārejas režīmu (procesu) saprot dinamiskas sistēmas pārvietošanās procesu no kāda sākuma stāvokļa uz jebkuru no tās vienmērīgajiem režīmiem - līdzsvara vai periodisko. Periodiskais režīms ir režīms, kurā sistēma ar regulāriem intervāliem sasniedz vienādus stāvokļus. Karasevs E. M., 2014
2. Dinamisko sistēmu statiskās un dinamiskās īpašības Pamatojoties uz modelējamā objekta atkarību no laika, tiek izdalīti sistēmu statiskie un dinamiskie raksturlielumi, kas atspoguļoti atbilstošajos modeļos. Statiskie modeļi (statiskie modeļi) atspoguļo sistēmas funkciju - reālas vai projektētas sistēmas konkrēto stāvokli vai tās parametru attiecības, kas laika gaitā nemainās. Karasevs E. M., 2014
2. Dinamisko sistēmu statiskās un dinamiskās īpašības Dinamiskie modeļi (dinamiskie modeļi) atspoguļo sistēmas funkcionēšanu – reālas vai projektētas sistēmas stāvokļu maiņas procesu. Tie parāda stāvokļu atšķirības, stāvokļu izmaiņu secību un notikumu attīstību laika gaitā. Galvenā atšķirība starp statiskajiem un dinamiskajiem modeļiem ir laika ņemšana vērā: statikā tas it kā neeksistē, bet dinamikā tas ir galvenais elements. Karasevs E. M., 2014
2. 1 Sistēmu statiskie raksturlielumi Šaurā nozīmē sistēmas statiskie raksturlielumi var ietvert tās struktūru. Taču biežāk viņus interesē sistēmas īpašības ievadu pārvēršanai izejās līdzsvara stāvoklī, kad nav izmaiņu gan ievades, gan izvades mainīgajos. šādas īpašības definē kā statiskas īpašības. Statiskais raksturlielums ir attiecība starp ievades un izvades daudzumiem līdzsvara stāvoklī. Statisko raksturlielumu var attēlot ar matemātisko vai grafisko modeli. Karasevs E. M., 2014
2. 2 Sistēmu dinamiskie raksturlielumi Dinamiskais raksturlielums ir sistēmas reakcija uz traucējumiem (izvades mainīgo izmaiņu atkarība no ieejas mainīgajiem un laika). Dinamisko raksturlielumu var attēlot ar: o matemātisko modeli diferenciālvienādojuma (vai vienādojumu sistēmas) veidā šādā formā: Karasev E. M., 2014
2. Sistēmu dinamiskie raksturlielumi, kas izmanto matemātisko modeli diferenciālvienādojuma risinājuma veidā: grafisks modelis, kas sastāv no diviem grafikiem: traucējumu izmaiņu grafika laika gaitā un objekta reakcijas uz šo traucējumu grafiku - grafiskā izlaides izmaiņu atkarība laika gaitā. Karasevs E. M., 2014
2. 3 Elementārās dinamiskās saites Lai atvieglotu sarežģītas dinamiskas sistēmas izpētes uzdevumu, tā tiek sadalīta atsevišķos elementos un katram no tiem tiek sastādīti diferenciālvienādojumi. Lai attēlotu sistēmas elementu dinamiskās īpašības neatkarīgi no to fiziskā rakstura, tiek izmantots dinamiskās saites jēdziens. Dinamiskā saite ir sistēmas vai elementa daļa, ko apraksta noteikts diferenciālvienādojums. Dinamisku saiti var attēlot ar elementu, elementu kopu vai automātisku sistēmu kopumā. Karasevs E. M., 2014
2. 3 Elementārās dinamiskās saites Jebkuru dinamisku sistēmu var nosacīti sadalīt dinamiskos atomos - elementārajās dinamiskajās saitēs. Vienkārši sakot, elementāru dinamisko saiti var uzskatīt par saiti ar vienu ievadi un vienu izvadi. Elementārajai saitei ir jābūt virziena saitei: saite pārraida ietekmi tikai vienā virzienā - no ieejas uz izeju, lai saites stāvokļa maiņa neietekmētu iepriekšējās ieejā strādājošās saites stāvokli. Tāpēc, sadalot sistēmu virzītas darbības saitēs, var sastādīt katras saites matemātisko aprakstu, neņemot vērā tās saiknes ar citām saitēm. Karasevs E. M., 2014
2. 3 Elementārās dinamiskās saites Visas saites izšķir pēc vienādojumu veida, kas nosaka to pārejas procesu raksturlielumus, kas tajos rodas vienādos sākuma apstākļos un viena veida traucējumos. Lai novērtētu elementāras saites uzvedību, tās ievadei parasti tiek piegādāti noteiktas formas testa signāli. Visbiežāk tiek izmantoti šādi traucējošo signālu veidi: o o o soļa efekts; impulsa ietekme; periodisks signāls. Karasevs E. M., 2014
2. 3 Elementārās dinamiskās saites Pakāpeniskā ietekme: Īpašs pakāpeniskas ietekmes gadījums ir viens trieciens, ko apraksta ar tā saukto vienības funkciju x(t) = 1(t): Karasev E. M., 2014
2. 3 Elementāras dinamiskās saites Impulsa darbība (vienības impulsa vai delta funkcija) x(t) = δ(t): Jāņem vērā, ka: Periodisks signāls: vai nu sinusoidāla viļņa, vai kvadrātveida viļņa formā. . Karasevs E. M., 2014
2. 4 Tipisko saišu veidi un to pārejas funkcijas Ietekme uz sistēmas ievadi izraisa izmaiņas tās izvadā y(t) - pārejošs process, ko sauc par pārejas funkciju. Pārejas (pagaidu) funkcija ir saites izejas mainīgā reakcija uz ievades izmaiņām. Nākotnē mēs izskatīsim tipiskās saites, izmantojot viena posma traucējumus. Karasevs E. M., 2014
2. 4 Tipisko saišu veidi un to pārejas funkcijas Bezinerces saiti (pastiprinošu, kapacitatīvu, mērogojamu vai proporcionālu) apraksta ar vienādojumu: kur k ir proporcionalitātes vai pastiprinājuma koeficients. Karasevs E. M., 2014
2. 4 Tipisko saišu veidi un to pārejas funkcijas Inerciālo saiti (aperidiskā, kapacitatīvā, relaksācijas) apraksta ar diferenciālvienādojumu: Tās pārejas procesu apraksta vienādojums: kur T ir laika konstante. Karasevs E. M., 2014
2. 4 Tipisko saišu veidi un to pārejas funkcijas Ideālu (bez inerces) diferencējošu saiti apraksta ar diferenciālvienādojumu: Visos punktos, izņemot nulli, y vērtība ir vienāda ar nulli; nulles punktā y izdodas bezgalīgi mazā laikā palielināties līdz bezgalībai un atgriezties pie nulles. Karasevs E. M., 2014
2. 4 Tipisko saišu veidi un to pārejas funkcijas Reālu diferencējošo saiti apraksta ar diferenciālvienādojumu, kurā atšķirībā no ideālās saites papildus parādās inerciālais termins: Kad saiti traucē viena pakāpeniska darbība, pārejas process. saitē ir aprakstīts ar vienādojumu: Karasev E. M., 2014
2. 4 Tipisko saišu veidi un to pārejas funkcijas Reālā diferencējošā saite nav elementāra - to var aizstāt ar divu saišu savienojumu: ideālo diferenciālo un inerciālo: Karasev E. M., 2014
2. 4 Tipisko saišu veidi un to pārejas funkcijas Integrējošo saiti (astatisko, neitrālo) apraksta diferenciālvienādojums: Pārejas procesu saitē apraksta šī vienādojuma atrisinājums: Karasev E. M., 2014
2. 4 Tipisko saišu veidi un to pārejas funkcijas Svārstību saiti vispārīgi raksturo šāds vienādojums: Svārstīgo saiti iegūst, ja tajā ir divi kapacitatīvi elementi, kas spēj uzkrāt divu veidu enerģiju un savstarpēji apmainīties ar šīm rezervēm. Ja svārstību procesā traucējuma sākumā saites saņemtā enerģijas rezerve samazinās, tad svārstības izmirst. Tajā pašā laikā: Karasevs E. M., 2014
2. 4 Tipisko saišu veidi un to pārejas funkcijas Svārstīgo saiti kopumā raksturo šāds vienādojums: Ja, tad oscilējošās saites vietā iegūst otrās kārtas aperiodisku saiti. Karasevs E. M., 2014
2. 4 Tipisko saišu veidi un to pārejas funkcijas Svārstīgo saiti vispārīgā formā raksturo šāds vienādojums: Kad iegūstam konservatīvu saiti ar neslāpētām svārstībām. Karasevs E. M., 2014
2. 4 Tipisko saišu veidi un to pārejas funkcijas Tīrā (transporta) aizkaves saite atkārto ieejas signāla formu, bet ar laika aizkavi: kur τ ir aizkaves laiks. Karasevs E. M., 2014
3. Stāvokļa telpa Tā kā sistēmas īpašības tiek izteiktas ar tās izvadu vērtībām, sistēmas stāvokli var definēt kā izejas mainīgo vērtību vektoru Y = (y 1, ..., ym ). Tāpēc sistēmas uzvedību (tās procesu) var attēlot kā grafiku m-dimensiju koordinātu sistēmā. Sistēmas Y iespējamo stāvokļu kopa tiek uzskatīta par sistēmas stāvokļu telpu (vai fāzes telpu), un šīs telpas koordinātas sauc par fāzes koordinātām. Karasevs E. M., 2014
3. Stāvokļa telpa Punktu, kas atbilst pašreizējam sistēmas stāvoklim, sauc par fāzes jeb reprezentācijas punktu. Fāzes trajektorija ir līkne, ko fāzes punkts apraksta, kad mainās netraucētās sistēmas stāvoklis (ar pastāvīgu ārēju ietekmi). Fāzes trajektoriju kopumu, kas atbilst visiem iespējamiem sākuma apstākļiem, sauc par fāzes portretu. Karasevs E. M., 2014
3. Stāvokļa telpa Fāzes plakne ir koordinātu plakne, kurā pa koordinātu asīm ir attēloti jebkuri divi mainīgie (fāzes koordinātes), kas unikāli nosaka sistēmas stāvokli. Fiksētie (īpaši vai stacionāri) ir punkti, kuru pozīcija fāzes portretā laika gaitā nemainās. Atsevišķi punkti atspoguļo līdzsvara pozīcijas. Karasevs E. M., 2014
3. Stāvokļa telpa Pieņemsim, ka izejas koordinātas vērtības ir attēlotas uz fāzes plaknes abscisu ass, bet tās izmaiņu ātrums ir uz ordinātu ass. Karasevs E. M., 2014
3. Stāvokļa telpa Netraucētas sistēmas fāzes trajektorijām ir spēkā šādas īpašības: o tikai viena trajektorija iet caur vienu fāzes plaknes punktu; o augšējā pusplaknē reprezentējošais punkts virzās no kreisās uz labo pusi, apakšējā pusplaknē - otrādi; o uz x ass atvasinājums dy 2/dy 1=∞ visur, izņemot līdzsvara punktus, tāpēc fāzu trajektorijas krustojas ar x asi (nevienskaitlios punktos) taisnā leņķī. Karasevs E. M., 2014
4. Dinamisko sistēmu stabilitāte Ar stabilitāti saprot sistēmas īpašību atgriezties līdzsvara stāvoklī vai cikliskā režīmā pēc tam, kad ir novērsts traucējums, kas izraisīja tā traucējumus. Stabilitātes stāvoklis (stabilitātes stāvoklis) ir sistēmas līdzsvara stāvoklis, kurā tā atgriežas pēc traucējošo ietekmju likvidēšanas. Karasevs E. M., 2014
4. Dinamisku sistēmu stabilitāte Aleksandrs Mihailovičs Ļapunovs: Sistēmas a fiksētu punktu sauc par stabilu (vai atraktoru), ja jebkurai punkta a apkārtnei N ir kāda mazāka šī punkta N' apkārtne, kurā jebkura trajektorija iet caur N. ' paliek N, lai palielinātu t. Karasevs E. M., 2014
4. Dinamisko sistēmu stabilitāte Atraktors - (no latīņu attraho - piesaistu sev) - stabilitātes reģions, kur tiecas trajektorijas fāzu telpā. Sistēmas a fiksētu punktu sauc par asimptotiski stabilu, ja tas ir stabils un turklāt pastāv šī punkta apkārtne N, kurā jebkura trajektorija, kas iet caur N, tiecas uz a, kā t tiecas uz bezgalību. Karasevs E. M., 2014
4. Dinamisko sistēmu stabilitāte Sistēmas fiksētu punktu, kas ir stabils, bet ne asimptotiski stabils, sauc par neitrāli stabilu. Sistēmas fiksētu punktu, kas nav stabils, sauc par nestabilu (vai repelleru). Repellers (no latīņu repello - es atgrūdu, braucu prom) ir reģions fāzu telpā, kur trajektorijas, pat sākot ļoti tuvu vienskaitļa punktam, tiek atgrūstas no tā. Karasevs E. M., 2014
Lasi arī:
|
Sistēmas stāvokli nosaka līmeņi.
Līmenis ir masas, enerģijas, informācijas daudzums, kas ietverts mainīgajā (blokā) vai sistēmā kopumā noteiktā laika momentā.
Līmeņi nepaliek nemainīgi, tajos notiek noteiktas izmaiņas. Ātrumu, kādā notiek šīs izmaiņas, sauc par tempu.
Likmes nosaka transformācijas, uzkrāšanās, transmisijas u.c. procesu aktivitāti, intensitāti un ātrumu. matērija, enerģija, informācija, kas plūst sistēmā.
Tempi un līmeņi ir savstarpēji saistīti, taču to attiecības nav skaidras. No vienas puses, likmes ģenerē jaunus līmeņus, kas savukārt ietekmē likmes, t.i. regulēt tos.
Piemēram, vielas difūzijas process nosaka sistēmas pāreju no līmeņa x 1 uz līmeni x 2 (masas pārneses procesa virzītājspēks). Tajā pašā laikā šī procesa ātrums (masas pārneses ātrums) ir atkarīgs no norādīto līmeņu masas saskaņā ar izteiksmi:
kur: a ir masas pārneses koeficients.
Viena no svarīgākajām sistēmas stāvokļa īpašībām ir atgriezeniskā saite.
Atgriezeniskā saite ir sistēmas (bloka) īpašība reaģēt uz viena vai vairāku mainīgo lielumu izmaiņām, ko izraisa ievades ietekme, tādā veidā, ka sistēmā notiekošo procesu rezultātā šīs izmaiņas atkal ietekmē to pašu vai to pašu. mainīgie.
Atgriezeniskā saite, atkarībā no ietekmes metodes, var būt tieša (kad notiek apgrieztā ietekme bez mainīgo (bloku) - starpnieku līdzdalības) vai kontūrveida (kad notiek apgrieztā ietekme, piedaloties mainīgajiem (blokiem) - starpniekiem) (att. 3).
Rīsi. 3. Atgriezeniskās saites princips
a – tiešā atgriezeniskā saite; b – cilpas atgriezeniskā saite.
Atkarībā no ietekmes uz primārajām izmaiņām sistēmas mainīgajos lielumos izšķir divus atgriezeniskās saites veidus:
§ Negatīvās atsauksmes, t.i. kad no ārpuses saņemts impulss veido slēgtu ķēdi un izraisa sākotnējā trieciena vājināšanos (stabilizēšanos);
§ Pozitīvas atsauksmes, t.i. kad no ārpuses saņemts impulss veido slēgtu ķēdi un izraisa sākotnējā trieciena palielināšanos.
Negatīvā atgriezeniskā saite ir pašregulācijas veids, kas nodrošina dinamisku līdzsvaru sistēmā. Pozitīva atgriezeniskā saite dabiskajās sistēmās parasti izpaužas kā salīdzinoši īslaicīgi pašiznīcinošas darbības uzliesmojumi.
Atgriezeniskās saites pārsvarā negatīvais raksturs norāda, ka jebkuras vides apstākļu izmaiņas izraisa izmaiņas sistēmas mainīgajos lielumos un liek sistēmai pāriet uz jaunu līdzsvara stāvokli, kas atšķiras no sākotnējā. Šo pašregulācijas procesu parasti sauc par homeostāzi.
Sistēmas spēju atjaunot līdzsvaru nosaka vēl divas tās stāvokļa īpašības:
§ Sistēmas stabilitāte, t.i. raksturlielums, kas norāda, kāds ārējās ietekmes (trieciena impulsa) izmaiņu lielums atbilst pieļaujamajām sistēmas mainīgo izmaiņām, pie kurām var atjaunot līdzsvaru;
§ Sistēmas stabilitāte, t.i. raksturlielums, kas nosaka maksimālās pieļaujamās izmaiņas sistēmas mainīgajos, pie kurām var atjaunot līdzsvaru.
Sistēmas regulēšanas mērķis ir formulēts galējā principa (maksimālās potenciālās enerģijas likuma) veidā: sistēmas evolūcija virzās uz kopējās enerģijas plūsmas palielināšanos caur sistēmu, un stacionārā stāvoklī tās attīstība notiek. tiek sasniegta maksimālā iespējamā vērtība (maksimālā potenciālā enerģija).
Sistemātiska pieeja modelēšanai
Sistēmas koncepcija. Apkārtējā pasaule sastāv no daudziem dažādiem objektiem, no kuriem katram ir dažādas īpašības, un tajā pašā laikā objekti mijiedarbojas viens ar otru. Piemēram, tādiem objektiem kā mūsu Saules sistēmas planētas ir dažādas īpašības (masa, ģeometriskie izmēri utt.), un saskaņā ar universālās gravitācijas likumu tie mijiedarbojas ar Sauli un viens ar otru.
Planētas ir daļa no lielāka objekta – Saules sistēmas, un Saules sistēma ir daļa no mūsu Piena Ceļa galaktikas. No otras puses, planētas veido dažādu ķīmisko elementu atomi, bet atomi sastāv no elementārdaļiņām. Varam secināt, ka gandrīz katrs objekts sastāv no citiem objektiem, tas ir, reprezentē sistēma.
Svarīga sistēmas iezīme ir tā holistiska darbība. Sistēma nav atsevišķu elementu kopums, bet gan savstarpēji saistītu elementu kopums. Piemēram, dators ir sistēma, kas sastāv no dažādām ierīcēm, un ierīces ir savstarpēji saistītas gan aparatūras (fiziski savienotas viena ar otru), gan funkcionāli (informācijas apmaiņa starp ierīcēm).
Sistēma ir savstarpēji saistītu objektu kolekcija, ko sauc par sistēmas elementiem.
Sistēmas stāvokli raksturo tās struktūra, tas ir, elementu sastāvs un īpašības, to attiecības un savienojumi savā starpā. Sistēma saglabā savu integritāti dažādu ārējo ietekmju un iekšējo izmaiņu ietekmē, kamēr tā saglabā savu struktūru nemainīgu. Ja mainās sistēmas struktūra (piemēram, tiek noņemts kāds no elementiem), tad sistēma var pārstāt funkcionēt kopumā. Tātad, ja noņemat kādu no datora ierīcēm (piemēram, procesoru), dators neizdosies, tas ir, tas pārstās pastāvēt kā sistēma.
Statiskās informācijas modeļi. Jebkura sistēma pastāv telpā un laikā. Katrā laika brīdī sistēma atrodas noteiktā stāvoklī, ko raksturo elementu sastāvs, to īpašību vērtības, elementu mijiedarbības apjoms un raksturs utt.
Tādējādi Saules sistēmas stāvokli jebkurā laika momentā raksturo tajā iekļauto objektu (Saule, planētas u.c.) sastāvs, to īpašības (izmērs, novietojums telpā utt.), lielums un savstarpējās mijiedarbības raksturs (gravitācijas spēki, ar elektromagnētisko viļņu palīdzību utt.).
Tiek saukti modeļi, kas apraksta sistēmas stāvokli noteiktā laika brīdī statiskās informācijas modeļi.
Fizikā statiskās informācijas modeļu piemēri ir modeļi, kas apraksta vienkāršus mehānismus, bioloģijā - augu un dzīvnieku struktūras modeļi, ķīmijā - molekulu un kristāla režģu struktūras modeļi utt.
Dinamiskie informācijas modeļi. Sistēmu stāvoklis laika gaitā mainās, tas ir, pārmaiņu un sistēmu attīstības procesi. Tātad, planētas pārvietojas, mainās to novietojums attiecībā pret Sauli un viena pret otru; Saule, tāpat kā jebkura cita zvaigzne, attīstās, mainās tās ķīmiskais sastāvs, starojums utt.
Tiek saukti modeļi, kas apraksta sistēmu pārmaiņu un attīstības procesus dinamiskie informācijas modeļi.
Fizikā dinamiskie informācijas modeļi apraksta ķermeņu kustību, bioloģijā - organismu vai dzīvnieku populāciju attīstību, ķīmijā - ķīmisko reakciju procesus utt.
Jautājumi, kas jāapsver
1. Vai datora komponenti veido sistēmu: pirms montāžas? Pēc montāžas? Pēc datora ieslēgšanas?
2. Kāda ir atšķirība starp statisko un dinamisko informācijas modeļiem? Sniedziet statiskās un dinamiskās informācijas modeļu piemērus.
Ir daudz sistēmas jēdzienu. Apskatīsim jēdzienus, kas vispilnīgāk atklāj tā būtiskās īpašības (1. att.).
Rīsi. 1. Sistēmas jēdziens
"Sistēma ir mijiedarbīgu komponentu komplekss."
"Sistēma ir savstarpēji saistītu darbības elementu kopums."
"Sistēma nav tikai vienību kopums, bet gan attiecību kopums starp šīm vienībām."
Un, lai gan sistēmas jēdziens tiek definēts dažādi, tas parasti nozīmē, ka sistēma ir noteikts savstarpēji saistītu elementu kopums, kas veido stabilu vienotību un integritāti, kam ir neatņemamas īpašības un modeļi.
Mēs varam definēt sistēmu kā kaut ko veselu, abstraktu vai reālu, kas sastāv no savstarpēji atkarīgām daļām.
Sistēma var būt jebkurš dzīvās un nedzīvās dabas objekts, sabiedrība, process vai procesu kopums, zinātniskā teorija utt., ja tie definē elementus, kas veido vienotību (integritāti) ar to savienojumiem un savstarpējām attiecībām starp tiem, kas galu galā rada īpašību kopumu, raksturīgs tikai konkrētai sistēmai un atšķir to no citām sistēmām (rašanās īpašība).
Sistēma(no grieķu SYSTEMA, kas nozīmē “no daļām veidots veselums”) ir elementu kopums, savienojumu un mijiedarbības starp tiem un ārējo vidi, veidojot noteiktu integritāti, vienotību un mērķtiecību. Gandrīz katru objektu var uzskatīt par sistēmu.
Sistēma- ir materiālu un nemateriālu objektu (elementu, apakšsistēmu) kopums, ko vieno sava veida savienojumi (informatīvi, mehāniski utt.), izstrādāts, lai sasniegtu konkrētu mērķi un sasniegt to vislabākajā iespējamajā veidā. Sistēma ir definēta kā kategorija, t.i. tā izpaušana tiek veikta, identificējot galvenās sistēmai raksturīgās īpašības. Lai pētītu sistēmu, ir nepieciešams to vienkāršot, saglabājot pamatīpašības, t.i. izveidot sistēmas modeli.
Sistēma var izpausties kā neatņemams materiāls objekts, kas pārstāv dabiski noteiktu funkcionāli mijiedarbīgu elementu kopumu.
Svarīgs sistēmas raksturošanas līdzeklis ir tā īpašības. Sistēmas galvenās īpašības izpaužas caur matērijas, enerģijas un informācijas transformācijas procesu integritāti, mijiedarbību un savstarpējo atkarību, izmantojot tās funkcionalitāti, struktūru, savienojumus un ārējo vidi.
Īpašums– tā ir objekta parametru kvalitāte, t.i. metodes ārējās izpausmes, ar kuru palīdzību tiek iegūtas zināšanas par objektu. Rekvizīti ļauj aprakstīt sistēmas objektus. Taču tās var mainīties sistēmas darbības rezultātā. Īpašības ir ārējās izpausmes procesam, kurā tiek iegūtas zināšanas par objektu un tas tiek novērots. Īpašības nodrošina iespēju kvantitatīvi aprakstīt sistēmas objektus, izsakot tos noteiktas dimensijas vienībās. Sistēmas objektu īpašības var mainīties tās darbības rezultātā.
Izšķir šādus: sistēmas pamatīpašības :
· Sistēma ir elementu kopums . Noteiktos apstākļos elementus var uzskatīt par sistēmām.
· Būtisku savienojumu klātbūtne starp elementiem. Zem nozīmīgi savienojumi tiek saprasti kā tādi, kas dabiski un obligāti nosaka sistēmas integratīvās īpašības.
· Konkrētas organizācijas klātbūtne, kas izpaužas sistēmas nenoteiktības pakāpes samazināšanās salīdzinājumā ar sistēmu veidojošo faktoru entropiju, kas nosaka sistēmas izveides iespēju. Šie faktori ietver sistēmas elementu skaitu, nozīmīgo savienojumu skaitu, kas elementam var būt.
· Integratīvo īpašību pieejamība , t.i. raksturīgs sistēmai kopumā, bet nav raksturīgs nevienam tās elementam atsevišķi. To klātbūtne liecina, ka sistēmas īpašības, lai gan tās ir atkarīgas no elementu īpašībām, tās pilnībā nenosaka. Sistēma nav reducēta uz vienkāršu elementu kopumu; Sadalot sistēmu atsevišķās daļās, nav iespējams izprast visas sistēmas īpašības kopumā.
· Parādīšanās – atsevišķu elementu īpašību un visas sistēmas īpašību nereducējamība.
· Integritāte – tā ir visas sistēmas īpašība, kas sastāv no tā, ka izmaiņas jebkurā sistēmas komponentā ietekmē visas pārējās tās sastāvdaļas un noved pie izmaiņām sistēmā kopumā; otrādi, jebkuras izmaiņas sistēmā ietekmē visas sistēmas sastāvdaļas.
· Dalāmība – iespējams sistēmu sadalīt apakšsistēmās, lai vienkāršotu sistēmas analīzi.
· Komunikācijas prasmes. Jebkura sistēma darbojas vidē, tā piedzīvo vides ietekmi un, savukārt, ietekmē vidi. Vides un sistēmas saistība var uzskatīt par vienu no galvenajām sistēmas funkcionēšanas pazīmēm, par sistēmas ārējo raksturlielumu, kas lielā mērā nosaka tās īpašības.
· Sistēma ir raksturīga īpašumu, ko attīstīt, pielāgoties jauniem apstākļiem, radot jaunas saiknes, elementus ar saviem vietējiem mērķiem un līdzekļiem to sasniegšanai. Attīstība– skaidro sarežģītus termodinamiskos un informācijas procesus dabā un sabiedrībā.
· Hierarhija. Zem hierarhijas attiecas uz sākotnējās sistēmas secīgu sadalīšanos vairākos līmeņos, izveidojot pamatā esošo līmeņu pakārtotības attiecības ar augstākajiem līmeņiem. Sistēmas hierarhija ir tas, ka to var uzskatīt par augstākas kārtas sistēmas elementu, un katrs no tās elementiem, savukārt, ir sistēma.
Svarīgs sistēmas īpašums ir sistēmas inerce, laika noteikšana, kas nepieciešams sistēmas pārsūtīšanai no viena stāvokļa uz citu konkrētos kontroles parametros.
· Daudzfunkcionalitāte – sarežģītas sistēmas spēja realizēt noteiktu funkciju kopumu uz dotās struktūras, kas izpaužas elastības, pielāgošanās un izdzīvošanas īpašībās.
· Elastīgums – tā ir sistēmas īpašība mainīt darbības mērķi atkarībā no apakšsistēmu darbības apstākļiem vai stāvokļa.
· Pielāgošanās spēja – sistēmas spēja mainīt savu struktūru un izvēlēties uzvedības iespējas atbilstoši sistēmas jaunajiem mērķiem un vides faktoru ietekmē. Adaptīvā sistēma ir tāda, kurā notiek nepārtraukts mācīšanās vai pašorganizācijas process.
· Uzticamība – Šī ir sistēmas īpašība ieviest noteiktas funkcijas noteiktā laika periodā ar noteiktiem kvalitātes parametriem.
· Drošība – sistēmas spēja tās darbības laikā neradīt nepieņemamu ietekmi uz tehniskajiem objektiem, personālu un vidi.
· Neaizsargātība – spēja tikt bojātam, pakļaujoties ārējiem un (vai) iekšējiem faktoriem.
· Strukturālisms – sistēmas uzvedību nosaka tās elementu uzvedība un tās struktūras īpašības.
· Dinamisms ir spēja darboties laika gaitā.
· Atsauksmju pieejamība.
Jebkurai sistēmai ir mērķis un ierobežojumi. Sistēmas mērķi var aprakstīt ar mērķa funkciju U1 = F (x, y, t, ...), kur U1 ir viena no sistēmas funkcionēšanas kvalitātes rādītājiem galējā vērtība.
Sistēmas uzvedība var aprakstīt ar likumu Y = F(x), atspoguļojot izmaiņas sistēmas ieejā un izejā. Tas nosaka sistēmas stāvokli.
Sistēmas stāvoklis ir tūlītēja fotogrāfija vai sistēmas momentuzņēmums, tās attīstības pietura. To nosaka vai nu caur ieejas mijiedarbību vai izejas signāliem (rezultātiem), vai ar makroparametriem, sistēmas makroīpašībām. Šis ir tā n elementu stāvokļu kopums un savienojumu starp tiem. Konkrētas sistēmas specifikācija ir saistīta ar tās stāvokļu specifikāciju, sākot no tās pirmsākumiem un beidzot ar tās nāvi vai pāreju uz citu sistēmu. Reāla sistēma nevar būt nevienā stāvoklī. Viņas stāvoklis ir pakļauts ierobežojumiem - dažiem iekšējiem un ārējiem faktoriem (piemēram, cilvēks nevar nodzīvot 1000 gadus). Reālas sistēmas iespējamie stāvokļi sistēmas stāvokļu telpā veido noteiktu apakšdomēnu Z SD (apakštelpu) - sistēmas pieļaujamo stāvokļu kopu.
Līdzsvars– sistēmas spēja bez ārējas traucējošas ietekmes vai pastāvīgi iedarbojoties, saglabāt savu stāvokli bezgalīgi ilgu laiku.
Ilgtspējība ir sistēmas spēja atgriezties līdzsvara stāvoklī pēc tam, kad tā ir izņemta no šī stāvokļa ārējas vai iekšējas traucējošas ietekmes ietekmē. Šī spēja ir raksturīga sistēmām, kad novirze nepārsniedz noteiktu noteikto robežu.
3. Sistēmas struktūras jēdziens.
Sistēmas struktūra– sistēmas elementu kopums un savienojumi starp tiem kopas veidā. Sistēmas struktūra nozīmē struktūru, izkārtojumu, kārtību un atspoguļo noteiktas attiecības, sistēmas sastāvdaļu savstarpējo stāvokli, t.i. tā struktūru un neņem vērā tās elementu daudzās īpašības (stāvokli).
Sistēmu var attēlot ar vienkāršu elementu uzskaitījumu, taču visbiežāk, pētot objektu, ar šādu attēlojumu nepietiek, jo nepieciešams noskaidrot, kas ir par objektu un kas nodrošina tā mērķu izpildi.
Rīsi. 2. Sistēmas struktūra
Sistēmas elementa jēdziens. A-prioritāte elements– Tā ir sarežģīta veseluma neatņemama sastāvdaļa. Mūsu koncepcijā komplekss veselums ir sistēma, kas pārstāv neatņemamu savstarpēji saistītu elementu kompleksu.
Elements- sistēmas daļa, kas ir neatkarīga attiecībā pret visu sistēmu un ir nedalāma ar šo daļu atdalīšanas metodi. Elementa nedalāmība tiek uzskatīta par nelietderīgumu ņemt vērā tā iekšējo struktūru noteiktās sistēmas modelī.
Pašu elementu raksturo tikai tā ārējās izpausmes savienojumu un attiecību veidā ar citiem elementiem un ārējo vidi.
Komunikācijas koncepcija. Savienojums– viena elementa īpašību atkarību kopums no citu sistēmas elementu īpašībām. Saiknes izveidošana starp diviem elementiem nozīmē to īpašību atkarību esamības identificēšanu. Elementu īpašību atkarība var būt vienpusēja vai divpusēja.
Attiecības– viena elementa īpašību divvirzienu atkarību kopums no citu sistēmas elementu īpašībām.
Mijiedarbība– savstarpējo attiecību un attiecību kopums starp elementu īpašībām, kad tie iegūst savstarpējās mijiedarbības raksturu.
Ārējās vides jēdziens. Sistēma pastāv starp citiem materiāliem vai nemateriāliem objektiem, kas nav iekļauti sistēmā un kurus vieno jēdziens “ārēja vide” - ārējās vides objekti. Ievade raksturo ārējās vides ietekmi uz sistēmu, izvade raksturo sistēmas ietekmi uz ārējo vidi.
Būtībā sistēmas norobežošana vai identificēšana ir noteiktas materiālās pasaules apgabala sadalīšana divās daļās, no kurām viena tiek uzskatīta par sistēmu - analīzes (sintēzes) objektu, bet otra - par ārējo vidi. .
Ārējā vide– telpā un laikā pastāvošu objektu (sistēmu) kopums, kam ir ietekme uz sistēmu.
Ārējā vide ir dabisku un mākslīgu sistēmu kopums, kam šī sistēma nav funkcionāla apakšsistēma.
Konstrukciju veidi
Apskatīsim vairākas tipiskas sistēmas struktūras, ko izmanto, lai aprakstītu organizatoriskos, ekonomiskos, ražošanas un tehniskos objektus.
Parasti jēdziens “struktūra” ir saistīts ar elementu un to savienojumu grafisku attēlojumu. Taču struktūru var attēlot arī matricas formā, kopu teorētiskā apraksta formā, izmantojot topoloģijas valodu, algebru un citus sistēmu modelēšanas rīkus.
Lineārs (secīgs) struktūrai (8. att.) raksturīgs tas, ka katra virsotne ir savienota ar divām blakus esošajām virsotnēm, ja vismaz viens elements (savienojums) neizdodas, struktūra tiek iznīcināta. Šādas struktūras piemērs ir konveijers.
Gredzens konstrukcija (9. att.) ir slēgta, jebkuriem diviem elementiem ir divi savienojuma virzieni. Tas palielina saziņas ātrumu un padara struktūru izturīgāku.
Mobilais konstrukciju (10. att.) raksturo rezerves savienojumu esamība, kas paaugstina konstrukcijas funkcionēšanas uzticamību (izdzīvojamību), bet noved pie tās izmaksu pieauguma.
Pavairot savienots struktūrai (11. att.) ir pilna grafa struktūra. Ekspluatācijas uzticamība ir maksimāla, darbības efektivitāte ir augsta īsāko ceļu klātbūtnes dēļ, izmaksas ir maksimālas.
Zvaigzne struktūrai (12. att.) ir centrālais mezgls, kas darbojas kā centrs, visi pārējie sistēmas elementi ir pakārtoti.
Graphovaya struktūra (13. att.) parasti tiek izmantota, aprakstot ražošanas un tehnoloģiskās sistēmas.
Tīkls struktūra (tīkls)- grafu struktūras veids, kas attēlo sistēmas sadalījumu laikā.
Piemēram, tīkla struktūra var atspoguļot tehniskās sistēmas darbības kārtību (telefonu tīkls, elektrotīkls utt.), cilvēka darbības posmus (ražošanā - tīkla diagramma, projektēšanā - tīkla modelis, plānošanā - a) tīkla modelis, tīkla plāns utt. .d.).
Hierarhisks struktūra tiek visplašāk izmantota vadības sistēmu projektēšanā, jo augstāks hierarhijas līmenis, jo mazāk savienojumu ir tās elementiem. Visiem elementiem, izņemot augšējo un apakšējo līmeni, ir gan vadības, gan pakārtotās vadības funkcijas.
Hierarhiskās struktūras atspoguļo sistēmas sadalīšanos telpā. Visas virsotnes (mezgli) un savienojumi (loki, malas) eksistē šajās struktūrās vienlaicīgi (laikā nav atdalītas).
Tiek sauktas hierarhiskas struktūras, kurās katrs zemākā līmeņa elements ir pakārtots vienam augstākā līmeņa mezglam (vienai virsotnei) (un tas attiecas uz visiem hierarhijas līmeņiem). kokam līdzīgs struktūras (struktūras "koka" veids; struktūras, uz kurām tiek veiktas koku secības attiecības, hierarhiskas struktūras ar stiprs savienojumi) (14. attēls, a).
Struktūras, kurās zemāka līmeņa elements var būt pakārtots diviem vai vairākiem augstāka līmeņa mezgliem (virsotnēm), sauc par hierarhiskām struktūrām ar vājš savienojumi (14. attēls, b).
Sarežģītu tehnisko izstrādājumu un kompleksu projekti, klasifikatoru un vārdnīcu struktūras, mērķu un funkciju struktūras, ražošanas struktūras un uzņēmumu organizatoriskās struktūras tiek parādītas hierarhisku struktūru veidā.
Kopumā terminshierarhija plašākā nozīmē tas nozīmē pakļautību, zemāka amata un ranga personu padotības kārtību augstākām, tas radās kā “karjeras kāpņu” nosaukums reliģijā, tiek plaši izmantots, lai raksturotu attiecības valdības, armijas aparātā, utt., tad hierarhijas jēdziens tika attiecināts uz jebkuru saskaņotu objektu secību atbilstoši padotībai.
Tādējādi hierarhiskās struktūrās ir svarīgi tikai izcelt pakļautības līmeņus, un starp līmeņiem un komponentiem līmenī var būt jebkādas attiecības. Atbilstoši tam ir struktūras, kas izmanto hierarhijas principu, bet kurām ir specifiskas iezīmes, un tās ieteicams izcelt atsevišķi.
Notiek ielāde...
