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自动化技术在机械设计及制造中的应用
Application of Automation Technology in Mechanical Design and Manufacturing

机或部分停机状态，以防止设备损坏或发生火灾。
4. 大系统控制和系统工程
（1）大系统的建模
大系统一般是高维的复杂系统，就是说，在这样的系统里，独立变量的个数

相当多，并且它们之间的关系错综复杂。
由于系统内各变量之间的关系错综复杂，大系统常常具有以下特性：子系统
性，即大系统内部可能包括许多子系统；非线性，即系统有时会表现出严重的非
线性特性；高阶性，即描述整个或部分系统的微分方程要包含许多高阶导数项；

时变性，即系统的参数有时是随时间变化的；关联性，即对系统进行控制时，系
统内的各种严重耦合使解耦变得非常困难。大系统一般多是来自实际的问题，比
如社会、环境、电力、运输、能源、通讯、企业、经济以及行政机构等。
大系统研究的主要问题包括：大系统的建模、大系统的可控性和稳定性研究、

大系统的优化控制、对大系统的分级控制。
建立系统的数学模型是研究系统的常用方法之一。一般建立数学模型时，最
好要先将系统分解成多个部分或子系统，然后再根据系统各个部分所遵守的数学
或物理关系来建立数学模型。对于每一部分，建模之前首先要确定建模的用途，

因为一个模型不可能适合于各种用途。还要做好边界的划分，找出边界内部的状
态变量和经过边界的扰动变量。常用的物理关系有能量守恒定律、动量守恒定律、
质量守恒定律或连续性方程，涉及电学的可能要用到库仑定律、欧姆定律、基尔
霍夫定律、法拉第定律或麦克斯韦方程，在涉及化学反应的系统中要考虑化学平

衡、组分平衡和相平衡。
以上这些建模都是机理模型。集结法是一种常用建模方法，它的思路就是由
系统或子系统中各个中间变量之间的静态或动态映射关系，来推导出输入、输出
变量之间的静态或动态关系。通过试验数据可以建立各种数据模型。

（2）大系统的控制
大系统的控制主要有递阶控制、分散控制和分段控制，其中分段控制可以是
按时间分段也可以是按功能分段。当大系统可以按层次划分成比较明确的许多子
系统或分系统时，这时就可以使用递阶控制，也就是对每个子系统分别控制作为

底层，然后再把相关的子系统组织起来形成各个第二阶子系统，并在各个第二阶
子系统内进行协调控制，这样逐层地递阶控制直到把整个系统都控制起来。

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