系统思考的介绍

3.3 系统思考的介绍

在控制理论中，分为开环控制系统和闭环控制系统。开环控制系统是不将控制的结果反馈回来影响当前控制的系统。闭环控制系统是将控制的结果反馈回来影响当前控制的系统。反馈指将系统的输出返回到输入端并以某种方式改变输入，进而影响系统功能的过程。简单的说就是系统不加入反馈环节，就叫开环系统；系统加入反馈环节，就叫闭环系统。

开环系统包含输入量，控制器，执行器，被控对象和输出量是这个系统的要素，带有箭头的直线代表要素之间的连接，要素之间的功能关系通过这些连接来表示。开环系统不包含反馈环节（如图3-6所示）。

图3-6 开环系统框图

在水泵抽水的开环控制实例中，给定量是接通电源，然后控制回路得电开始控制水泵，水泵开始抽水工作，被控对象是水管，被控量即输出量是水管排出水（如图3-7所示）。

图3-7 开环系统实例框图

闭环控制系统又分为负反馈控制系统和正反馈控制系统。

负反馈系统中输入量和反馈量的符号是不相的。在负反馈的系统框图中包含了给定量，比较器，偏差，控制器，执行器，被控对象，被控量和反馈等。当系统收到目标之后，控制器按照给定的目标对执行器进行控制，执行器输出控制量来控制被控对象，使得被控对象改变。检测装置将被控对象的实际情况反馈给比较器，通过和给定量之间的比较，得到偏差，即还差多少可以达到目标，控制器按照偏差继续控制执行器，直到偏差为0，即实际结果和目标相等，达到了闭环控制的目的（如图3-8所示）。

图3-8 负反馈系统框图

在空调控制室温的负反馈控制系统中，输入的量是控制的人要求的温度，它通过遥控器将目标设定温度发给空调系统。空调系统通过设定温度和实际温度的偏差进行控制。控制器控制制冷装置根据不同的偏差来输出制冷量，从而是室温降低，当实际的室温和设定的温度相等时，偏差为0，空调系统完成了室温的闭环控制目标。如果当室温升高时，偏差大于0，空调又开始制冷，使得室温和目标设定温度相同，这样就能使室温稳定在设定的稳定（如图3-9所示）。

图3-9 负反馈系统实例框图

正反馈系统中输入量和反馈量的符号是相同的。在正反馈的系统框图中包含了给定量，比较器，控制器，执行器，被控对象，被控量和反馈等。在正反馈的系统中，控制器控制执行器进行输出，而被控量的结果被反馈到输入，和输入相加之后，控制器的输入不断增加，从而是被控量不断增加，而增加的被控量又反馈到输入，从而使得控制量的输入不断增加，所以正反馈是一个加强的系统（如图3-10所示）。

图3-10 正反馈系统框图

在微软打败所有操作系统的正反馈模型中，为了使微软系统通过速度达到最大的用户量而成为行业标准，微软采用了几个增加微软使用量的方法。一是微软系统本身给消费者带来的利益，这个是和购买量正相关的，微软系统带来的利益越大，购买量越低。价格是和购买量负相关的，价格越低，购买量越高。兼容软件带了的利益与购买量正相关，兼容软件越多，购买量越多。所以微软正反馈的输入可以是操作系统带来的利益，而输出是操作系统的购买量。

购买函数的输入=消费者利益-价格+兼容软件带来的利益，就是消费者可以获得的盈余，消费者盈余越多，购买量越多。微软的操作系统通过较低的价格在市场上获得了数量上的一点领先，为微软编写兼容软件的就多一些，而这些兼容软件增加了微软操作系统的价值，又促进了更多人购买和使用微软系统，然后导致给微软编写软件的利益增加，兼容软件增多，又增加了微软操作系统的价值，促进销售，从而微软操作系统形成正反馈。微软操作系统因此打败了所有的操作系统，成为行业标准（如图3-11所示）。

图3-11 正反馈系统实例框图

任何系统都存在延时，即使开枪到子弹的射出也是存在延时的，只是延时很小而已。从广义动量定理Fαt=MV的角度来说，成果MV是力量F在时间上的积累，所以时间是到达成果的必经过程。行动和结果的延时无处不在。厄尔•南丁格尔在《最奇妙的秘密》中说：“成功是一个等待的过程”。当你为了某个目标行动后，不会马上得到结果，而需要一段时间。以广义动量定理来解释，当目标为一定程度的MV时，也需要一段时间t才能达到这个成果MV。

在控制理论中，反馈控制系统（feedback control system）是一种“闭环”系统，是控制理论的基本概念，而负反馈与正反馈是最基本的模型。负反馈使输出起到与输入相反的作用，使系统输出与系统目标的误差减小，系统趋于稳定；正反馈使输出起到与输入相似的作用，使系统偏差不断增大，使系统振荡，可以放大控制作用。

系统中不仅包含延迟这个因素，还包含了能量和信息，它们通过连接来表示流动的方向。在空调调节室温的负反馈中，给定的温度是空调系统的给定信息，空调系统根据设定的温度来控制制冷装置进行制冷或者停止制冷，空调制冷会使屋内的温度降低，空调的温度检测装置会检测当前的温度并将这个温度信息反馈给空调的输入，与给定温度进行对比，当反馈温度与给定温度相等时，偏差为零，控制器的输入为0，空调停止工作；当屋内温度上升，反馈与偏差温度增大，系统开始制冷，直到屋内温度与设定温度相同。电力的能量通过输入空调系统转化为制冷空气，降低室内的温度。

输入除了给定的目标之外，还会受到其他不可控或无法预知因素的影响，称这种输入为扰动，扰动可能会发生在一个系统的任何环节，扰动会使系统的稳定性降低，甚至完全摧毁整个系统。电压的波动对于空调系统就是扰动，而如果电压波动过大，可能直接毁坏空调系统。

负反馈和正反馈是最基本的模型，是系统最基本的组成部分。在管理学中，精益生产就是一个大的负反馈系统，其中每一个单元又是一个小的负反馈系统；比尔•盖茨使用正反馈战略打败所有操作系统，成为世界首富。在经济学中，马歇尔的价格均衡论是负反馈系统；而索罗斯的反身理论是正反馈系统。这些分析作者会在对应的章节进行讲解。负反馈系统和正反馈系统又可以组成无数种更大的系统，就好比二进制的0和1一样，可以组合成各种不同的系统。