系統(tǒng)大觀園之溫度調(diào)節(jié)器(單存量峡碉、兩互相制衡調(diào)節(jié)回路的系統(tǒng))

背景知識(shí)點(diǎn):什么是存量和流量近哟?什么是調(diào)節(jié)回路?
理解系統(tǒng)行為的動(dòng)態(tài)性鲫寄,就是要搞懂系統(tǒng)存量和流量的動(dòng)態(tài)性吉执,存量指在任何時(shí)刻都能觀察、感知地来、計(jì)數(shù)和測(cè)量的系統(tǒng)要素戳玫。存量會(huì)隨著時(shí)間的變化而不斷改變,使其發(fā)生變化的就是“流量”未斑。
調(diào)節(jié)回路:保證系統(tǒng)穩(wěn)定平衡并漸近設(shè)定的目標(biāo)

一個(gè)存量咕宿、兩個(gè)相互制衡的調(diào)節(jié)回路的系統(tǒng),比如溫度調(diào)節(jié)器蜡秽。

當(dāng)室溫低于設(shè)定的溫度時(shí)府阀,溫度調(diào)節(jié)器探測(cè)到這一差異后會(huì)發(fā)出啟動(dòng)火爐加熱的信號(hào),從而提高室內(nèi)溫度芽突;當(dāng)室溫升高肌似,超過(guò)設(shè)定溫度時(shí),溫度調(diào)節(jié)器則不再加熱诉瓦。這一調(diào)節(jié)回路由一個(gè)存量維持(如上圖左半部分所示)川队。這也不是系統(tǒng)中唯一的回路力细,因?yàn)闊崃繒?huì)散失到室外,熱量流出的調(diào)節(jié)回路如上圖右半部分所示固额。

隨著室溫的升高眠蚂,向外流出的熱量在增加,因?yàn)槭覂?nèi)外溫差加大斗躏,火爐持續(xù)加熱逝慧,流入的熱量超過(guò)了流出的熱量,所以室溫會(huì)逐漸達(dá)到目標(biāo)溫度啄糙。至此笛臣,火爐釋放的熱量與從室內(nèi)流失的熱量達(dá)到了均衡。

雖然溫度被設(shè)定為18℃隧饼,但均衡的室溫會(huì)略低于18℃沈堡。這是因?yàn)榇嬖谙蛲獾臒崃可⑹А词够馉t因室溫未達(dá)到設(shè)定目標(biāo)值而一直加溫,但同時(shí)仍有一些熱量在源源不斷地流失到室外燕雁。這是兩個(gè)相互矛盾的調(diào)節(jié)回路诞丽,這樣的系統(tǒng)會(huì)呈現(xiàn)類似的特征,有時(shí)會(huì)產(chǎn)生人們意想不到的結(jié)果拐格。

在現(xiàn)實(shí)生活中僧免,對(duì)于其他與此有著同樣結(jié)構(gòu)(一個(gè)存量、兩個(gè)相互制衡的調(diào)節(jié)回路)的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)捏浊,系統(tǒng)中的存量會(huì)持續(xù)地變化懂衩,如果你試圖去控制它,可能會(huì)產(chǎn)生一些問(wèn)題金踪。

假設(shè)你試圖將商店里的庫(kù)存量維持在特定水平勃痴,由于從訂購(gòu)到進(jìn)貨存在一定的時(shí)間延遲,你不可能立即以新貨物補(bǔ)足已售出的貨物热康,也無(wú)法準(zhǔn)確地預(yù)計(jì)在你等待訂購(gòu)的貨物到來(lái)之前可能售出多少貨物沛申,你就可能面臨斷貨的風(fēng)險(xiǎn),庫(kù)存量不可能一直充裕姐军。

由溫度調(diào)節(jié)器系統(tǒng)铁材,我們可以得出一條重要的系統(tǒng)基本原則由反饋回路所傳遞的信息只能影響未來(lái)的行為,不能立即改變系統(tǒng)當(dāng)前的行為奕锌。因?yàn)樾畔⒔?jīng)由反饋回路的傳遞需要時(shí)間著觉,如果你根據(jù)當(dāng)前反饋?zhàn)龀隽艘豁?xiàng)決策,去修正由當(dāng)前反饋所驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)行為惊暴,這期間必然有一定的延遲饼丘。所以,你的決策只能影響未來(lái)的行為辽话,不能改變當(dāng)前的系統(tǒng)行為肄鸽。

在一個(gè)由存量維持的調(diào)節(jié)回路中卫病,設(shè)定目標(biāo)時(shí),必須適當(dāng)考慮補(bǔ)償對(duì)存量有重要影響的流入和流出過(guò)程典徘。否則蟀苛,反饋過(guò)程將超出或低于存量的目標(biāo)值。

為什么說(shuō)這條原則很重要呢逮诲?因?yàn)樵谛袨榕c結(jié)果響應(yīng)之間經(jīng)常會(huì)有時(shí)間延遲帜平。一個(gè)流量不能立即對(duì)其自身做出調(diào)整,它只能對(duì)存量的變化做出反應(yīng)梅鹦,而這必然是在一段時(shí)間的延遲之后裆甩,等待信息反饋達(dá)到一定程度。至于時(shí)間延遲的長(zhǎng)短齐唆,取決于具體的系統(tǒng)情境嗤栓。

此外,還可以得出一條具體的原則:在類似的系統(tǒng)中蝶念,流量的散失和補(bǔ)充過(guò)程是持續(xù)的抛腕、動(dòng)態(tài)變化的芋绸,不能靜止地看媒殉。如果意識(shí)不到這一點(diǎn),存量的目標(biāo)水平就難以維持摔敛。對(duì)于類似的系統(tǒng)廷蓉,你必須考慮到所有重要的流量,否則系統(tǒng)的行為就可能讓你大失所望马昙。

每一個(gè)調(diào)節(jié)回路都有它的轉(zhuǎn)折點(diǎn)桃犬,此時(shí)其他回路會(huì)取代該回路而居于主導(dǎo)地位,使存量遠(yuǎn)離它的目標(biāo)且無(wú)法自動(dòng)回到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)行楞。這在溫度調(diào)節(jié)器系統(tǒng)中也可出現(xiàn)攒暇,例如減弱火爐制熱的功率(假設(shè)更換一個(gè)更小的火爐),或者加大制冷回路的影響力(如室外溫度更低子房,或者打開門窗)形用。

總結(jié)

一個(gè)存量、兩個(gè)相互制衡的調(diào)節(jié)回路的系統(tǒng)证杭,比如溫度調(diào)節(jié)器田度。得出一條重要的系統(tǒng)基本原則由反饋回路所傳遞的信息只能影響未來(lái)的行為,不能立即改變系統(tǒng)當(dāng)前的行為解愤,根據(jù)當(dāng)前反饋?zhàn)龀鰶Q策镇饺,來(lái)修正由系統(tǒng)行為,這期間必然有一定的延遲送讲。另外得出一條具體的原則在類似的系統(tǒng)中奸笤,流量的散失和補(bǔ)充過(guò)程是持續(xù)的惋啃、動(dòng)態(tài)變化的,不能靜止地看揭保。對(duì)于類似的系統(tǒng)肥橙,你必須考慮到所有重要的流量,否則系統(tǒng)的行為就可能讓你大失所望秸侣。


摘取自 邱昭良博士翻譯的德內(nèi)拉·梅多斯的《系統(tǒng)之美》存筏,也是第二遍讀這本書

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