第3章-12-社會(huì)與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與自動(dòng)化

3.12社會(huì)與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)201主要內(nèi)容引言經(jīng)濟(jì)控制概述經(jīng)濟(jì)控制的發(fā)展概況現(xiàn)代控制理論在經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的作用202一、引言自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、國(guó)防等各種工程系統(tǒng)中取得了舉世矚目的成就，反饋控制的思想和方法在社會(huì)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、生態(tài)及環(huán)境系統(tǒng)等非工程領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用，并有很多成功的范例。人才培養(yǎng)的質(zhì)量、工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的供需平衡、環(huán)境控制與生態(tài)平衡、政府的各種政策制定等大量的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)問(wèn)題都可以應(yīng)用反饋控制的原理和方法來(lái)進(jìn)行分析。203案例1：中國(guó)的人口控制政策

20世紀(jì)70年代末，中國(guó)的人口增長(zhǎng)過(guò)快，一些控制論與系統(tǒng)科學(xué)的專(zhuān)家專(zhuān)門(mén)研究了人口控制問(wèn)題，利用大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)建立了人口增長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)模型，并證明了總和生育率（即每對(duì)夫婦一生所生育的孩子數(shù)）若大于2.16，則人口將失控。同時(shí)應(yīng)用最優(yōu)控制的理論和方法提出了控制和優(yōu)化我國(guó)人口數(shù)量和年齡結(jié)構(gòu)的控制策略，為我國(guó)制定計(jì)劃生育政策提供了堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。204205案例2：非典型性肺炎的預(yù)防及控制“非典（非典型性肺炎）”的流行對(duì)經(jīng)濟(jì)和生活都造成了較大影響，而控制理論和方法在“非典”的預(yù)防及控制上發(fā)揮了重要作用。我國(guó)的控制科學(xué)工作者與醫(yī)學(xué)工作者密切合作，建立了“非典”擴(kuò)散與傳播的數(shù)學(xué)模型，確定了相關(guān)的控制參數(shù)，其中最重要的兩個(gè)參數(shù)是得病后入院時(shí)間和隔離措施強(qiáng)度（指患者潛伏期內(nèi)實(shí)施了有效隔離的人數(shù)所占比例），并通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬仿真證實(shí)了這兩個(gè)參數(shù)的重要性。206總的來(lái)講，“社會(huì)與經(jīng)濟(jì)控制”遠(yuǎn)比“工程控制”復(fù)雜，研究對(duì)象是包括人在內(nèi)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、規(guī)模宏大、具有多種不確定因素的大系統(tǒng)，包含人與政治、經(jīng)濟(jì)、道德、倫理、法律的交互作用和相互影響。要完整地解決社會(huì)控制中

的所有問(wèn)題，還需要不斷研

究和發(fā)展新的理論和方法。

目前相對(duì)比較成熟的是經(jīng)濟(jì)

控制（重點(diǎn)闡述內(nèi)容）。207二、經(jīng)濟(jì)控制概述經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與自動(dòng)控制過(guò)程的原理完全一致，包含了輸入(投入)、控制、反饋這三大要素。經(jīng)濟(jì)控制的任務(wù)就是通過(guò)對(duì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)進(jìn)行辨識(shí)和估計(jì)來(lái)建立經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的模型，利用輸入、輸出、反饋、協(xié)調(diào)、優(yōu)化等基本概念，通過(guò)分析和計(jì)算機(jī)仿真運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的最優(yōu)控制或次優(yōu)控制。經(jīng)濟(jì)控制論有兩個(gè)突出的特點(diǎn)：①將經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)看成是一個(gè)具有信息反饋和反饋調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)；②對(duì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)進(jìn)行定量的描述與處理，以求達(dá)到最優(yōu)控制，做出有效、合理的經(jīng)濟(jì)決策。208市場(chǎng)調(diào)節(jié)和政府調(diào)控經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程通常包含了市場(chǎng)調(diào)節(jié)和政府干預(yù)及控制的交叉作用。正常的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)可以促進(jìn)科技進(jìn)步和生產(chǎn)力的發(fā)展，企業(yè)的生存發(fā)展也離不開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)，但僅僅依靠市場(chǎng)調(diào)節(jié)不能確保生產(chǎn)與需求的自動(dòng)平衡。自由放任的市場(chǎng)調(diào)節(jié)是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)通病的根源，因此必須對(duì)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)這個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行人為干預(yù)和控制。209經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的組成及作用經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)主要包括經(jīng)濟(jì)決策、經(jīng)濟(jì)控制和經(jīng)濟(jì)監(jiān)督這三個(gè)子系統(tǒng)。經(jīng)濟(jì)決策就是對(duì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的發(fā)展確定目標(biāo)，即通過(guò)一定的評(píng)價(jià)和處理，得到最優(yōu)的決策方案；它是經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的起點(diǎn)，又是經(jīng)濟(jì)控制的先決條件。經(jīng)濟(jì)控制是對(duì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)反饋調(diào)節(jié)，以便盡可能達(dá)到經(jīng)濟(jì)發(fā)展的期望目標(biāo)。經(jīng)濟(jì)監(jiān)督主要是監(jiān)督經(jīng)濟(jì)運(yùn)行過(guò)程中最優(yōu)化決策的實(shí)施情況，也包括監(jiān)督經(jīng)濟(jì)決策過(guò)程。2010三、經(jīng)濟(jì)控制的發(fā)展概況“經(jīng)濟(jì)控制論”這一名詞是1952年提出的；1954年美國(guó)數(shù)學(xué)家R.S.菲利普斯開(kāi)始用微分方程描述宏觀經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，并討論了系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制問(wèn)題；20世紀(jì)50年代中期，美國(guó)的H.A.西蒙等人研究了宏觀經(jīng)濟(jì)的最優(yōu)控制問(wèn)題；50年代末，波蘭科學(xué)家應(yīng)用

控制理論的方法建立了國(guó)民

經(jīng)濟(jì)計(jì)劃系統(tǒng)的模型；2011從1960年起，有關(guān)經(jīng)濟(jì)控制論的著作陸續(xù)出版，建立了許多經(jīng)濟(jì)控制論模型，并相繼出現(xiàn)了許多經(jīng)濟(jì)控制論的研究機(jī)構(gòu)；目前經(jīng)濟(jì)控制論已在很多方面發(fā)揮作用。例如，預(yù)測(cè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)速度和發(fā)展水平，分析經(jīng)濟(jì)各部門(mén)的結(jié)構(gòu)和重大比例關(guān)系的變化趨勢(shì)、基本建設(shè)規(guī)模、投資規(guī)模及投資方向、人民生活水平的提高和消費(fèi)結(jié)構(gòu)的變化、為制訂經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃和政策分析提供科學(xué)依據(jù)等。2012四、現(xiàn)代控制理論在經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的作用運(yùn)用控制論與系統(tǒng)科學(xué)的方法，將國(guó)民經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)運(yùn)行的相關(guān)因素加以條理化和定量化而構(gòu)成的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)模型，已成為很多國(guó)家進(jìn)行經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)、決策、控制和監(jiān)督等的重要手段。在經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)研究中應(yīng)用較多的控制理論主要有系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)理論、最優(yōu)控制、系統(tǒng)辨識(shí)、濾波理論與隨機(jī)控制、大系統(tǒng)理論等。2013系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)理論核心內(nèi)容是控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)性質(zhì)，即能控性、能觀性、穩(wěn)定性等。通過(guò)能控性的研究，可以搞清楚經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的某一控制變量能否影響某一狀態(tài)變量，以及控制的有效性或效率如何，有助于選擇實(shí)現(xiàn)某一經(jīng)濟(jì)目標(biāo)時(shí)可采取的控制手段。能觀性主要指能否通過(guò)可測(cè)變量得到不可測(cè)變量的狀態(tài)信息，有助于全面了解經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、并對(duì)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行估計(jì)和預(yù)測(cè)。經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)保證穩(wěn)定，但其結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，既有負(fù)反饋，又有正反饋，可以通過(guò)建立定量模型來(lái)分析其穩(wěn)定條件和參數(shù)范圍。2014最優(yōu)控制經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)涉及很多優(yōu)化問(wèn)題，如投資效益最大化、通貨膨脹率極小化、國(guó)民收入達(dá)到最大、國(guó)民經(jīng)濟(jì)的最優(yōu)積累率等問(wèn)題。最優(yōu)控制理論的發(fā)展已比較成熟，從理論到算法都有許多直接可以利用的結(jié)果。只要針對(duì)所研究的系統(tǒng)，構(gòu)造合適的數(shù)學(xué)模型，將優(yōu)化的目標(biāo)形成目標(biāo)函數(shù)，就可以應(yīng)用最優(yōu)控制理論進(jìn)行分析，得到最優(yōu)控制策略。從我國(guó)的情況來(lái)看，對(duì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)優(yōu)化的成果比較多，而動(dòng)態(tài)優(yōu)化結(jié)果比較少，應(yīng)予加強(qiáng)。2015系統(tǒng)辨識(shí)將現(xiàn)代控制理論應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的首要問(wèn)題就是建模問(wèn)題。建立模型的依據(jù)是公認(rèn)的經(jīng)濟(jì)法則或某種經(jīng)濟(jì)理論，但當(dāng)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)各變量之間的關(guān)系過(guò)于復(fù)雜時(shí)，就只能將經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)看成一個(gè)“黑箱”，利用其現(xiàn)有的輸入輸出統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)建立系統(tǒng)的模型，這就是經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的模型辨識(shí)問(wèn)題。

通過(guò)構(gòu)造經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的模型，就可對(duì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)、政策評(píng)價(jià)等。經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)2016濾波理論與隨機(jī)控制經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)都是隨機(jī)系統(tǒng)，這不僅僅因?yàn)樗玫降慕y(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)本身帶有隨機(jī)性，更因?yàn)橛捎谌说膮⑴c，控制作用的結(jié)果也是隨機(jī)的。因此，任何經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)都很難得到精確的數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)的數(shù)學(xué)方程通常都是隨機(jī)的，因此隨機(jī)控制和濾波理論就大有用武之地。所謂“濾波”，就是對(duì)包含各種干擾的信號(hào)進(jìn)行“過(guò)濾”，取出有用信號(hào)，目前應(yīng)用較多的是利用卡爾曼濾波進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析和預(yù)測(cè)。2017大系統(tǒng)理論所謂大系統(tǒng)一般是指規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、目標(biāo)多樣、影響因素眾多，且常帶有隨機(jī)性的系統(tǒng)。經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)通常都是大系統(tǒng)，一般采用遞階控制或分散控制結(jié)構(gòu)。遞階結(jié)構(gòu)又可分為多層遞階和多級(jí)遞階兩種形式。前者是將復(fù)雜決策問(wèn)題分解為一系列子決策問(wèn)題，每個(gè)子決策問(wèn)題的解就是該決策單元的輸出，同時(shí)也是下一決策單元的輸入；如此一層一層下去，形成決策層的遞階。2018多級(jí)遞階控制結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是同一水平的子系統(tǒng)形成“級(jí)”，上、下級(jí)構(gòu)成隸屬關(guān)系，上級(jí)對(duì)下級(jí)有協(xié)調(diào)權(quán)，它的決策直接影響下級(jí)的動(dòng)作。例如，國(guó)家行政系統(tǒng)有中央、省、地、縣各級(jí)；生產(chǎn)系統(tǒng)有公司、工廠、車(chē)間、工段等層次。分散控制結(jié)構(gòu)指大系統(tǒng)中的各子系統(tǒng)是分散獨(dú)立的，相互間不存在協(xié)調(diào)控制關(guān)系，每個(gè)子系統(tǒng)分別獨(dú)立做出決策；大系統(tǒng)優(yōu)化的總?cè)蝿?wù)由各分散的控制器共同完成，每個(gè)分散控制器只能獲得大