第一篇：不確定非完整動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)控制研究

不確定非完整動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)控制研究

作者簡(jiǎn)介：董文杰，男，1970年12月出生，1996年09月師從于北京航空航天大學(xué)霍偉教授，于1999年12月獲博士學(xué)位。

摘 要

非完整約束是指含有系統(tǒng)廣義坐標(biāo)導(dǎo)數(shù)且不可積的約束。典型的受非完整約束系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱非完整系統(tǒng))包括車輛、移動(dòng)機(jī)器人、某些空間機(jī)器人、水下機(jī)器人、欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人和運(yùn)動(dòng)受限機(jī)器人等。因此,非完整系統(tǒng)的控制研究具有廣泛應(yīng)用

背景和重要應(yīng)用價(jià)值。

19世紀(jì)末20世紀(jì)初在經(jīng)典力學(xué)中已對(duì)非完整系統(tǒng)做了基礎(chǔ)性研究。自1960年代以來(lái),科技發(fā)展和生產(chǎn)實(shí)際的需要促使非完整系統(tǒng)的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究都有了進(jìn)一步發(fā)展。從1980年代末起,由于機(jī)器人及車輛控制的需要,使得國(guó)外開始對(duì)非完整系統(tǒng)的控制問(wèn)題進(jìn)行深入研究。由于非完整約束是對(duì)系統(tǒng)廣義坐標(biāo)導(dǎo)數(shù)的約束,它不減少系統(tǒng)的位形自由度,這使得系統(tǒng)的獨(dú)立控制個(gè)數(shù)少于系統(tǒng)的位形自由度,給其控制設(shè)計(jì)帶來(lái)很大困難。另外，利用非線性控制系統(tǒng)理論的微分幾何方法已證明:非完整系統(tǒng)不能用連續(xù)的狀態(tài)反饋鎮(zhèn)定。因此以研究連續(xù)狀態(tài)反饋為主的現(xiàn)代控制理論中大量成熟的結(jié)果無(wú)法直接用于非完整系統(tǒng)的鎮(zhèn)定控制研究,使得非完整控制系統(tǒng)研究成為當(dāng)今控制領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)性的難題之一。

國(guó)際上1980年代至1990年代中期對(duì)非完整系統(tǒng)的控制研究主要是針對(duì)由非完整約束方程導(dǎo)出的非完整運(yùn)動(dòng)學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行的，提出的反饋鎮(zhèn)定控制方法主要有時(shí)變反饋控制策略、不連續(xù)控制策略及以各種方式將二者結(jié)合的混合控制策略。在非完整運(yùn)動(dòng)學(xué)系統(tǒng)的軌跡跟蹤控制研究中，基于不同的分析工具和方法也提出了多種控制方案。由于實(shí)際系統(tǒng)是動(dòng)力學(xué)系統(tǒng),在對(duì)系統(tǒng)性能要求較高的情況下通常不能忽略系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)部分，故基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型設(shè)計(jì)出的以廣義速度為控制量的控制律不能直接用于以廣義力為控制量的實(shí)際動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。因此自1990年代后期起國(guó)際上更加注重非完整動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的控制研究，通常采用速度跟蹤的思想將對(duì)非完整運(yùn)動(dòng)學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制律推廣到非完整動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，這種研究一般依賴于非完整系統(tǒng)的準(zhǔn)確動(dòng)力學(xué)模型。考慮到非完整動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)控制研究具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用背景，而對(duì)實(shí)際系統(tǒng)一般無(wú)法建立精確模型，且不可避免地受到各種干擾，必須研究不確定非完整動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的有效控制方法。目前國(guó)內(nèi)外在這方面的研究還剛剛起步，為發(fā)展有關(guān)應(yīng)用基礎(chǔ)理論，本論文研究不確定非完整動(dòng)力

學(xué)系統(tǒng)控制問(wèn)題。

本文深入研究了具有慣性參數(shù)不確定性及未知?jiǎng)恿W(xué)特性的非完整動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)鎮(zhèn)定與軌跡跟蹤控制問(wèn)題。對(duì)慣性參數(shù)未知的一般不確定非完整動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，證明了其鎮(zhèn)定律的存在性。對(duì)幾類典型不確定非完整動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的鎮(zhèn)定問(wèn)題和跟蹤控制問(wèn)題，提出了多種自適應(yīng)控制器和魯棒控制器設(shè)計(jì)方法。對(duì)受非完整約束的輪式移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的鎮(zhèn)定和跟蹤控制問(wèn)題，也分別給出了解

決的方案。具體成果如下:

一.不確定非完整動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)鎮(zhèn)定研究

1.對(duì)慣性參數(shù)未知不確定非完整動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的鎮(zhèn)定問(wèn)題，證明了其光滑時(shí)變周期自適應(yīng)鎮(zhèn)定律的存在性，給出了其一般結(jié)構(gòu), 回答了能否鎮(zhèn)定不確定非完整動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的問(wèn)題，為控制器的設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)，也為如何設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制控制器指明了方向。

2.研究了滿足Pomet條件的慣性參數(shù)未知不確定非完整動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)鎮(zhèn)定問(wèn)題，基于其光滑時(shí)變周期自適應(yīng)鎮(zhèn)定律的存在性，利用Backstepping思想，Lyapunov分析，LaSalle不變性原理和Jurdjevic-Quinn技術(shù)，構(gòu)造出它的時(shí)變周期自適應(yīng)控制律，解決了該類不確定非完整動(dòng)力學(xué)

系統(tǒng)鎮(zhèn)定律的設(shè)計(jì)問(wèn)題。

3.研究了慣性參數(shù)未知不確定擴(kuò)展鏈?zhǔn)椒峭暾麆?dòng)力學(xué)系統(tǒng)的自適應(yīng)鎮(zhèn)定問(wèn)題，基于Barbalat引理和Backstepping技術(shù), 設(shè)計(jì)了時(shí)變自適應(yīng)控制律。該控制律是系統(tǒng)狀態(tài)的顯函數(shù)，不需要任何構(gòu)造過(guò)程。所提出的控制器不僅能使系統(tǒng)的所有狀態(tài)漸近趨于平衡點(diǎn)，保證在線估計(jì)

參數(shù)的有界性，且控制器不是高增益的。

4．研究了慣性參數(shù)未知不確定擴(kuò)展冪式非完整動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的自適應(yīng)鎮(zhèn)定問(wèn)題，利用這類系統(tǒng)的特定結(jié)構(gòu)，提出了新的時(shí)變自適應(yīng)控制律。

5．研究了慣性參數(shù)未知不確定擴(kuò)展鏈?zhǔn)椒峭暾麆?dòng)力學(xué)系統(tǒng)的魯棒鎮(zhèn)定問(wèn)題，基于變結(jié)構(gòu)控制的思想，通過(guò)引入一個(gè)正的時(shí)變因子，提出了魯棒控制器。該魯棒控制器克服了變結(jié)構(gòu)控制中的“抖振”現(xiàn)象且具有計(jì)算簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。與自適應(yīng)控制器相比，這種魯棒控制器不但能保證系統(tǒng)的狀態(tài)漸近鎮(zhèn)定，而且不需在線估計(jì)系統(tǒng)的慣性參數(shù)，減小了實(shí)時(shí)計(jì)算量。

6．研究了慣性參數(shù)未知不確定擴(kuò)展鏈?zhǔn)椒峭暾麆?dòng)力學(xué)系統(tǒng)的指數(shù)鎮(zhèn)定問(wèn)題。通過(guò)引入適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)變換將系統(tǒng)化為易于設(shè)計(jì)的形式，基于Backstepping思想、Lyapunov分析和Barbalat引理，分別提出了魯棒指數(shù)鎮(zhèn)定律和自適應(yīng)指數(shù)鎮(zhèn)定律。同已提出的控制律相比較，指數(shù)鎮(zhèn)定律能使系統(tǒng)的狀態(tài)快速趨于原點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度, 改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。

7.研究慣性參數(shù)未知的不確定非完整動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)必須已知系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程的具體形式，考慮到實(shí)際非完整動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜性, 許多情況下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模非常困難，有時(shí)甚至是不可能的。為此研究了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程未知時(shí)的不確定擴(kuò)展鏈?zhǔn)椒峭暾麆?dòng)力學(xué)系統(tǒng)魯棒鎮(zhèn)定問(wèn)題?；诜峭暾到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、范數(shù)的性質(zhì)和滑動(dòng)模態(tài)控制的思想, 提出了魯棒控制器。所提出的控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且不需知道系統(tǒng)的具體動(dòng)力學(xué)模型就能鎮(zhèn)定系統(tǒng)的狀態(tài)到平衡點(diǎn)，避免了系統(tǒng)

建模的繁瑣工作, 便于應(yīng)用。

8.研究了動(dòng)力學(xué)未知不確定擴(kuò)展鏈?zhǔn)椒峭暾麆?dòng)力學(xué)系統(tǒng)的自適應(yīng)鎮(zhèn)定問(wèn)題，利用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及自適應(yīng)控制的在線估計(jì)能力,提出了自適應(yīng)控制律。該控制律通過(guò)在線估計(jì)不確定性的上界減少了控制器的保守性，從而減少了控制所需的能量。

二.不確定非完整動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)軌跡跟蹤控制研究

1.研究了鏈?zhǔn)椒峭暾\(yùn)動(dòng)學(xué)系統(tǒng)的跟蹤控制問(wèn)題, 提出的一種新的標(biāo)準(zhǔn)型, 并在此基礎(chǔ)上借助Lyapunov穩(wěn)定性分析方法和Barbalat引理設(shè)計(jì)了可實(shí)現(xiàn)全局漸近跟蹤控制的一維動(dòng)態(tài)控制器, 它克服了用動(dòng)態(tài)反饋線性化方法或微分平坦(differential flatness)性概念設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)控制

器時(shí)所引起的維數(shù)高和有奇異點(diǎn)的缺點(diǎn)。

2.研究了慣性參數(shù)未知不確定擴(kuò)展鏈?zhǔn)椒峭暾麆?dòng)力學(xué)系統(tǒng)的自適應(yīng)跟蹤控制問(wèn)題, 基于所提出的非完整運(yùn)動(dòng)學(xué)跟蹤控制器, 提出了基于回歸矩陣的自適應(yīng)跟蹤控制器,能使系統(tǒng)狀態(tài)全局漸近跟蹤給定的期望軌跡, 解決了這類系統(tǒng)的全局跟蹤問(wèn)題。所提出的控制器設(shè)計(jì)思路還可用來(lái)設(shè)計(jì)這類不確定非完整動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的魯棒跟蹤控制器。

3.研究了動(dòng)力學(xué)方程未知不確定擴(kuò)展鏈?zhǔn)椒峭暾麆?dòng)力學(xué)系統(tǒng)的跟蹤控制問(wèn)題, 將自適應(yīng)控制和魯棒控制相結(jié)合，提出了自適應(yīng)魯棒跟蹤方案, 解決了該類系統(tǒng)的全局軌跡跟蹤控制問(wèn)題。

三.輪式移動(dòng)機(jī)器人鎮(zhèn)定與跟蹤控制問(wèn)題

1.說(shuō)明了如何把本論文所提出的關(guān)于鎮(zhèn)定和軌跡跟蹤控制的結(jié)果應(yīng)用于受非完整約束移動(dòng)

機(jī)器人的控制中。

2.基于受非完整約束移動(dòng)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型本身的特點(diǎn)及模型中各物理量的含義，提出了準(zhǔn)指數(shù)鎮(zhèn)定的新概念, 然后基于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)提出了快速鎮(zhèn)定這類系統(tǒng)的準(zhǔn)指數(shù)鎮(zhèn)定方案。為說(shuō)明論文中所提出控制律的正確性和有效性，對(duì)各章節(jié)所給出的每種控制方案都進(jìn)行了嚴(yán)格的穩(wěn)定性證明，并以典型移動(dòng)機(jī)器人為例進(jìn)行了控制器設(shè)計(jì)和數(shù)字仿真。

智能機(jī)器人

目前影響智能機(jī)器人性能的因素很多，包括機(jī)器人的導(dǎo)航、定位、通訊、控制策略及體系結(jié)構(gòu)等。其中導(dǎo)航和定位受多方面因素影響 是一時(shí)難以解決的。目前發(fā)展較快并對(duì)智能機(jī)器人的發(fā)展影響很大 的四大熱門主題是智能控制、多傳感器的信息融合、路徑規(guī)劃 和語(yǔ)音識(shí)別。(1)智 能 控制

智 能 控 制產(chǎn)生于60年代，1967年，LeoodG和Model首先正式使 用“智能控制”一詞、標(biāo)志著智能控制的思想已經(jīng)萌芽。70年代是 智能控制的形成時(shí)期。進(jìn)人80年代以后，智能控制開始應(yīng)用于機(jī)器 人控制及過(guò)程控制專家系統(tǒng)等工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域。90年代以后，智 能控制己擴(kuò)大到面向軍事、高技術(shù)領(lǐng)域和日用家電產(chǎn)品等多個(gè)領(lǐng)域。智能控制從創(chuàng)立至今尚未有統(tǒng)一的定義，從一定的意義上講，可以 把具有智能信息處理、智能反饋和智能控制決策的控制方式稱為智 能控制?，F(xiàn)在用的智能控制方法有:多級(jí)遞階智能控制、基于知識(shí) 的智能控制、模糊控制、神經(jīng)控制、基于規(guī)則的仿人智能控制、基 于模式識(shí)別的智能控制、混沌控制等。目前，智能控制在工程中得 到了較廣泛地應(yīng)用，如蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)的模糊控制系統(tǒng)、汽車噴油系統(tǒng) 的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。(2)路 徑 規(guī)劃

路徑 規(guī) 劃是自主式移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航的基本環(huán)節(jié)之一。它是按照某 一性能指標(biāo)搜索一條從起始狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)的最優(yōu)或近似最優(yōu)的無(wú) 碰路徑。根據(jù)機(jī)器人對(duì)環(huán)境信息知道的程度不同，可分為兩種類型: 環(huán)境信息完全知道的全局路徑規(guī)劃和環(huán)境信息完全未知或部分未 知，通過(guò)傳感器在線地對(duì)機(jī)器人的工作環(huán)境進(jìn)行探測(cè)，以獲取障礙 物的位置、形狀和尺寸等信息的局部路徑規(guī)劃。

用 于 全 局路徑規(guī)劃的典型方法主要來(lái)說(shuō)有可視頂點(diǎn)圖法、柵格 法、四叉樹等。目前，智能機(jī)器人領(lǐng)域的研究者們?nèi)栽谔接懶碌囊?guī) 劃方法。為了更加高效的解決復(fù)雜的路徑規(guī)劃問(wèn)題，研究趨勢(shì)越來(lái) 越向著兩種或多種己有算法有機(jī)結(jié)合的方向發(fā)展。

遺 傳 算 法由于其具有優(yōu)良的全局尋優(yōu)能力和隱含的并行計(jì)算特 性，越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視。將遺傳算法與已有的其它的路 徑規(guī)劃方法相結(jié)合來(lái)解決路徑規(guī)劃問(wèn)題，取二者之所長(zhǎng)，提高了路 徑規(guī)劃問(wèn)題的求解質(zhì)量和求解效率。例如，遺傳算法與柵格法相結(jié) 合，采用柵格法對(duì)機(jī)器人工作空間進(jìn)行劃分，用序號(hào)表示柵格，并 以此序號(hào)作為機(jī)器人路徑規(guī)劃參數(shù)編碼，用遺傳算法對(duì)機(jī)器人路徑 規(guī)劃進(jìn)行研究;遺傳算法與凸區(qū)法的結(jié)合，先用凸區(qū)法“們進(jìn)行粗路 徑的搜索，再用遺傳算法進(jìn)行路徑節(jié)點(diǎn)的調(diào)整，從而規(guī)劃出機(jī)器人 的行走路線;以及遺傳算法與人工勢(shì)場(chǎng)法、模糊理論的結(jié)合等。另 外，神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊理論結(jié)合在路徑規(guī)劃中的應(yīng)用也得到了廣 泛的重視，關(guān)于這方面的文章也很多。例如Kimm。的利用SOFM神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行路徑規(guī)劃的方法等。

目前，將 三維環(huán)境下已有的一些路徑規(guī)劃方法如柵格法、八叉樹 法、人工勢(shì)場(chǎng)法等幾種方法結(jié)合，又產(chǎn)生了幾種新的路徑規(guī)劃方法。例如，RobertJ.S zczerba的框架子空間法，將柵格法和八叉樹法相 結(jié)合用于解決三維空間的路徑規(guī)劃問(wèn)題，Yoshifumi Kitamura將八 叉樹法和人工勢(shì)場(chǎng)法相結(jié)合來(lái)解決動(dòng)態(tài)環(huán)境下三維空間的路徑規(guī)劃 問(wèn)題。

用 于 局 部路徑規(guī)劃的方法主要有人工勢(shì)場(chǎng)法，人工勢(shì)場(chǎng)法是 由Khatib提出的一種虛擬力法。其基本思想是將機(jī)器人在環(huán)境中的 運(yùn)動(dòng)視為一種虛擬的人工受力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。障礙物對(duì)機(jī)器人產(chǎn)生斥 力，目標(biāo)點(diǎn)產(chǎn)生引力，引力和斥力的合力作為機(jī)器人的加速力，來(lái) 控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向和計(jì)算機(jī)器人的位置。該法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于 低層的實(shí)時(shí)控制，在實(shí)時(shí)避障和平滑的軌跡控制方面，得到了廣泛 的應(yīng)用，但對(duì)存在局部最優(yōu)解的問(wèn)題，容易產(chǎn)生死鎖現(xiàn)象，因而可 能使機(jī)器人在到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)之前就停留在局部最優(yōu)點(diǎn)。(3)多 傳 感器的信息融合

移 動(dòng) 機(jī) 器人的多傳感器信息融合方面的研究始于80年代。多傳 感器融合的常用方法有:加權(quán)平均法、貝葉斯估計(jì)、卡爾曼濾

波、統(tǒng)計(jì)決策理論、D-S證據(jù)推理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊推理法以及帶 置信因子的產(chǎn)生式規(guī)則。

其中加權(quán)平均法是最簡(jiǎn)單也最直觀的方法，一般用于對(duì)動(dòng)態(tài)低水平的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，但結(jié)果不是統(tǒng)計(jì)上的最優(yōu) 估計(jì);貝葉斯估計(jì)是融合靜態(tài)環(huán)境中多傳感器低層數(shù)據(jù)的常用方法，適用于具有高斯白噪聲的不確定性傳感信息融合;對(duì)于系統(tǒng)噪聲和 觀測(cè)噪聲為高斯白噪聲的線性系統(tǒng)模型用卡爾曼濾波來(lái)融合動(dòng)態(tài)低 層次冗余傳感信息，對(duì)于非線性系統(tǒng)模型采用擴(kuò)展卡爾曼濾波或者 分散卡爾曼濾波;統(tǒng)計(jì)決策理論用于融合多個(gè)傳感器的同一種數(shù)據(jù)，常用于圖像觀測(cè)數(shù)據(jù);D-S證據(jù)推理是貝葉斯估計(jì)法的擴(kuò)展，它將

局部成立的前提與全局成立的前提分離開來(lái)，以處理前提條件不完 整的信息融合;基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法根據(jù)系統(tǒng)要求和融合形式，選擇網(wǎng)

絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)確定網(wǎng)絡(luò)連接權(quán)值，對(duì)各傳感器的輸入 信息進(jìn)行融合。系統(tǒng)具有很強(qiáng)的容錯(cuò)性和魯棒性;模糊推理法首先對(duì)多傳感器輸出進(jìn)行模物化，將所測(cè)得的距離等信 息分級(jí)，表示成相應(yīng)的模糊子集，并確定模糊子集的隸屬度函數(shù)，通過(guò)融合算法對(duì)隸屬度函數(shù)綜合處理，再將模糊融合結(jié)果清晰化，求出融合值;帶置信因子的產(chǎn)生式規(guī)則主要用于符號(hào)水平層表達(dá)傳 感器信息，結(jié)合專家系統(tǒng)對(duì)多傳感信息進(jìn)行融合。

第二篇：系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究綜述

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究綜述

摘要

本文首先對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行簡(jiǎn)要概述，并回顧其在國(guó)外和國(guó)內(nèi)的發(fā)展歷程。其次通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)綜述的方式，對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究領(lǐng)域進(jìn)行梳理和羅列，并且介紹了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究成果和應(yīng)用情況。本文的目的在于對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行清洗明確的概括的，增進(jìn)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的了解，并表述其目前的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、綜述、應(yīng)用現(xiàn)狀、研究成果

一、引言

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自創(chuàng)立以來(lái)，其理論、方法和工具不斷完善，應(yīng)用范圍不斷拓展，在解決經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境、生態(tài)、能源、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、軍事等諸多領(lǐng)域的復(fù)雜問(wèn)題中發(fā)揮了重要作用。隨著現(xiàn)代社會(huì)復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)性、多變性等問(wèn)題的逐步加劇，更加需要類似系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)這樣的方法，綜合系統(tǒng)論、控制論、信息論等，并于經(jīng)濟(jì)學(xué)、管理學(xué)交叉，使人們清晰認(rèn)識(shí)和深入處理產(chǎn)生于現(xiàn)代社會(huì)的非線性和時(shí)變現(xiàn)象，做出長(zhǎng)期的、動(dòng)態(tài)的、戰(zhàn)略的分析和研究。這位系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法的進(jìn)一步發(fā)展提供了廣闊的平臺(tái)，也為深入研究系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用提供了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

為此，本文從系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀著手，通過(guò)總結(jié)和分析當(dāng)前系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用情況，探尋系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)未來(lái)的應(yīng)用前景和方向，希望能促進(jìn)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法在現(xiàn)代社會(huì)中的廣泛應(yīng)用。

二、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)概述

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（System Dynamics，簡(jiǎn)稱SD）起源于控制論。自Wienes在40年代建立控制論以來(lái)，隨著現(xiàn)代工業(yè)與科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，控制論的概念、領(lǐng)域和工具也得以拓展。五十年代初，中國(guó)把自動(dòng)控制理論翻譯為“自動(dòng)調(diào)節(jié)原理”。蘇聯(lián)的B.B.COJIOJIOBHNKOB教授，在研究有關(guān)隨即控制問(wèn)題時(shí)，引入“系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)”的概念。錢學(xué)森先生結(jié)合龔恒問(wèn)題，編著了《工程控制論》，也闡述了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的有關(guān)問(wèn)題。蘇聯(lián)與后總共對(duì)系統(tǒng)動(dòng)學(xué)的研究，是針對(duì)工程技術(shù)問(wèn)題，限于自然科學(xué)領(lǐng)域。美國(guó)在50年代后期，在系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方面取得了很大的突破。JW Forrester等發(fā)表了一系列關(guān)于SD方面的論文，使它的應(yīng)用不限于工程技術(shù)，而是拓展到工業(yè)、經(jīng)濟(jì)、管理、生態(tài)、醫(yī)藥等各個(gè)領(lǐng)域，并出現(xiàn)了五花八門的各種動(dòng)力學(xué)。

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)適用于處理長(zhǎng)期性和周期性的問(wèn)題，適用于研究數(shù)據(jù)不足的問(wèn)題，適用于處理精度要求不高的復(fù)雜的社會(huì)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，強(qiáng)調(diào)有條件預(yù)測(cè)，對(duì)預(yù)測(cè)未來(lái)提供新的手段。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)為解決復(fù)雜問(wèn)題提供了新的方法，隨著其理論越來(lái)越成熟，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用從最初研究全球性的發(fā)展戰(zhàn)略的世界動(dòng)力學(xué)模型，到研究國(guó)家政治、經(jīng)濟(jì)、軍事以及對(duì)外關(guān)系的國(guó)家動(dòng)力學(xué)模型，再到研究城市發(fā)展戰(zhàn)略的城市動(dòng)力學(xué)模型，研究特定區(qū)域的發(fā)展戰(zhàn)略的區(qū)域動(dòng)力學(xué)模型，研究工業(yè)企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的工業(yè)動(dòng)力學(xué)模型，研究疾病發(fā)生，發(fā)展及防治策略的醫(yī)療動(dòng)力學(xué)模型等，到目前為止，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的系統(tǒng)論、控制論、信號(hào)論的基礎(chǔ)上，借助信息處理和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在國(guó)內(nèi)外研究復(fù)雜系統(tǒng)隨時(shí)間推移而產(chǎn)生的行為模式上得到了廣泛的應(yīng)用。

三、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展

3.1系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在國(guó)外的發(fā)展

1956年，美國(guó)麻省理工 Forrester教授創(chuàng)立了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（簡(jiǎn)稱SD）方法，并于1958年在《哈弗商業(yè)評(píng)論》上發(fā)表了奠基之作。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在二十世紀(jì)七八十年代獲得迅猛發(fā)展，并且臻至成熟，九十年代至今是廣泛應(yīng)用與傳播階段，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在一系列社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)問(wèn)題的研究中取得了令人矚目的成果。

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在創(chuàng)立之初稱為“工業(yè)動(dòng)力學(xué)”，主要應(yīng)用于企業(yè)管理領(lǐng)域，解決如原材料供應(yīng)、生產(chǎn)、庫(kù)存、銷售、市場(chǎng)等問(wèn)題。1961年出版的《工業(yè)動(dòng)力學(xué)》，是這一時(shí)期的經(jīng)典代表作。20世紀(jì)60年代，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大，其中最著名的是Forrester教授應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)從宏觀層面研究城市的興衰問(wèn)題，并于1969年出版了《城市動(dòng)力學(xué)》。此后，城市動(dòng)力學(xué)模型被Mass，Schroeder等，Alfeld等不斷擴(kuò)展和完善。此外，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)還應(yīng)用與研究人、自然資源、生態(tài)資源、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)相互關(guān)系的模型中，如“捕食者和被捕者”關(guān)系模型、“吸毒和范圍”關(guān)系模型等。顯然，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用范圍已超越“工業(yè)動(dòng)力學(xué)”的范疇，幾乎遍及各類系統(tǒng)，深入各個(gè)領(lǐng)域，因此更名為“系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)”。

1970年，以Mdadows教授為首的美國(guó)國(guó)家研究小組 使用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究世 界模型，并于1972年發(fā)布了世界模型的研究結(jié)果《增長(zhǎng)的極限》。它從人口、工業(yè)、污染、糧食生產(chǎn)和資源消耗等全球因素出發(fā)，建立了全球分析模型，其結(jié)論在世界范圍內(nèi)引起了巨大震動(dòng)，被西方一些媒體稱為“70年代的爆炸性杰作”。此后，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)作為研究復(fù)雜系統(tǒng)的有效方法，被越來(lái)越多的研究人員所采用。

到了20世紀(jì)90年代，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)開始在世界范圍內(nèi)廣泛地傳播和應(yīng)用，獲得了許多新的發(fā)展。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)加強(qiáng)了與控制理論、系統(tǒng)科學(xué)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析、靈敏度分析、參數(shù)估計(jì)、最優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用等方面的聯(lián)系。

許多學(xué)者也紛紛采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法來(lái)研究社會(huì)問(wèn)題，設(shè)計(jì)到項(xiàng)目管理、能源、交通、物流、生態(tài)、環(huán)境、醫(yī)療、財(cái)務(wù)、城市、人口等廣泛的領(lǐng)域。相應(yīng)的研究至今依然層出不窮。3.2系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在中國(guó)的發(fā)展 20世紀(jì)70年代末系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)引入我國(guó)。1986年我國(guó)成立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)學(xué)會(huì)籌委會(huì)，1990年正式成立國(guó)際系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)學(xué)會(huì)中國(guó)分會(huì)，1993年正式成立中國(guó)系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)專業(yè)委員會(huì)。在30多年的時(shí)間里，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)經(jīng)過(guò)諸多學(xué)者的積極倡導(dǎo)和潛心研究，取得了飛躍發(fā)展。至今，國(guó)內(nèi)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域幾乎涉及人類社會(huì)與自然科學(xué)的所有領(lǐng)域。其中，水土資源/環(huán)境/農(nóng)業(yè)/生態(tài)環(huán)境，宏觀/區(qū)域經(jīng)濟(jì)/可持續(xù)發(fā)展/城市規(guī)劃領(lǐng)域，能源/礦藏及其安全領(lǐng)域，物流/供應(yīng)鏈/庫(kù)存領(lǐng)域，企業(yè)/戰(zhàn)略/創(chuàng)新管理領(lǐng)域，金融/財(cái)務(wù)/保險(xiǎn)/信用領(lǐng)域，交通/運(yùn)輸/調(diào)度領(lǐng)域，公共安全/行政管理領(lǐng)域，教育/教學(xué)領(lǐng)域等，是系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用研究最熱門的領(lǐng)域。

四、國(guó)內(nèi)外系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究現(xiàn)狀

4.1系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論研究現(xiàn)狀 基礎(chǔ)理論：反饋理論、控制理論、控制論、信息論、非線性系統(tǒng)理論、大系統(tǒng)理論和正在發(fā)展中的系統(tǒng)學(xué)。技術(shù)理論：（1）系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能、行為的關(guān)系（包括系統(tǒng)的震蕩、非平衡、推按現(xiàn)象的內(nèi)在機(jī)制、主回路判別等）；（2）SD的建模問(wèn)題（包括模型的簡(jiǎn)化、模型階數(shù)降階、模型參數(shù)估計(jì)、通用的模型基本單元、噪聲對(duì)模型的影響、不確定性分析、風(fēng)險(xiǎn)與可靠性分析、混合建模等）；（3）模型的檢驗(yàn)與模型的新信度；（4）SD模型與行為優(yōu)化問(wèn)題（包括政策參數(shù)優(yōu)化、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。系統(tǒng)邊界優(yōu) 化等）；（5）復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)與SD的關(guān)系；（6）SD與系統(tǒng)的復(fù)雜性、復(fù)雜性科學(xué)的理論研究等。

4.2系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法研究現(xiàn)狀 SD的方法論是系統(tǒng)方法論，是將所研究對(duì)象置于系統(tǒng)的形式中加以考察。目前對(duì)于SD方法方面的研究基本集中在見面方法上，如因果與相互關(guān)系回路圖法、流圖法、圖解分析法流率基本入樹建模法、反饋環(huán)計(jì)算法等系統(tǒng)、分析、綜合與推理的方法。

4.3系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用研究現(xiàn)狀 社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)問(wèn)題方面的應(yīng)用：Chin-Huang Lin等（2006）考慮四個(gè)重要的工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)因素（人力資源、技術(shù)、資金、市場(chǎng)流動(dòng)）建立了系統(tǒng)動(dòng)力模型，分析了產(chǎn)業(yè)集群效應(yīng)；徐久平等（2011）集成系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與模糊多變規(guī)劃建立模型（SD-FMOP），采用遺傳算法求解，分析煤炭產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜相互作用，用以輔助政府部門決策；賀彩霞等（2009）利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法的因果反饋你，對(duì)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的特點(diǎn)與原來(lái)進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并解并結(jié)合現(xiàn)代社會(huì)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的特點(diǎn)，建立了符合中國(guó)發(fā)展情況的區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。區(qū)域與城市發(fā)展方面的應(yīng)用：Moonseo Park等（2011）考慮服務(wù)設(shè)施、教育福利、企業(yè)結(jié)構(gòu)、住宅、城市吸引力等五個(gè)因素，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，分析自給自足型城市發(fā)展政策的影響；Cheng Qi（2011）考慮氣候變化，經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人口的增長(zhǎng)和遷移和消費(fèi)者行為模式的相關(guān)因素等建立了城市市政用水預(yù)測(cè)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，以反映水的需求和宏觀經(jīng)濟(jì)環(huán)境之間的內(nèi)在關(guān)系，用樣本估計(jì)長(zhǎng)期在一個(gè)快速發(fā)展的城市地區(qū)的市政供水需求預(yù)測(cè)?？沙掷m(xù)發(fā)展方面的應(yīng)用：Wei Jin等（2009）建立了生態(tài)足跡（EF）系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)，發(fā)展動(dòng)態(tài)的EF預(yù)測(cè)框架，并提供一個(gè)平臺(tái)，以支持改善城市可持續(xù)發(fā)展決策；Qiping Shen等（2009）建立了可持續(xù)的土地利用和香港城市發(fā)展的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，包括人口、經(jīng)濟(jì)、住房、交通和城市開發(fā)的土地五個(gè)子系統(tǒng)，提供了一個(gè)模擬足夠長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)觀察和研究“限制增長(zhǎng)”的模型，觀察對(duì)香港的發(fā)展?jié)摿τ绊懀M結(jié)果直接比較各項(xiàng)政策和決定所帶來(lái)的不同的動(dòng)態(tài)結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)土地可持續(xù)利用的目標(biāo)；宋學(xué)峰、劉耀斌（2006）根據(jù)城市化和生態(tài)環(huán)境耦合內(nèi)涵，在ISM和SD方法的支持下，建立了江蘇省城市化與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模 型，并選取五種典型的耦合發(fā)展模式進(jìn)行情境模擬，得出分階段和分地域的推進(jìn)人口城市化發(fā)展模式和社會(huì)城市化發(fā)展模型，可以實(shí)現(xiàn)該省人口、經(jīng)濟(jì)、城市化和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的目的；侯劍（2010）分析了港口經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的動(dòng)態(tài)機(jī)制，并建立了港口經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，分析模擬了結(jié)果；劉靜華、賈仁安等（2011）通過(guò)對(duì)德邦牧業(yè)實(shí)地發(fā)展進(jìn)行深入分析，創(chuàng)建系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)三步定點(diǎn)賦權(quán)反饋圖的管理對(duì)策生成法。企業(yè)管理、項(xiàng)目管理方面的應(yīng)用。P.E.D.love等（2002）介紹了如何更改（動(dòng)態(tài)的昨天或效果）可能會(huì)影響項(xiàng)目管理系統(tǒng)，采用個(gè)案研究和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的方法，來(lái)觀察影響項(xiàng)目主要性能的因素。Sang Hyun Lee等（2006）介紹了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)規(guī)劃和控制方法（DPM），提出一個(gè)新的建?？蚣?，將系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與基于網(wǎng)絡(luò)的工具結(jié)合，把系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)作為一個(gè)戰(zhàn)略項(xiàng)目管理和基于網(wǎng)絡(luò)的工具；胡斌、章德賓（2006）等從系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)角度研究企業(yè)生命周期變化中不同因素的影響，分析企業(yè)成長(zhǎng)過(guò)程和主要影響之后，建立SD模型，有效模擬了企業(yè)生命周期的演化過(guò)程，為管理者進(jìn)行企業(yè)組織管理提供決策支持；齊麗云（2008）引入系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的相關(guān)概念和理論，對(duì)企業(yè)內(nèi)部的知識(shí)傳播進(jìn)行量化模型構(gòu)建，提出三個(gè)量化模型，模擬得出企業(yè)可以通過(guò)適當(dāng)調(diào)整一些因素得以所期望的知識(shí)接受者的知識(shí)勢(shì)能曲線；蔣春燕（2011）以系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，提出突破這兩種陷阱的路徑：一是通過(guò)知識(shí)存量、企業(yè)特定的不確定性和績(jī)效差距動(dòng)態(tài)結(jié)合探索式與利用式學(xué)習(xí)；二是系統(tǒng)的考察中國(guó)新興企業(yè)兩種重要的資源（社會(huì)資本和企業(yè)家精神）對(duì)探索式與利用式學(xué)習(xí)的動(dòng)態(tài)關(guān)系產(chǎn)生的影響。

五、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究成果

通過(guò)文獻(xiàn)回顧與總結(jié)發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究主要是加強(qiáng)同數(shù)學(xué)、系統(tǒng)學(xué)和控制學(xué)的聯(lián)系，包含應(yīng)用其中的隨即理論、大攝動(dòng)理論、狀態(tài)空間理論、系統(tǒng)辨識(shí)等內(nèi)容。本文主要介紹幾點(diǎn)代表性的結(jié)果。

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)學(xué)與馬爾科夫過(guò)程。近些年來(lái)，許多系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型都可以轉(zhuǎn)化為馬爾科夫過(guò)程模擬，由此，可以充分利用數(shù)學(xué)中對(duì)馬氏過(guò)程較為成熟的研究成果，應(yīng)用到系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型上來(lái)。

使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)來(lái)建立SD模型。SD方法的應(yīng)用，愈來(lái)愈廣泛與復(fù)雜，特別是應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)時(shí)，沒(méi)有一種系統(tǒng)化與規(guī)則化的建模方法，因此造成 許多困難。許多人研究在采用數(shù)學(xué)建模時(shí)，并采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，這樣便增加了建模的準(zhǔn)確性，這方面工作著名的是JR Burns。他采用數(shù)學(xué)中的圖論的方法，結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，得以確定SD模型，并進(jìn)行仿真。

穩(wěn)定性和靈敏度分析。建立模型總希望它有良好的結(jié)構(gòu)和滿意的參數(shù)。靈敏度分析是研究系統(tǒng)的行為模式如何以來(lái)于模型結(jié)構(gòu)、初態(tài)選擇、參數(shù)變化等，對(duì)靈敏度研究多采用計(jì)算機(jī)仿真，基準(zhǔn)軌跡線性化，Monte Carlo、圖論等方法。穩(wěn)定性分析使用了分叉理論或大攝動(dòng)理論，A Brasdhaw和D Daintith用狀態(tài)空間法討論穩(wěn)定性，并且應(yīng)用了線性多變量系統(tǒng)的理論進(jìn)行分析。

參數(shù)辨識(shí)和控制。為了避免模型的不準(zhǔn)確性或錯(cuò)誤，建模過(guò)程常常要對(duì)系統(tǒng)中的參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，J A Sharp和C J Stewart提出用Kalman濾波和軌跡辨識(shí)兩種方法。

有關(guān)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究，還有對(duì)整個(gè)SD模型的評(píng)價(jià)問(wèn)題，仿真的誤差分析，模型可靠性和價(jià)值等方面，這些研究有待進(jìn)一步深入。

六、結(jié)語(yǔ)

為了促進(jìn)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法的深入研究和廣泛應(yīng)用，本文綜述了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的主要研究成果，討論了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法的應(yīng)用方向。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)作為一種系統(tǒng)的科學(xué)分析方法，實(shí)踐證明其在各種領(lǐng)域的應(yīng)用研究效果顯著，在很多領(lǐng)域都具有很高的應(yīng)用價(jià)值。所以要不停的探索和推動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用，使其在科學(xué)研究和人類社會(huì)的發(fā)展中發(fā)揮更大的作用。

文獻(xiàn)綜述： [1] Jack Kie Cheng、Razman Mat Tahar、Chooi-Leng Ang.Understanding the complexity of container terminal operation through the development of system dynamics model[J].International Journal of Shipping and Transport Logistics.2010,2(4):429-443 [2] 賀彩霞、冉茂盛、廖成林,基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)模型[J].管理世界.2009,(3):170-171 [3] 石宏華、高猛、丁德文等,系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)復(fù)雜性及其在海洋生態(tài)學(xué)中的研究進(jìn)展[J].海洋環(huán)境科學(xué).2007,26(6):594-600 [4] 王其潘,系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)[M].北京:清華大學(xué)出版社,1994 [5] 許光清、鄒驥,系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法：原理、特點(diǎn)與最新進(jìn)展[J],哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版）.2006,8(4):72-77 [6] 張力菠、方志耕.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)及其應(yīng)用研究中的幾個(gè)問(wèn)題[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版）.2008,10(3):43-48 [7] 鐘永光、錢穎、于慶東等,系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展歷程與未來(lái)發(fā)展方向[J],河南科技大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版.2006,27(4):101-105

第三篇：非布司他片人體藥代動(dòng)力學(xué)研究介紹

非布司他片人體藥代動(dòng)力學(xué)研究介紹

歡迎您自愿參加非布司他片人體藥代動(dòng)力學(xué)研究，并對(duì)您的為科學(xué)獻(xiàn)身的精神表示衷心感謝。非布司他片人體藥代動(dòng)力學(xué)研究已經(jīng)國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)，凡自愿參加者，可在知情后選擇參加與否。在決定是否參加之前，您必須了解本研究的目的、所要評(píng)估的藥物可能給您帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)、研究過(guò)程中期望您做的事情以及您作為志愿受試者的權(quán)益，我們希望您能認(rèn)真閱讀以下內(nèi)容，使您對(duì)本研究有進(jìn)一步的了解。

一、研究目的

本試驗(yàn)對(duì)江蘇××醫(yī)藥股份有限公司生產(chǎn)的非布司他片進(jìn)行人體藥代動(dòng)力學(xué)研究，為該藥的申報(bào)及臨床應(yīng)用提供依據(jù)。

二、藥物介紹

痛風(fēng)的發(fā)生是由于體內(nèi)產(chǎn)生尿酸過(guò)多及腎臟清除能力下降，尿酸體內(nèi)蓄積，導(dǎo)致尿酸鹽結(jié)晶在關(guān)節(jié)及各臟器沉積。因此，痛風(fēng)的治療通常采取的手段是：促進(jìn)尿酸排泄和抑制尿酸生成，并采用適當(dāng)措施改善相關(guān)癥狀。體內(nèi)尿酸的生成與嘌呤代謝有關(guān)，在嘌呤代謝的最后步驟中，次黃嘌呤在黃嘌呤氧化酶（Xanthine Oxidase，XO）的作用下生成黃嘌呤，再進(jìn)一步生成尿酸，抑制XO的活性可以有效的減少尿酸的生成。別嘌呤醇是最常用的XO抑制劑，平均劑量為300mg·d-1，盡管根據(jù)血清尿酸鹽及肌酐清除率，其推薦劑量為100~800mg·d-1。別嘌呤醇的副作用盡管少見，但在腎功能不全患者可能嚴(yán)重或致命且多發(fā)。

非布司他（febuxostat）為新一代口服XO抑制劑，它通過(guò)抑制氧化型及還原型XO，抑制次黃嘌呤生成黃嘌呤，從而抑制尿酸形成。其對(duì)涉及嘌呤和嘧啶代謝的其他酶類作用甚微，主要經(jīng)與葡萄糖醛酸結(jié)合和在肝臟氧化代謝。臨床上用于治療尿酸過(guò)高癥（痛風(fēng)）。日本帝人公司于04年年初在日本申請(qǐng)上市，年底在美國(guó)申請(qǐng)上市，其合作伙伴Ipsen公司在歐州申請(qǐng)上市。2008年5月5日Ipsen公司的febuxostat獲歐盟批準(zhǔn)在法國(guó)上市。2009年2月獲美國(guó)FDA批準(zhǔn)上市。

三、研究方法

藥物制劑要產(chǎn)生最佳療效，其藥物活性成分應(yīng)當(dāng)在預(yù)期時(shí)間段內(nèi)釋放吸收并被轉(zhuǎn)運(yùn)到作用部位達(dá)到預(yù)期的有效濃度。大多數(shù)藥物是進(jìn)入血液循環(huán)后產(chǎn)生全身治療效果的，作用部位的藥物濃度和血液中藥物濃度存在一定的比例關(guān)系，因此可以通過(guò)測(cè)定血液循環(huán)中的藥物濃度間接預(yù)測(cè)藥物制劑的臨床治療效果，以評(píng)價(jià)制劑的質(zhì)量。

非布司他藥動(dòng)學(xué)分兩部分。研究一：

本項(xiàng)研究采取口服給藥方法，擬入組健康受試者9例，5男4女，采用1制劑3劑量（分別服用非布司他片40mg、80mg和120mg）3周期隨機(jī)交叉自身對(duì)照試驗(yàn)設(shè)計(jì)，受試者隨機(jī)分成3組，各組分別在不同周期服用不同劑量，自身對(duì)照，每個(gè)周期間的清洗期約為9天，如表1所示。

表1 健康受試者給藥周期設(shè)置

給藥周期

受試者分組

第一周期

甲組(3人)乙組(3人)丙組(3人)

40mg 80mg 120mg

第二周期 80mg 120mg 40mg

第三周期 120mg 40mg 80mg 每個(gè)周期于第1天給藥后即按照預(yù)設(shè)的時(shí)間點(diǎn)采血至第3天早上（48h），時(shí)間點(diǎn)為：給藥前（0h）及給藥后0.25h、0.5h、1h、1.5h、2h、3h、4h、6h、8h、10h、12h、16h、24h、36h、48h共16個(gè)時(shí)間點(diǎn)取靜脈血5ml，將此全血置于肝素抗凝的試管中，分離血漿-70℃保存，作為單次給藥藥動(dòng)學(xué)研究的數(shù)據(jù)。同時(shí)第4~9天每天均在早上同樣時(shí)間服藥，并且在第7~8天（-48h，-24h）早上服藥前采血，第9天早上服藥再按照預(yù)設(shè)的時(shí)間點(diǎn)0h、0.25h、0.5h、1h、1.5h、2h、3h、4h、6h、8h、10h、12h、16h、24h、36h、48h共16個(gè)時(shí)間點(diǎn)取靜脈血5ml，將此全血置于肝素抗凝的試管中，分離血漿-70℃保存，作為多次給藥藥動(dòng)學(xué)研究的數(shù)據(jù)。三個(gè)劑量組中120mg組僅做單次給藥，不做多次給藥。故受試者所在組別若在給藥周期中處于120mg劑量組，那么在給藥48h取血結(jié)束后不再給藥以及血樣采集，僅做不良事件觀察。本次試驗(yàn)需要在給藥前一天（-1d）早上入住浙醫(yī)一院I期臨床病房，第-1天（-24h，-18h，-12h）三個(gè)時(shí)間需要各抽血5mL。同時(shí)給藥的第1天和第9天均需要住在醫(yī)院直到第二天早上，第-1天，第1天，第9天還要收集0-6，6-12，12-24h尿液。

研究二：

本項(xiàng)研究也采取口服給藥方法，擬入組健康受試者10例，男、女各半，采用隨機(jī)雙周期交叉設(shè)計(jì)。受試者隨機(jī)分成2組，試驗(yàn)前12 h吃清淡晚餐后禁食，分別在試驗(yàn)當(dāng)日清晨空腹口服非布司他片和統(tǒng)一進(jìn)高脂早餐后口服非布司他片，劑量均為80mg，用250 mL溫開水送服，2h后可以飲水，4 h后兩組進(jìn)統(tǒng)一午餐。兩周期間隔一周的清洗期。給藥時(shí)間點(diǎn)預(yù)設(shè)為：給藥前（0h）及給藥后0.25h、0.5h、1h、1.5h、2h、3h、4h、6h、8h、10h、12h、16h、24h、36h、48h共16個(gè)時(shí)間點(diǎn)取靜脈血。

四、可能的不良反應(yīng)

治療相關(guān)事件（不良藥物反應(yīng)）主要為輕或中度。最常報(bào)道的不良藥物反應(yīng)是肝功能異常（3.5%）、腹瀉（2.7%）、頭痛（1.8%）、惡心（1.7%）、皮疹（1.5%）。在這些患者中的危險(xiǎn)因子是動(dòng)脈粥樣硬化疾病和/或心肌梗塞、或充血性心力衰竭的醫(yī)療史。治療組中發(fā)生的可能與藥物相關(guān)的不良反應(yīng)如下：

常見（≥1/100~<1/10）：頭痛、腹瀉、嘔吐、皮疹、肝功能異常；

不常見（≥1/1000~<1/100）：血液淀粉酶增加、血小板計(jì)數(shù)減少、血液肌酐增加、血紅蛋白減少、血尿素增加、LDH增加、甘油三酯增加、頭暈、感覺(jué)異常、嗜睡、味覺(jué)改變、腹痛、胃-食道反流疾病、嘔吐、口干、消化不良、便秘、大便頻繁、胃腸脹氣、胃腸不適、腎結(jié)石、血尿、尿頻、皮炎、蕁麻疹、瘙癢、關(guān)節(jié)痛、關(guān)節(jié)炎、肌痛、肌肉痛性痙攣、肌肉骨骼痛、體重增加、開胃、高血壓、面紅、熱潮紅、疲勞、水腫、流感樣癥狀、性欲下降；

罕見（≥1/10000~<1/1000）：心悸、腎機(jī)能不全、虛弱、口渴、神經(jīng)過(guò)敏、失眠。其中腹瀉、惡心和嘔吐在同時(shí)使用秋水仙堿治療的患者中更常見。在臨床研究中沒(méi)有嚴(yán)重的風(fēng)疹或嚴(yán)重的過(guò)敏反應(yīng)被記錄。

五、退出研究的方法

雖然您當(dāng)時(shí)經(jīng)充分的時(shí)間考慮，我們也非常愿望你能堅(jiān)持參加完整個(gè)研究，但試驗(yàn)中您仍有權(quán)決定不參加本次研究，也有權(quán)隨時(shí)退出，而不會(huì)受到任何歧視或報(bào)復(fù)。您準(zhǔn)備退出的時(shí)候，必須及時(shí)告訴您的研究者，研究者將會(huì)解釋您退出本項(xiàng)研究的最合適的方法。

六、補(bǔ)助與補(bǔ)償

參加非布司他片人體藥代動(dòng)力學(xué)研究的志愿者，完全自愿參加，同時(shí)有權(quán)隨時(shí)退出本次試驗(yàn)，試驗(yàn)用藥物由申辦者江蘇××醫(yī)藥股份有限公司免費(fèi)提供。志愿者藥代動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)將對(duì)該藥的上市提供可靠的依據(jù)。申辦者根據(jù)具體情況對(duì)志愿者提供一定的營(yíng)養(yǎng)費(fèi)補(bǔ)助。

盡管該藥一般安全性較好，但任何藥物都有可能出現(xiàn)目前很難預(yù)料的不良事件。一旦發(fā)生不良反應(yīng)，研究者將給予積極地治療。本次研究中若發(fā)生經(jīng)有關(guān)部門確認(rèn)與本試驗(yàn)藥物有關(guān)的并對(duì)受試者造成損害的不良反應(yīng)，申辦者將承擔(dān)相應(yīng)醫(yī)療費(fèi)用及補(bǔ)償。

七、注意事項(xiàng)

為保證試驗(yàn)的科學(xué)、準(zhǔn)確，所有志愿者都應(yīng)遵守有關(guān)規(guī)定，在研究期間的四周內(nèi)，不服用試驗(yàn)藥物以外的其他任何藥物（若確因疾病需要服藥者，應(yīng)及時(shí)告知并作退出處理），在試驗(yàn)期間要禁止高嘌呤飲食（包括包括：動(dòng)物胰臟、腦、肝臟、鳳尾魚、肉湯、牛肉、牛腎、牛舌、沙丁魚、鯉魚、鱈 魚、比目魚、鱸魚、梭魚、鯖魚、鰻魚、鱔魚、豬肉、羊肉、兔肉、鹿肉、貝殼類、雞湯、鴨、鵝、鴿、鵪鶉、野雞、火雞、火鍋、啤酒、豆制品等），不吃高油脂飲食，不喝酒，不飲用咖啡、茶、可樂(lè)等含茶堿飲料，不過(guò)度疲勞，不參與比較激烈的體育活動(dòng)如足球、籃球、游泳等等，以保證在整個(gè)服藥試驗(yàn)期間人體身體狀況恒定，減少試驗(yàn)誤差。為保證試驗(yàn)程序完善運(yùn)行，在服藥和抽血試驗(yàn)期間，服從安排，不遲到，不早退。每次試驗(yàn)前一晚必須保證空腹10小時(shí)以上。

八、保密

本研究已經(jīng)本院國(guó)家藥品臨床研究基地倫理委員會(huì)批準(zhǔn)同意。您與本研究的相關(guān)資料都將得到嚴(yán)格的保密及進(jìn)行嚴(yán)格可信的處理。您的所有資料歸申辦者及研究者所有，申辦者及研究者保護(hù)您的隱私權(quán)，但在有關(guān)部門需要時(shí)，有使用這些資料的權(quán)利。

聯(lián)系電話：87236537、87214223 聯(lián)系人：申屠建中、劉健

第四篇：國(guó)內(nèi)外系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究綜述

綜 述

——系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究現(xiàn)狀

摘要：

回顧了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷程,特別是對(duì)20世紀(jì)90年代以來(lái),系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在宏觀領(lǐng)域、項(xiàng)目管理領(lǐng)域、學(xué)習(xí)型組織領(lǐng)域、物流與供應(yīng)鏈領(lǐng)域所取得的成果進(jìn)行了綜述。最后指出了在基于主體的建模,心智模型、制訂動(dòng)態(tài)決策與學(xué)習(xí),組織和社會(huì)的進(jìn)化等理論領(lǐng)域和模擬軟件等技術(shù)領(lǐng)域系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)未來(lái)面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展方向。

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究的文獻(xiàn)進(jìn)行梳理，明確系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論研究、方法研究以及應(yīng)用研究的研究體系，并在此基礎(chǔ)上指出系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究趨勢(shì)。為促進(jìn)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法的廣泛應(yīng)用和深入研究，綜述了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用的主要研究成果，討論了未來(lái)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法的應(yīng)用方向。

首先評(píng)述了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在國(guó)外的發(fā)展歷程及應(yīng)用情況;然后從預(yù)測(cè)、管理、優(yōu)化與控制3個(gè)方面對(duì)國(guó)內(nèi)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用研究現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)述，并著重從裝備規(guī)模優(yōu)化與控制、裝備保障過(guò)程控制、裝備全壽命費(fèi)用管理與控制、作戰(zhàn)效能分析與評(píng)估、作戰(zhàn)行動(dòng)指揮模擬等方面，分析了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法在我國(guó)軍事、武器和戰(zhàn)略領(lǐng)域的應(yīng)用研究情況;最后指出分析裝備價(jià)格及其特性之間的內(nèi)在關(guān)系等是未來(lái)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法的應(yīng)用方向，探討了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法在壽命周期費(fèi)用技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、研究體系、研究綜述、應(yīng)用現(xiàn)狀 引言

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自創(chuàng)立以來(lái)，其理論、方法和工具不斷完善，應(yīng)用方向日益擴(kuò)展，在處理工業(yè)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、環(huán)境、能源、管理、農(nóng)業(yè)、軍事等諸多人類社會(huì)復(fù)雜問(wèn)題中發(fā)揮了重要作用。隨著現(xiàn)代社會(huì)復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)性、多變性等問(wèn)題的逐步加劇，更加需要像系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)這樣的方法，綜合系統(tǒng)論、控制論、信息論等，并與經(jīng)濟(jì)學(xué)交叉，使人們清晰認(rèn)識(shí)和深入處理產(chǎn)生于現(xiàn)代社會(huì)的非線性和時(shí)變現(xiàn)象，作出長(zhǎng)期的、動(dòng)態(tài)的、戰(zhàn)略性的分析與研究［1］。這為系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方的進(jìn)一步發(fā)展提供了廣闊的平臺(tái)，也為深入研究系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用提供了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

為此，本文從系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用研究現(xiàn)狀入手，通過(guò)總結(jié)和分析當(dāng)前系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用情況，探尋系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)未來(lái)的應(yīng)用前景和方向，希望能促進(jìn)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法在現(xiàn)代社會(huì)中的廣泛應(yīng)用。

一、國(guó)內(nèi)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)70年代末系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)引入我國(guó)。1986年國(guó)內(nèi)成立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)學(xué)會(huì)籌委會(huì)，1990年正式成立國(guó)際系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)學(xué)會(huì)中國(guó)分會(huì)，1993 年正式成立中國(guó)系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)專業(yè)委員會(huì)。在30多年時(shí)間里，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)經(jīng)過(guò)楊通誼先生、王其藩教授、許慶瑞教授和胡玉奎、陶在樸、賈仁安等一代代專家學(xué)者的積極倡導(dǎo)和潛心研究，取得了飛躍發(fā)展。

至今，國(guó)內(nèi)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域幾乎涉及人類社會(huì)與自然科學(xué)的所有領(lǐng)域。其中，水土資源、農(nóng)林、生態(tài)領(lǐng)域，宏觀、區(qū)域經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展、城市規(guī)劃領(lǐng)域，能源、礦藏及其安全領(lǐng)域，物流、供應(yīng)鏈、庫(kù)存領(lǐng)域，企業(yè)、戰(zhàn)略、創(chuàng)新管理領(lǐng)域，金融、財(cái)務(wù)、保險(xiǎn)、信用領(lǐng)域，交通、運(yùn)輸、調(diào)度領(lǐng)域，服務(wù)、營(yíng)銷、客戶關(guān)系領(lǐng)域，軍事、武器、戰(zhàn)略領(lǐng)域，公共安全、行政管理領(lǐng)域，教育、教學(xué)領(lǐng)域等，是系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用研究最熱門的領(lǐng)域。

通過(guò)文獻(xiàn)分析，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在眾多研究領(lǐng)域中得到應(yīng)用，其主要作用可歸納為預(yù)測(cè)、管理、優(yōu)化與控制等。①．應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行預(yù)測(cè)研究系統(tǒng)動(dòng)力

學(xué)方法主要依據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部諸因素之間形成的各種反饋環(huán)進(jìn)行建模，同時(shí)搜集與系統(tǒng)行為有關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，作出預(yù)測(cè)。它具有優(yōu)于回歸預(yù)測(cè)、線性規(guī)劃等方法的特點(diǎn)，既可以進(jìn)行時(shí)間上的動(dòng)態(tài)分析，又可以進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)各因素之間的協(xié)調(diào)。如對(duì)某個(gè)城市的水資源承載能力進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，必然涉及社會(huì)領(lǐng)域、技術(shù)領(lǐng)域、生態(tài)領(lǐng)域和地球資源領(lǐng)域，其因果關(guān)系十分復(fù)雜。應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)可以展現(xiàn)水資源系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為，進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

當(dāng)前，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在生態(tài)系統(tǒng)變化和可持續(xù)發(fā)展預(yù)測(cè)研究中應(yīng)用甚廣，如海洋、湖泊、城市、農(nóng)村等生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展預(yù)測(cè)，土地資源、水資源承載能力預(yù)測(cè)等。除此之外，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法還在人口數(shù)量預(yù)測(cè)、石油價(jià)格與需求預(yù)測(cè)、住宅市場(chǎng)價(jià)格預(yù)測(cè)、電力需求與價(jià)格預(yù)測(cè)、客流量預(yù)測(cè)、港口經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)、糧食需求預(yù)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)、生命周期預(yù)測(cè)等方面得到廣泛應(yīng)用。②．應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行政策管理研究使用 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法對(duì)系統(tǒng)未來(lái)的行為進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，得到系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)和方向，并對(duì)此提出相應(yīng)的管理方法和措施，使管理決策更加科學(xué)和行之有效。從現(xiàn)有文獻(xiàn)看，這一方面的應(yīng)用研究在供應(yīng)鏈管理、企業(yè)管理和項(xiàng)目管理方面居多。同時(shí)，在財(cái)務(wù)管理、維修管理、體制改革管理、物業(yè)管理、投資決策管理、技術(shù)傳播管理、煤炭安全管理等方面也有其應(yīng)用。

③．應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行優(yōu)化與控制研究

系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化與控制是系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法最重要的作用之一，也是應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究的最終目的。影響系統(tǒng)運(yùn)行和發(fā)展的因素眾多，也很復(fù)雜，而且時(shí)變。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)從動(dòng)態(tài)的角度出發(fā)，構(gòu)建系統(tǒng)模型，展示和把握系統(tǒng)變化發(fā)展的規(guī)律，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和控制。在系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用研究涉及的眾多領(lǐng)域中，以庫(kù)存控制和規(guī)模優(yōu)化最為廣泛。在資源利用、城市發(fā)展、交通規(guī)劃、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、價(jià)格控制等方面的應(yīng)用也較常見。此外，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在軍事、武器和戰(zhàn)略領(lǐng)域中優(yōu)化與控制的相關(guān)應(yīng)用逐漸上升，受到許多專家學(xué)者的關(guān)注，以下將對(duì)此進(jìn)行專門介紹。

二、國(guó)外系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用研究現(xiàn)狀

1.社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)問(wèn)題方面：考慮四個(gè)重要的工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力因素（人力資源、技術(shù)、資金、市場(chǎng)流動(dòng)）建立了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，分析了產(chǎn)業(yè)集群效應(yīng)；集成系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與模糊多目標(biāo)規(guī)劃建立模型，采用遺傳算法求解，分析煤炭產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜相互作用，用以輔助政府部門決策利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法的因果反饋特點(diǎn)，對(duì)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展 模式的特點(diǎn)與原理進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并結(jié)合現(xiàn)代社會(huì)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的特點(diǎn)，建立了符合中國(guó)發(fā)展情況的區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。

2.區(qū)域與城市發(fā)展方面：考慮服務(wù)服務(wù)設(shè)施、教育福利、企業(yè)結(jié)構(gòu)、住宅、城市吸引力等五個(gè)因素，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，分析自給自足型城市的發(fā)展政策，以幫助政府部門決策者評(píng)估各種自給自足的城市發(fā)展政策的影響；考慮氣候變化，經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人口的增長(zhǎng)和遷移，和消費(fèi)者行為模式的相關(guān)因素等建立了城市市政用水預(yù)測(cè)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，以反映水的需求和宏觀經(jīng)濟(jì)環(huán)境之間的內(nèi)在關(guān)系，用樣本估計(jì)長(zhǎng)期在一個(gè)快速發(fā)展的城市地區(qū)的市政供水需求預(yù)測(cè)。

3.可持續(xù)發(fā)展方面：建立了生態(tài)足跡系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)，發(fā)展動(dòng)態(tài)的預(yù)測(cè)框架，并提供一個(gè)平臺(tái)，以支持改善城市可持續(xù)發(fā)展決策；建立了可持續(xù)的土地利用和香港城市發(fā)展的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，包括人口、經(jīng)濟(jì)、住房、交通和城市開發(fā)的土地五個(gè)子系統(tǒng)，提供了一個(gè)模擬足夠長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)觀察和研究的“限制增長(zhǎng)”的模型，觀察對(duì)香港的發(fā)展?jié)摿τ绊懀M結(jié)果直接比較各項(xiàng)政策和決定所帶來(lái)的不同的動(dòng)態(tài)后果，從而實(shí)現(xiàn)土地可持續(xù)利用的目標(biāo)。

4.企業(yè)管理、項(xiàng)目管理方面：介紹了如何更改（動(dòng)態(tài)的作用或效果）可能會(huì)影響項(xiàng)目管理系

統(tǒng)，采用個(gè)案研究和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的方法，來(lái)觀察影響項(xiàng)目主要 性能的因素[16]。SangHyun Lee 等（2006）介紹了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)規(guī) 劃和控制方法（DPM），提出一個(gè)新的建?？蚣埽瑢⑾到y(tǒng)動(dòng)力學(xué) 與基于網(wǎng)絡(luò)的工具結(jié)合，把系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)作為一個(gè)戰(zhàn)略項(xiàng)目管 理和基于網(wǎng)絡(luò)的工具[17]；胡斌、章德賓（2006）等從系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 角度研究企業(yè)生命周期變化中不同因素的影響，分析企業(yè)成 長(zhǎng)過(guò)程和主要影響之后，建立SD 模型，有效模擬了企業(yè)生命 周期的演化過(guò)程，為管理者進(jìn)行企業(yè)組織管理提供決策支 持[18]；齊麗云等（2008）引入系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的相關(guān)概念和理論，對(duì) 企業(yè)內(nèi)部的知識(shí)傳播進(jìn)行量化模型構(gòu)建，提出三個(gè)量化模型，模擬得出企業(yè)可以通過(guò)適當(dāng)調(diào)整一些因素得到所期望的知識(shí) 接收者的知識(shí)勢(shì)能曲線[19]；蔣春燕（2011）以系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)為基 礎(chǔ)，提出突破這兩種陷阱的路徑：一是通過(guò)知識(shí)存量、企業(yè)特 定的不確定性和績(jī)效差距動(dòng)態(tài)結(jié)合探索式與利用式學(xué)習(xí)；二 是系統(tǒng)地考慮中國(guó)新興企業(yè)兩種重要的資源（社會(huì)資本和公司 企業(yè)家精神）對(duì)探索式與利用式學(xué)習(xí)的動(dòng)態(tài)關(guān)系產(chǎn)生的影響[20]。

三、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的未來(lái)

①在理論領(lǐng)域：系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型是基于非線性動(dòng)力學(xué)理論的，非線性動(dòng)力學(xué)曾經(jīng)是一個(gè)未知領(lǐng)域，而現(xiàn)在卻有一個(gè)龐大的理論體系來(lái)描繪各種局部或整體的復(fù)雜非線性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化。然而，非線性動(dòng)力學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)還需要進(jìn)行深入研究。包括非線性動(dòng)力學(xué)與復(fù)雜系統(tǒng)，基于主體的建模，心智模型、制訂動(dòng)態(tài)決策與學(xué)習(xí)，組織和社會(huì)的進(jìn)化等。

②在技術(shù)領(lǐng)域：將來(lái)模擬軟件的工具應(yīng)具有以下功能：自動(dòng)確定變量空間，自動(dòng)進(jìn)行靈敏度分析，自動(dòng)進(jìn)行極端條件測(cè)試，自動(dòng)的交互的變量估計(jì)、校準(zhǔn)與政策尋優(yōu)，自動(dòng)識(shí)別主導(dǎo)回路與反饋結(jié)構(gòu)等。

此外，對(duì)我國(guó)學(xué)者而言，尚未發(fā)現(xiàn)對(duì)所建立模型的跟蹤研究, 也就是說(shuō)，這些模型都是一次性使用，因此，有待于對(duì)一些實(shí)際效果較好的模型進(jìn)行二次開發(fā)。特別需要指出的是，從現(xiàn)有文獻(xiàn)來(lái)看，目前缺乏適用于我國(guó)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模的共性結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)性研究工作，而這方面的工作對(duì)有效構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展政策有重要意義。結(jié)束語(yǔ)

就目前的應(yīng)用研究狀況看，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用研究已經(jīng)非常廣泛，但仍有許多問(wèn)題有待于進(jìn)一步解決。未來(lái)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)存在更加寬廣的應(yīng)用空間。

例如對(duì)于某一裝備，其定價(jià)除了受市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的影響外，必然還受到裝備自身各種特性的影響，而裝備研制費(fèi)投入的多少也會(huì)影響裝備的特性。因此，可用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)對(duì)影響裝備價(jià)格組成的特性和由特性決定的價(jià)格進(jìn)行系統(tǒng)分析，找出系統(tǒng)的反饋環(huán)，掌握裝備價(jià)格與其特性的內(nèi)在關(guān)系，使裝備定價(jià)更加公平合理。

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)適用于處理數(shù)據(jù)不足的問(wèn)題。其相關(guān)建模中常會(huì)遇到數(shù)據(jù)不足或某些數(shù)據(jù)難以量化的問(wèn)題。由于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的結(jié)構(gòu)是以反饋環(huán)為基礎(chǔ)，多重反饋環(huán)的存在使系統(tǒng)行為模式對(duì)大多數(shù)參數(shù)不敏感。即使個(gè)別數(shù)據(jù)缺乏，系統(tǒng)行為在誤差范圍內(nèi)仍可顯示相同的模式。

為了促進(jìn)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法的深入研究和廣泛應(yīng)用，本文綜述了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用的主要研究成果，討論了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法的應(yīng)用方向。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)作為一種系統(tǒng)的科學(xué)分析方法，實(shí)踐證明其在各種領(lǐng)域的應(yīng)用研究效果顯著，在很多領(lǐng)域都具有很高的應(yīng)用價(jià)值。所以要不停地探索和推動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用，使其在科學(xué)研究和人類社會(huì)的發(fā)展中發(fā)揮更大的作用。

第五篇：化學(xué)動(dòng)力學(xué)的研究與應(yīng)用

化學(xué)動(dòng)力學(xué)的研究及其應(yīng)用

1110712 胡景皓

摘要: 化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究的對(duì)象包括化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的條件（溫度、壓強(qiáng)、濃度、介質(zhì)）對(duì)化學(xué)過(guò)程速率的影響，反應(yīng)的歷程（反應(yīng)機(jī)理），物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與化學(xué)反應(yīng)能力之間的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：放射性測(cè)定，蛻變速率，半衰期，放射性同位素

1.化學(xué)動(dòng)力學(xué)的研究領(lǐng)域

化學(xué)動(dòng)力學(xué)作為物理化學(xué)學(xué)科的一個(gè)分支已有很久的歷史,并概括為研究化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理與速率的科學(xué)?；瘜W(xué)動(dòng)力學(xué)的發(fā)展經(jīng)歷了從現(xiàn)象的觀察到理論的分析,從宏觀的測(cè)量到微觀的探索,因而它又分為宏觀化學(xué)動(dòng)力學(xué)和微觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué),后者又稱分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。1928年M.Polanyi研究Na_2+Cl_2反應(yīng)的機(jī)理,相繼建立了多維勢(shì)能面來(lái)研究反應(yīng)的進(jìn)程,被譽(yù)為微觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)誕生的里程碑。七十年代以來(lái),分子束和激光技術(shù)的發(fā)展并在動(dòng)力學(xué)研究中廣泛應(yīng)用,促使反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究得到長(zhǎng)足進(jìn)步。1986年諾貝爾化等獎(jiǎng)授予這個(gè)領(lǐng)域的三位著名化學(xué)家D.R.Herschbach,Y.T.Lee和J.C.Polanyi,標(biāo)志著化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的重要性,以及目前已經(jīng)取得的進(jìn)展和達(dá)到的水平。

2.化學(xué)動(dòng)力學(xué)的研究方法

2.1.唯象動(dòng)力學(xué)研究方法

也稱經(jīng)典化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究方法，它是從化學(xué)動(dòng)力學(xué)的原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)──濃度c與時(shí)間t的關(guān)系──出發(fā)，經(jīng)過(guò)分析獲得某些反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)──反應(yīng)速率常2 數(shù) k、活化能Ea、指前因子A。用這些參數(shù)可以表征反應(yīng)體系的速率特征，常用的關(guān)系式有：

式中r為反應(yīng)速率；A、B、C、D為各物質(zhì)的濃度；α、β、γ、δ稱為相對(duì)于物質(zhì)A、B、C、D的級(jí)數(shù)；R為氣體常數(shù)；T 為熱力學(xué)溫度。

化學(xué)動(dòng)力學(xué)參數(shù)是探討反應(yīng)機(jī)理的有效數(shù)據(jù)。20世紀(jì)前半葉，大量的研究工作都是對(duì)這些參數(shù)的測(cè)定、理論分析以及利用參數(shù)來(lái)研究反應(yīng)機(jī)理。但是，反應(yīng)機(jī)理的確認(rèn)主要依賴于檢出和分析反應(yīng)中間物的能力。20世紀(jì)后期，自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)動(dòng)力學(xué)研究的普遍開展，給化學(xué)動(dòng)力學(xué)帶來(lái)兩個(gè)發(fā)展趨向：一是對(duì)元反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的廣泛研究；二是迫切要求建立檢測(cè)活性中間物的方法，這個(gè)要求和電子學(xué)、激光技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了快速反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的發(fā)展。對(duì)暫態(tài)活性中間物檢測(cè)的時(shí)間分辨率已從50年代的毫秒級(jí)變?yōu)槠っ爰?jí)。

2．1.1分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究方法

從微觀的分子水平來(lái)看，一個(gè)元化學(xué)反應(yīng)是具有一定量子態(tài)的反應(yīng)物分子間的互相碰撞，進(jìn)行原子重排，產(chǎn)生一定量子態(tài)的產(chǎn)物分子以至互相分離的單次反應(yīng)碰撞行為。用過(guò)渡態(tài)理論解釋，它是在反應(yīng)體系的超勢(shì)能面上一個(gè)代表體系的質(zhì)點(diǎn)越過(guò)反應(yīng)勢(shì)壘的一次行為。原則上，如果能從量子化學(xué)理論計(jì)算出反應(yīng)體系的正確的勢(shì)能面，并應(yīng)用力學(xué)定律計(jì)算具有代表性的點(diǎn)在其上的運(yùn)動(dòng)軌跡，就能計(jì)算反應(yīng)速率和化學(xué)動(dòng)力學(xué)的參數(shù)。3

分子勢(shì)能面

但是，除了少數(shù)很簡(jiǎn)單的化學(xué)反應(yīng)以外，量子化學(xué)的計(jì)算至今還不能得到反應(yīng)體系的可靠的完整的勢(shì)能面。因此，現(xiàn)行的反應(yīng)速率理論(如雙分子反應(yīng)碰撞理論、過(guò)渡態(tài)理論)仍不得不借用經(jīng)典統(tǒng)計(jì)力學(xué)的處理方法。這樣的處理必須作出某種形式的平衡假設(shè)，因而使這些速率理論不適用于非?？斓姆磻?yīng)。盡管對(duì)平衡假設(shè)的適用性研究已經(jīng)很多，但完全用非平衡態(tài)理論處理反應(yīng)速率問(wèn)題尚不成熟。

在60年代，對(duì)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分子水平的實(shí)驗(yàn)研究還難以做到。經(jīng)典的化學(xué)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)方法不能制備單一量子態(tài)的反應(yīng)物，也不能檢測(cè)由單次反應(yīng)碰撞所產(chǎn)生的初生態(tài)產(chǎn)物。分子束(即分子散射)，特別是交叉分子束方法對(duì)研究化學(xué)元反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用，使在實(shí)驗(yàn)上研究單次反應(yīng)碰撞成為可能。分子束實(shí)驗(yàn)已經(jīng)獲得了許多經(jīng)典化學(xué)動(dòng)力學(xué)無(wú)法取得的關(guān)于化學(xué)元反應(yīng)的微觀信息，分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是現(xiàn)代化學(xué)動(dòng)力學(xué)的一個(gè)前沿陣地。4 它應(yīng)用現(xiàn)代物理化學(xué)的先進(jìn)分析方法，在原子、分子的層次上研究不同狀態(tài)下和不同分子體系中單分子的基元化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，反應(yīng)過(guò)程和反應(yīng)機(jī)理。它從分子的微觀層次出發(fā)研究基元反應(yīng)過(guò)程的速率和機(jī)理，著重于從分子的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)和分子因碰撞而引起的相互作用來(lái)觀察化學(xué)基元過(guò)程的動(dòng)態(tài)學(xué)行為。中科院大連化學(xué)物理研究所分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在這方面研究有突出的貢獻(xiàn)。

3.化學(xué)動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用

化學(xué)動(dòng)力學(xué)是一個(gè)應(yīng)用非常廣泛的科學(xué)領(lǐng)域，如何較準(zhǔn)確地測(cè)定考古挖掘物的年代，是考古學(xué)家們需要解決的重要課題。自20世紀(jì)中葉以來(lái)，科學(xué)家用先進(jìn)技術(shù)解決了這一問(wèn)題，即用放射性碳測(cè)定年代的技術(shù)。

碳的同位素主要是穩(wěn)定同位素12C，13C及具有放射性的14C。

地球上的大氣永恒地承受著穿透能力極強(qiáng)的宇宙線照射。這些射線來(lái)自于外層空間，它是由電子、中子和原子核組成的。大氣與宇宙線間的重要反心之一是中子被大氣中的氮-14捕獲產(chǎn)生了放射性的碳-14和氫：

14711N?0n???146C?1H

放射性的碳原子最終生成了14CO2，它與普通的二氧化碳12CO2（12C在自然界的豐度占碳總量的98.89%）在空氣中混合。同位素碳-14蛻變放射出粒子（電子），其蛻變速率由每秒放射出的電子數(shù)來(lái)測(cè)定。蛻變?yōu)橐患?jí)反應(yīng)，其速率方程式為：v?kN

K為一級(jí)反應(yīng)速率系數(shù)；N為所存在的14C核的數(shù)目。蛻變的半衰期為5.730.6933×103年 k=5.73?10a=1.21×10-4a-1

當(dāng)植物進(jìn)行光合作用吸收了CO2的時(shí)候，C同位素進(jìn)入了生物圈。動(dòng)物吃了植物，在新陳代謝中，又以CO2的形式呼出碳-14.因而導(dǎo)致碳-14以多種形式參與了碳在自然界中的循環(huán)。因反射蛻變減少了的14C又不斷地被大氣中新產(chǎn)生的1

414C補(bǔ)充著。在蛻變補(bǔ)充的過(guò)程中，建立了動(dòng)平衡。因此14C與12C的比例在生命

14體內(nèi)保持恒定。當(dāng)植物或動(dòng)物死亡之后，其中的碳-14不再得到補(bǔ)充。由于C蛻變過(guò)程沒(méi)有終止，死亡了的生命中14C所占的比例將減少。在煤、石油及其他5 地下含碳的材料中碳原子也發(fā)生著同樣的變化。如多年之后的干尸（木乃伊）中核與活著人們的體內(nèi)14C與12C的比例隨著年代的增長(zhǎng)成正比地減少。

1955年，W．P．Libby（美國(guó)化學(xué)家）提出，這一事實(shí)能用于估算某特定樣品在沒(méi)有補(bǔ)充14C的情況下，碳-14同位素已經(jīng)蛻變的時(shí)間。

ln根據(jù)co(A)Nolnc(A)= k t，可以寫出N=kt

時(shí)所存在的14C核數(shù)；時(shí)所存在的14C核數(shù)。

因?yàn)橥懽兯俾收却嬖诘?4C核數(shù)，上述方程可寫作：

1NolnN t=k1v1vnewln?ln?4?41.21?10av1.21?10avold ' t=若已知新（new）、舊（old）樣品的蛻變速率v，就能計(jì)算出t，即舊樣品的年齡。這種有獨(dú)創(chuàng)性的技術(shù)是以極簡(jiǎn)單的概念為基礎(chǔ)的。W．F．Libby奠定了這一技術(shù)的基礎(chǔ)，為此他榮獲了1960年的Nobel化學(xué)獎(jiǎng)。

“碳-14測(cè)定年代法”的成功與否，取決于能精確地測(cè)量蛻變速率。在活著（new）的生物體內(nèi)14C／12C為1/1012,14C的量如此之少，所用儀器的檢測(cè)器對(duì)放射性蛻變要特別靈敏。對(duì)年代久遠(yuǎn)的樣品來(lái)說(shuō)，要達(dá)到較高的精確度就更加困難。盡管如此，這一技術(shù)已成為考古學(xué)中判斷古生物年齡的重要方法，可以用來(lái)判斷遠(yuǎn)離現(xiàn)在（1000-50000）年之久的生物化石、繪畫和木乃伊等。

參考文獻(xiàn)：

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