大系统的结构分类

若从控制论角度分类，大系统的结构主要有以下三种类型。
(1)集中控制型大系统结构。这是指在一个集中控制大系统中，有关被控对象的信息，包括系统及其各子系统的所有信息，都馈入一个控制中心。根据系统状态和控制任务，控制中心形成并输送信号给各受控对象，集中控制器或“中央控制室”对所有控制对象进行集中的检测和控制，所有的测量信息又都集中反馈到集中控制器并集中发出再控信息。因此，它又叫信息集中和控制集中大系统结构。这类系统当其规模不大时，由于系统层次少，信息传递的中心环节少，因而具有信息指令传递速度快、信息失真度小，有效性高等特点，即能够实现有效而及时的控制。但当系统规模庞大而各子系统之间的关系复杂时，集中控制就存在以下重大弱点：
❶信息加工量太大。在集中控制大系统中，为了真正有效地控制对象，就需要取得该对象系统的各方面信息。假定一次需要M个信息，而该系统包括N个类似要素，于是一次需要M乘N个信息。这在系统控制中是难以实现的。
❷难以实现真正有效的最佳控制。在集中控制大系统中，管理者面对数目众多的控制对象、极其杂复的相互关系、数量庞大的状态信息，很难实现最优决策与控制。用数学语言来说，管理者所碰到的将是几百几千个包含着几百几千个自变量的非线性方程组，这就不可能列出或列出方程组要很长的时间。至于求解方程组并进而决策和控制，其难度就更大了。
❸若该系统属于自动化或半自动化装置，则可采用电子计算机进行控制。即使在这种情形下，仍存在设备费用高昂、设备更新困难、环境条件要求严格等经济、技术方面的实际困难。
❹系统具有高度的刚性。艾什比称集中控制大系统为“超稳定系统”。这种系统内各子系统之间的相互作用具有明显的抑制性或强制性，它是依靠周期性振荡来使整个系统回到原来的适应状态，从而保持更大的稳定性，形成“超稳态系统”。其特征是拒绝革新和发展。
❺系统可靠性能差。如果集中控制大系统的中心在工作时出现了错误或失误，它不仅不能及时得到纠正，还会更强烈地扰乱整个系统的有序运转。而且根据可靠性原理，串联型的系统控制方式，其可靠性随联结要素的增加，而不断降低。
(2)分散控制型大系统结构：这是指存在着两个或两个以上控制中心，相对分散地共同完成大系统的总任务或总目标；每个分散控制中心只取得和处理一部分信息，并只对大系统的一部分进行局部控制，即信息分散或控制分散。如，城市交通管理系统，就是由分散到各街道或各路口的交通岗共同完成整个城市交通管理控制的。分散控制的优点是：
❶控制的可靠性较高。由于信息和控制分散，因此，即使个别控制中心发生故障，其它控制中心仍可继续工作，不致引起整个大系统的瘫痪；
❷控制的效果较好。由于每个分散控制中心所接收、加工和处理的信息相对小，信息的传递速度较快且失真度小，从而有利于更快更准确地作出决策和反应，实现局部控制最优化。分散控制的缺点或困难是：协调难度大。每个子系统的局部控制至多只能实现局部优化。要将各局部最优化导向大系统整体最优化，只能靠分散的各控制中心之间的相互沟通来实现其协调和配合； 分析设计困难，其相互间的沟通又不可避免地含有时间延长和各种干扰，因此，分散控制的分析设计就不能直接搬用一般控制和最优化理论与方法。
(3)等级控制型大系统结构，上述两种结构方案的缺点，在相当程度上可运用等级控制大系统结构设计予以克服。等级控制大系统结构的一个典型特征是，按一定标准将大系统分为若干层次的子系统(若按属递划分，就构成递阶控制大系统；若按任务或功能划分，就构成多层控制大系统； 若按时序划分，就构成多段控制大系统)，并在不同层次子系统之间建立起从属关系。第一级是直接作用于被控对象——子系统或子过程的各个局部中心，它们进行局部最优化决策和完成局部最优化控制任务； 第二级是对第一级进行协调的协调控制中心，是进行总决策，完成大系统全局最优控制的总任务或总目标。这样逐级递阶至N级，构成一个分层或多级递阶的等级控制大系统。在具有等级控制结构的大系统中，低级设备（包括人和自动化机器等）应能决定比较简单的局部控制问题，使这些问题不应超过加工限数据的控制能力。这样留给上一层处理的就是一些协调工作。依次类推，越到上一层级，控制就愈高级，所需信息愈少而精。但各层级的信息处理和控制任务必须同其实际能力和条件相适应。

大系统的结构分类

若从控制论角度分类，大系统的结构主要有以下三种类型。
1.集中控制型大系统结构
这是指在一个集中控制大系统中，有关被控对象的信息，包括系统及其各子系统的所有信息，都归入一个控制中心。根据系统状态和控制任务，控制中心形成并输送信号给各受控对象，集中控制器或“中央控制室”对所有控制对象进行集中的检测和控制，所有的测量信息又都集中反馈到集中控制器并集中发出再控信息。因此，它又叫信息集中和控制集中大系统结构。这类系统当其规模不大时，由于系统层次少，信息传递的中心环节少，因而具有信息指令传递速度快、信息失真度小，有效性高等特点，即能够实现有效而及时的控制。
但当系统规模庞大而各子系统之间的关系复杂时，集中控制就存在以下重大弱点：(1)信息加工量太大。在集中控制大系统中，为了真正有效地控制对象，就需要取得该对象系统的各方面信息。假定一次需要M个信息，而该系统包括N个类似要素，于是一次需要M乘N个信息。这在系统控制中是难以实现的。(2)难以实现真正有效的最佳控制。在集中控制大系统中，管理者面对数目众多的控制对象、极其复杂的相互关系、数量庞大的状态信息，很难实现最优决策与控制。用数学语言来说，管理者所碰到的将是几百几千个包含着几百几千个自变量的非线性方程组，这就不可能列出或列出方程组要很长的时间。至于求解方程组并进而决策和控制，其难度就更大了。(3)若该系统属于自动化或半自动化装置，则可采用电子计算机进行控制。即使在这种情形下，仍存在设备费用高昂、设备更新困难、环境条件要求严格等经济、技术方面的实际困难。(4)系统具有高度的刚性。艾什比称集中控制大系统为“超稳定系统”。这种系统内各子系统之间的相互作用具有明显的抑制性或强制性，它是依靠周期性振荡来使整个系统回到原来的适应状态，从而保持更大的稳定性，形成“超稳态系统”。其特征是拒绝革新和发展。(5)系统可靠性能差。如果集中控制大系统的中心在工作时出现了错误或失误，它不仅不能及时得到纠正，还会更强烈地扰乱整个系统的有序运转。而且根据可靠性原理，串联型的系统控制方式，其可靠性随联结要素的增加，而不断降低。
2.分散控制型大系统结构
这是指存在着两个或两个以上控制中心，相对分散地共同完成大系统的总任务或总目标；每个分散控制中心只取得和处理一部分信息，并只对大系统的一部分进行局部控制，即信息分散或控制分散。如，城市交通管理系统，就是由分散到各街道或各路口的交通岗共同完成整个城市交通管理控制的。
分散控制的优点是： (1)控制的可靠性较高。由于信息和控制分散，因此，即使个别控制中心发生故障，其他控制中心仍可继续工作，不致引起整个大系统的瘫痪； (2)控制的效果较好。由于每个分散控制中心所接收、加工和处理的信息相对小，信息的传递速度较快且失真度小，从而有利于更快更准确地作出决策和反应，实现局部控制最优化。分散控制的缺点或困难是： 协调难度大。每个子系统的局部控制至多只能实现局部优化。要将各局部最优化导向大系统整体最优化，只能靠分散的各控制中心之间的相互沟通来实现其协调和配合； 分析设计困难，其相互间的沟通又不可避免地含有时间延长和各种干扰，因此，分散控制的分析设计就不能直接搬用一般控制和最优化理论与方法。
3.等级控制型大系统结构
上述两种结构方案的缺点，在相当程度上可运用等级控制大系统结构设计予以克服。等级控制大系统结构的一个典型特征是，按一定标准将大系统分为若干层次的子系统(若按属递划分，就构成递阶控制大系统；若按任务或功能划分，就构成多层控制大系统；若按时序划分，就构成多段控制大系统)，并在不同层次子系统之间建立起从属关系。第一级是直接作用于被控对象——子系统或子过程的各个局部中心，它们进行局部最优化决策和完成局部最优化控制任务；第二级是对第一级进行协调的协调控制中心，是进行总决策，完成大系统全局最优控制的总任务或总目标。这样逐级递阶至N级，构成一个分层或多级递阶的等级控制大系统。在具有等级控制结构的大系统中，低级设备（包括人和自动化机器等）应能决定比较简单的局部控制问题，使这些问题不应超过加工限数据的控制能力。这样留给上一层处理的就是一些协调工作。依次类推，越到上一层级，控制就愈高级，所需信息愈少而精。但各层级的信息处理和控制任务必须同其实际能力和条件相适应。