学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

复杂系统崩溃过程的分析与控制

作　者: 欧阳敏
导　师: 费奇；栾恩杰
学　校: 华中科技大学
专　业: 系统工程
关键词: 复杂系统崩溃初期崩溃扩散期系统理论复杂网络理论崩溃过程分析崩溃过程控制
分类号: F426.61
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 411次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

随着科学技术和社会经济的发展,现实中许多复杂系统的规模越来越大,子系统之间的关联关系越来越紧密、复杂。这些复杂系统在运行过程中,不可避免的受到系统外部和内部的干扰。一旦复杂系统中的一个或多个子系统崩溃而不能正常工作,由于子系统之间的相互作用,危害将在系统内部扩散,最终可能会导致整个系统崩溃、丧失其应有的功能。现实生活中复杂系统崩溃而造成巨大损失的例子数不胜数,因此深入研究复杂系统的崩溃过程,并探讨相应的控制策略显得十分重要。本文利用控制理论、系统理论以及复杂网络等理论对复杂系统的崩溃过程进行了深入分析。主要工作与内容如下:(1)给出了复杂系统崩溃过程的分析方法。根据现实生活中复杂系统崩溃的案例,总结崩溃过程的特点,将复杂系统的崩溃过程分为两个阶段:崩溃初期与崩溃扩散期。崩溃初期是环境要素与子系统性能共同作用,直到初始崩溃出现的阶段。利用控制论以及系统理论,本文给出崩溃初期的分析方法。崩溃扩散期是初始崩溃在整个系统中扩散的阶段。针对崩溃扩散期的特点,利用复杂网络理论,本文给出了崩溃扩散期的形式化描述模型。此外,以胶济铁路火车对撞事故为例,分析了初始崩溃(T195火车出轨)的各种致因及改进措施,同时对崩溃扩散过程(T195火车与5034火车相撞)进行了建模。(2)给出了复杂系统崩溃扩散过程的离散状态模型。现实生活中许多复杂系统的状态是离散的,而且许多连续状态的系统演化机制不明确但若从宏观上把握系统的崩溃扩散过程,系统状态也可以看成离散值。基于崩溃扩散过程的形式化描述模型,结合这类复杂系统崩溃的特有特征,本文提出了复杂系统崩溃扩散过程的离散状态模型并给出了相应的解析分析方法。从模型参数、系统拓扑结构以及系统结构复杂性增加三个方面分析了它们对崩溃扩散过程的影响,而且给出了几种控制崩溃扩散的方案并探讨了各方案的效果。(3)给出了复杂系统崩溃扩散过程的连续状态模型。现实生活中大量复杂系统的状态值与状态变化均是连续的,基于崩溃扩散过程的形式化描述模型并参考几个存在的连续状态崩溃扩散模型,本文给出了复杂系统崩溃扩散过程的一种考虑冗余系统的普适性连续状态模型。从模型参数、冗余策略以及系统结构复杂性增加三个方面分析了它们对系统崩溃扩散过程的影响,并从外部资源调用的角度,给出了控制崩溃扩散的资源分配策略并分析了各策略的有效性。(4)以关联基础设施为案例,给出了关联基础设施崩溃扩散过程的分析方法。基础设施中,天然气网的子系统状态演化与邻居子系统的状态相关,符合复杂系统崩溃扩散的形式化描述模型,而电网的子系统状态演化受到系统中其它所有子系统状态以及系统拓扑结构的影响,不符合形式化描述模型。本文以关联的电网与天然气网为例,分析它们的崩溃扩散过程,重点仿真分析了基础设施之间的关联影响,而且给出几种控制崩溃扩散的方案,并探讨了各个方案的效果。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-27
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 研究意义  11-12
  1.3 相关文献综述  12-25
  1.4 本文的主要研究内容与结构  25-27
2 复杂系统崩溃过程的分析方法  27-54
  2.1 崩溃的案例  27-30
  2.2 崩溃过程的特点  30-36
  2.3 崩溃过程的分析方法  36-40
  2.4 胶济铁路火车对撞事故的崩溃过程分析  40-53
  2.5 小结  53-54
3 基于离散模型的复杂系统崩溃扩散分析与控制  54-73
  3.1 模型背景  54-55
  3.2 复杂系统崩溃扩散期的离散模型  55-56
  3.3 离散模型的解析分析方法  56-62
  3.4 崩溃扩散过程的分析  62-70
  3.5 崩溃扩散过程的控制  70-72
  3.6 小结  72-73
4 基于连续模型的复杂系统崩溃扩散分析与控制  73-96
  4.1 模型背景  73-74
  4.2 复杂系统崩溃扩散过程的连续状态模型  74-80
  4.3 复杂系统崩溃扩散过程的分析  80-89
  4.4 复杂系统崩溃扩散过程的控制  89-95
  4.5 小结  95-96
5 崩溃扩散案例:关联基础设施的崩溃扩散分析  96-116
  5.1 关联基础设施  96-97
  5.2 关联基础设施的分析模型  97-100
  5.3 关联基础设施崩溃扩散的分析方法  100-106
  5.4 关联基础设施崩溃扩散的仿真分析  106-112
  5.5 关联基础设施崩溃扩散的控制  112-115
  5.6 小结  115-116
6 总结与展望  116-118
  6.1 全文总结  116-117
  6.2 研究展望  117-118
致谢  118-119
参考文献  119-131
附录1 攻读博士学位期间发表的论文目录  131-134
附录2 攻读学位期间参加的科研项目  134

复杂系统崩溃过程的分析与控制

内容摘要

全文目录

相似论文