基于熵与非合作博弈理论的煤矿系统的脆性研究

论文摘要

随着社会的进展、科学技术的发展,以及控制论、信息论、系统论和计算机技术的飞速发展,我们所面对的控制对象也越来越复杂,因此对于复杂系统的研究成为了当前的研究热点。目前普遍认为,复杂系统具有复杂性、开放性、非线性、进化和涌现性、层次性、巨量性。但是,在复杂系统运行时,对于一个子系统,由于外部干扰的不确定性和内部进化的不完善,一个极小的干扰就可能使其突然崩溃,进而导致整个系统进入无序状态产生崩溃,这就引出了脆性的概念。在本论文中,首先通过介绍复杂系统研究的现阶段发展情况,说明了研究复杂系统脆性的重要性。接着在介绍复杂系统的同时,本文给出了对复杂系统的定义及判断方法。其次,在对复杂系统的研究的基础之上,提出脆性是复杂系统的一个基本特性。给出了系统的脆性的定义,脆性的特点,以及脆性基元的结构,为复杂系统的脆性的进一步分析建立了理论基础。接着在一个脆性基元内,定义了子系统脆性同一、对立、波动,以及脆性联系函数的概念。进而,利用集对分析理论,定义了系统脆性联系熵的概念。再次,在复杂系统脆性理论的研究中引入非合作博弈的理论,指出正是由于各个子系统为了追求个体利益,而导致了整个复杂系统的整体利益的损失。环境的负熵并非取之不尽,非合作博弈争取负熵的结果导致了系统的脆性被激发而崩溃。在此基础上分析煤矿系统瓦斯爆炸的脆性过程,在非合作博弈状况下对煤矿瓦斯爆炸事故系统脆性熵增进行模拟仿真,仿真结果说明,非合作博弈和系统的脆性熵增是导致系统崩溃的原因,但是通过有效的手段可以使系统延缓崩溃甚至避免崩溃的发生。最后,根据乡镇煤矿的现状仿真了煤矿瓦斯爆炸事故内部脆性度的大小,系统在没有外界干扰的情况下内部脆性度的变化趋势在一定时期内处于饱和期,在饱和期事故发生的概率在没有外界负熵流的情况下,只会处于居高不下的状态,因此政府必须对事故进行控制,即外界环境给予负熵流的补充。比较在管理方面、人为、技术、设备方面进行控制的不同,得出有效控制瓦斯爆炸事故发生的措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 复杂系统
• 1.3.1 复杂系统的定义
• 1.3.2 复杂系统的种类
• 1.3.3 复杂系统的特性
• 1.4 国内外相关领域的发展和研究状况
• 1.5 研究的对象和内容
• 1.5.1 研究的对象
• 1.5.2 研究的方法和内容
• 第2章 复杂系统脆性理论基础
• 2.1 引言
• 2.2 复杂系统脆性的定义
• 2.2.1 复杂系统脆性的语言描述
• 2.2.2 复杂系统脆性的数学描述
• 2.3 复杂系统脆性的特点
• 2.4 复杂系统脆性与相关理论关系
• 2.4.1 复杂系统脆性与突变理论
• 2.4.2 复杂系统脆性与协同学
• 2.4.3 复杂系统脆性与可靠性
• 2.5 复杂系统脆性图形描述的研究
• 2.5.1 多米诺骨牌模型
• 2.5.2 金字塔模型
• 2.5.3 倒金字塔模型
• 2.5.4 元胞自动机模型
• 2.6 本章小节
• 第3章 复杂系统脆性的熵理论及非合作博弈理论
• 3.1 熵原理介绍
• 3.1.1 熵概念的提出
• 3.1.2 负熵的提出
• 3.1.3 系统脆性的预测
• 3.2 复杂系统脆性基元
• 3.3 复杂系统脆性联系熵
• 3.3.1 集对分析理论介绍
• 3.3.2 脆性联系熵
• 3.4 子系统间的非合作博弈
• 3.4.1 博弈论概述
• 3.4.2 博弈问题的主要概念
• 3.4.3 囚徒困境
• 3.4.4 复杂系统子系统间脆性的非合作博弈
• 3.5 本章小节
• 第4章 煤矿瓦斯爆炸事故脆性研究
• 4.1 引言
• 4.2 煤矿瓦斯爆炸系统的脆性研究
• 4.3 煤矿瓦斯爆炸事故系统演化的脆性熵变
• 4.4 煤矿瓦斯爆炸事故系统脆性模拟仿真和结果分析
• 4.4.1 模拟仿真
• 4.4.2 煤矿瓦斯爆炸系统熵变化的仿真结果和分析
• 4.5 煤矿瓦斯爆炸系统脆性度仿真实例
• 4.6 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢