4.1. مفهوم جعبه سفید

اگر ساختار داخلی سیستم شناخته شده باشد، می توان روابطی را منعکس کننده تحولات پی در پی متغیرهای ورودی در داخل سیستم ایجاد کرد که درنهایت به متغیرهای خروجی منتهی می شوند. مانند مورد سیستم های جعبه سیاه، متغیرهای ورودی و خروجی با مقادیر عددی مشخص می شوند.

جعبه سفید یا جعبه شفاف مفهومی را نشان می دهد که برای آن نگاشت ورودی-خروجی، ساختار تحول و همچنین وضعیت سیستم شناخته شده است.

با توجه به وضعیت سیستم در یک لحظه، فرد میزان انرژی، ماده یا اطلاعات موجود در آن سیستم را درک می کند. به زودی، وضعیت سیستم نمایانگر کل خصوصیات سیستم در یک لحظه خاص است. بیایید n تعداد این ویژگی ها را در نظر بگیریم که ممکن است به عنوان اجزای بردار حالت در نظر گرفته شوند.

سیستمی که به عنوان جعبه سفید در نظر گرفته می شود، سیستم جعبه سفید یا سیستم ورودی-خروجی نامیده می شود. خصوصیات داخلی آن قابل اندازه گیری یا محاسبه است. نمایش شماتیک چنین سیستمی در شکل 4.1 دیده می شود.

شکل 4.1 سیستم جعبه سفید.

از طریق رفتار سیستم، شخص می تواند نحوه تکامل سیستم را درک کند، این بدان معنی است که بردار متغیرهای حالت تحت تأثیر متغیرهای ورودی اصلاح می شود. سیستم های دارای تکامل در زمان را سیستم های پویا می نامند. سیستم هایی با ورودی ثابت، مقادیر ثابت ویژگی های حالت و خروجی ثابت را سیستم های ایستا می نامند.

در ارتباط با مفهوم حالت، ممکن است نظرات زیر در مورد سیستم های پویا ذکر شود:

• حالت اولیه با مقادیر x₀₁, x₀₂, ..., x_0n از مشخصات سیستم در لحظه t₀ تعریف می شود، که به عنوان اجزای بردار حالت (x₀=(x₀₁, x₀₂, ... , x_0n در نظر گرفته می شود "؛ تعداد n اجزای محدود است.
• بردار حالت تابعی از زمان است و توسط (x(t نشان داده می شود. همانطور که نشان داده شده است، در لحظه اولیه (t = t₀) مربوط به حالت اولیه (x₀= x (t₀ است.
• با دانستن تکامل بردار کنترل (u(t، حالت اولیه سیستم (x(t₀ و رابطه ورودی و خروجی، می توان بردار خروجی (y(t را تعیین کرد.
• بردار حالت (x(t در فضای حالت تکامل می یابد، مسیر سیستم را تعریف می کند، که منحصر به فرد برای یک بردار کنترل داده شده (u(t و یک حالت اولیه شناخته شده (x(t₀ است، فقط در صورتی که ساختار تحول سیستم در اصلاح نشود زمان؛ وضعیت فعلی سیستم تاریخ سیستم را منعکس می کند.
• انتخاب بردار حالت معمولاً منحصر به فرد نیست، زیرا می توان روشهای معادل تری برای تعریف آن تصور کرد. به عنوان مثال، در صورت وجود یک مخزن، می توان سطح آب یا حجم آب دریاچه را به عنوان یک متغیر حالت در نظر گرفت.
• بردار حالت یک مقدار درونی از سیستم است، که بر خلاف مقادیر خارجی (مقادیر ورودی و خروجی) که قابل اندازه گیری هستند، همیشه قابل مشاهده و اندازه گیری نیست.

در میان ورودی، حالت و خروجی سیستم، تعادل دینامیکی، به طور مداوم اصلاح شده، در زمان ایجاد می شود. به عنوان مثال، حجم آب ذخیره شده در یک سفره زیرزمینی بسته به مقادیر ورودی تغییراتی را ایجاد می کند (شارژ مجدد از طریق لایه های نفوذپذیر در حال ظهور، نفوذ از طریق خاک، نشت به سمت بالا، تلفات آب از سیستم های مختلف: سیستم های آبیاری، سیستم های آبرسانی یا فاضلاب و غیره) و در خروجی (تخلیه پمپاژ، اثر زهکشی شبکه هیدروگرافی، نشت رو به پایین) ؛ حالت سیستم که با پتانسیل هیدرولیک مشخص می شود دچار نوسانات مداوم می شود.

در مورد حوضه رودخانه، ورودی با بارش و تابش خورشید نشان داده می شود. وضعیت سیستم توسط آب ذخیره شده در زیر سیستم های مختلف (رطوبت لایه خاک، آب ذخیره شده در سفره های زیرزمینی و آب موجود در مخازن و همچنین در شبکه هیدروگرافی) تعریف می شود. سرانجام، خروجی با تخلیه در یک بخش کنترل داده شده از حوضه رودخانه و همچنین با مقدار تبخیر و تعرق مشخص می شود. کنترل سیستم به قوانین عملکرد مخازن اشاره دارد.

تجزیه و تحلیل سیستم با بررسی ساختار آن، پیوندهای داخلی بین اجزا as و همچنین پیوندهای آن با محیط سیستم، در کل سیستم با آن مقابله می کند.

مدیر سایت: بهزاد سرهادی

شماره تلفن: 09190622992

شناسه تلگرام مدیر سایت: SubBasin@

نشانی ایمیل: behzadsarhadi@gmail.com

(سوالات تخصصی را در گروه تلگرام ارسال کنید)

_______________________________________________________

×

 براي پيوستن به بزرگترين گروه تلگرام علوم و مهندسي آب با امکان تبادل نظر بين اعضاء کليک کنيد

کتاب کاربرد مدل QUAL2KW

کتاب کاربرد GIS در منابع آب

کتاب محاسبه سيل طرح