物理模型
也稱實體模型 ,又可分為實物模型和類比模型。
①實物模型:根據(jù)相似性理論制造的按原系統(tǒng)比例縮?。ㄒ部梢允欠糯蠡蚺c原系統(tǒng)尺寸一樣)的實物,例如風(fēng)洞實驗中的飛機模型,水力系統(tǒng)實驗?zāi)P?,建筑模型,船舶模型等?
②類比模型:在不同的物理學(xué)領(lǐng)域(力學(xué)的、電學(xué)的、熱學(xué)的、流體力學(xué)的等)的系統(tǒng)中各自的變量有時服從相同的規(guī)律,根據(jù)這個共同規(guī)律可以制出物理意義完全不同的比擬和類推的模型。例如在一定條件下由節(jié)流閥和氣容構(gòu)成的氣動系統(tǒng)的壓力響應(yīng)與一個由電阻和電容所構(gòu)成的電路的輸出電壓特性具有相似的規(guī)律,因此可以用比較容易進行實驗的電路來模擬氣動系統(tǒng)。
模型構(gòu)成形式分為實體模型(擁有體積及重量的物理形態(tài)概念實體物件)及虛擬模型(用電子數(shù)據(jù)通過數(shù)字表現(xiàn)形式構(gòu)成的形體以及其他實效性表現(xiàn))。
結(jié)構(gòu)模型
主要反映系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點和因果關(guān)系的模型 。結(jié)構(gòu)模型中的一類重要模型是圖模型。此外生物系統(tǒng)分析中常用的房室模型(見房室模型辨識)等也屬于結(jié)構(gòu)模型。結(jié)構(gòu)模型是研究復(fù)雜系統(tǒng)的有效手段。
用字母、數(shù)字和其他數(shù)學(xué)符號構(gòu)成的等式或不等式,或用圖表、圖像、框圖、數(shù)理邏輯等來描述系統(tǒng)的特征及其內(nèi)部聯(lián)系或與外界聯(lián)系的模型。它是真實系統(tǒng)的一種抽象。數(shù)學(xué)模型是研究和掌握系統(tǒng)運動規(guī)律的有力工具,它是分析、設(shè)計、預(yù)報或預(yù)測、控制實際系統(tǒng)的基礎(chǔ)。數(shù)學(xué)模型的種類很多,而且有多種不同的分類方法。
靜態(tài)和動態(tài)模型
靜態(tài)模型是指要描述的系統(tǒng)各量之間的關(guān)系是不隨時間的變化而變化的,一般都用代數(shù)方程來表達。動態(tài)模型是指描述系統(tǒng)各量之間隨時間變化而變化的規(guī)律的數(shù)學(xué)表達式,一般用微分方程或差分方程來表示。經(jīng)典控制理論中常用的系統(tǒng)的傳遞函數(shù)也是動態(tài)模型,因為它是從描述系統(tǒng)的微分方程變換而來的(見拉普拉斯變換)。
過程模型
在研究質(zhì)點運動時,如勻速直線運動、勻變速直線運動、勻速圓周運動、平拋運動、簡諧運動等;在研究理想氣體狀態(tài)變化時,如等溫變化、等壓變化、等容變化、絕熱變化等;還有一些物理量的均勻變化的過程,如某勻強磁場的磁感應(yīng)強度均勻減小、均勻增加等;非均勻變化的過程,如汽車突然停止都屬于理想的過程模型。
模型是對實際問題的抽象,每一個模型的建立都有一定的條件和使用范圍。學(xué)生在學(xué)習(xí)和應(yīng)用模型解決問題時,要弄清模型的使用條件,要根據(jù)實際情況加以運用。比如一列火車的運行,能否看成質(zhì)點,就要根據(jù)質(zhì)點的概念和要研究的火車運動情況而定,在研究火車過橋所需時間時,火車的長度相對于橋長來說,一般不能忽略,所以不能看成質(zhì)點;在研究火車從北京到上海所需的時間時,火車的長度遠遠小于北京到上海的距離,可忽略不記,因此火車就可以看成為質(zhì)點。