物理模型
也稱實(shí)體模型 ,又可分為實(shí)物模型和類比模型。
①實(shí)物模型:根據(jù)相似性理論制造的按原系統(tǒng)比例縮小(也可以是放大或與原系統(tǒng)尺寸一樣)的實(shí)物,例如風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中的飛機(jī)模型,水力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?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(shí)服從相同的規(guī)律,根據(jù)這個(gè)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(dòng)系統(tǒng)的壓力響應(yīng)與一個(gè)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)的電路來模擬氣動(dòng)系統(tǒng)。
模型構(gòu)成形式分為實(shí)體模型(擁有體積及重量的物理形態(tài)概念實(shí)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(shí)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(diǎn)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(shí))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(shí)系統(tǒng)的一種抽象。數(shù)學(xué)模型是研究和掌握系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的有力工具,它是分析、設(shè)計(jì)、預(yù)報(bào)或預(yù)測、控制實(shí)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(dòng)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(shí)間的變化而變化的,一般都用代數(shù)方程來表達(dá)。動(dòng)態(tài)模型是指描述系統(tǒng)各量之間隨時(shí)間變化而變化的規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)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(dòng)態(tài)模型,因?yàn)樗菑拿枋鱿到y(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(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),如勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、簡諧運(yùn)動(dòng)等;在研究理想氣體狀態(tài)變化時(shí),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(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)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(shí)際問題的抽象,每一個(gè)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(shí),要弄清模型的使用條件,要根據(jù)實(shí)際情況加以運(yùn)用。比如一列火車的運(yùn)行,能否看成質(zhì)點(diǎn),就要根據(jù)質(zhì)點(diǎn)的概念和要研究的火車運(yùn)動(dòng)情況而定,在研究火車過橋所需時(shí)間時(shí),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(diǎn);在研究火車從北京到上海所需的時(shí)間時(shí),火車的長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(diǎn)。