第11章 系统动态模型与静态模型
静态模型原理及应用
静态模型原理及应用静态模型（Static Model）是指在特定时间点上，对系统的结构和元素进行描述的模型。
它主要用于显示系统的组成部分、元素之间的关系以及系统的静态特征。
静态模型通常用于需求分析和软件设计阶段，并且被广泛应用于各个领域，如软件开发、系统工程、建筑设计等。
本文将从静态模型的原理和应用两个方面进行阐述。
静态模型的原理：1. 结构化描述：静态模型通过结构化的方式，对系统的组成部分进行描述。
它将系统划分为不同的组件或模块，并定义它们之间的关系。
这些关系可以是继承、关联、聚合等。
通过结构化描述，可以清晰地展示出系统的组成结构，帮助开发人员理解和管理系统的组成部分。
2. 抽象化：静态模型在描述系统时，通常会使用抽象化的方法。
它将系统的实体和概念抽象为类、对象和属性等概念，并通过它们之间的关系来描述系统的结构。
通过抽象化，可以将系统的复杂性降低，提高系统的可理解性和可维护性。
3. 静态特征：静态模型主要关注系统的静态特征，即系统在某个时间点上的状态。
它不考虑系统的行为和动态变化。
通过静态模型，可以了解系统中的各个部分是如何组成的，以及它们之间的关系如何。
这有助于开发人员对系统的整体把握，为后续的设计和实现工作提供依据。
静态模型的应用：1. 需求分析：静态模型在需求分析阶段扮演着重要的角色。
通过建立静态模型，可以清晰地了解系统的功能需求和结构需求。
例如，可以使用类图来描述系统中的类和关系，使用用例图来描述系统的功能需求。
这有助于开发人员和需求方之间的沟通和理解，提高需求分析的准确性和可靠性。
2. 软件设计：静态模型在软件设计阶段也起到了重要作用。
通过静态模型，可以对系统进行合理分解和组织，确定系统的组成部分和模块划分，以及它们之间的关系。
例如，可以使用包图来表示系统的模块划分，使用组件图来表示系统的组件和接口等。
通过静态模型，可以使得软件设计更加清晰、模块化和可维护。
3. 系统工程：静态模型不仅适用于软件开发，也适用于其他领域的系统工程。
(整理)自动控制系统的数学模型
第二章自动控制系统的数学模型教学目的：（1）建立动态模拟的概念，能编写系统的微分方程。
（2）掌握传递函数的概念及求法。
（3）通过本课学习掌握电路或系统动态结构图的求法，并能应用各环节的传递函数，求系统的动态结构图。
（4）通过本课学习掌握电路或自动控制系统动态结构图的求法，并对系统结构图进行变换。
（5）掌握信号流图的概念，会用梅逊公式求系统闭环传递函数。
（6）通过本次课学习，使学生加深对以前所学的知识的理解，培养学生分析问题的能力教学要求：（1）正确理解数学模型的特点；（2）了解动态微分方程建立的一般步骤和方法；（3）牢固掌握传递函数的定义和性质，掌握典型环节及传递函数；（4）掌握系统结构图的建立、等效变换及其系统开环、闭环传递函数的求取，并对重要的传递函数如：控制输入下的闭环传递函数、扰动输入下的闭环传递函数、误差传递函数，能够熟练的掌握；（5）掌握运用梅逊公式求闭环传递函数的方法；（6）掌握结构图和信号流图的定义和组成方法，熟练掌握等效变换代数法则，简化图形结构，掌握从其它不同形式的数学模型求取系统传递函数的方法。
教学重点：有源网络和无源网络微分方程的编写；有源网络和无源网络求传递函数；传递函数的概念及求法；由各环节的传递函数，求系统的动态结构图；由各环节的传递函数对系统的动态结构图进行变换；梅逊增益公式的应用。
教学难点：举典型例题说明微分方程建立的方法；求高阶系统响应；求复杂系统的动态结构图；对复杂系统的动态结构图进行变换；求第K条前向通道特记式。
的余子式k教学方法：讲授本章学时：10学时主要内容：2.0 引言2.1 动态微分方程的建立2.2 线性系统的传递函数2.3 典型环节及其传递函数2.4系统的结构图2.5 信号流图及梅逊公式2.0引言：什么是数学模型？为什么要建立系统的数学模型？1. 系统的数学模型：描述系统输入输出变量以及各变量之间关系的数学表达式。
１） 动态模型：描述系统处于暂态过程中个变量之间关系的表达式，他一般是时间函数。
动态建模与静态建模之间的关系课件PPT
• 引言 • 动态建模概述 • 静态建模概述 • 动态建模与静态建模的比较 • 动态建模与静态建模的关联性 • 动态建模与静态建模的实际应用案例 • 总结与展望
01
引言
背景介绍
动态建模和静态建模是两种常用的系统建模方法，在许多领域中都有广泛的应用。
动态建模关注系统随时间变化的特性，而静态建模则关注系统在某一时刻的状态。
指导动态模型的演变过程
基于静态模型，我们可以进一步分析系统随时间的变化规律，指导动态模型中变量和参数的设置，以 及模拟不同条件下的系统演化过程。
静态模型有助于理解动态机制
通过静态模型，我们可以更好地理解系统的基本原理和机制，从而更好地构建能够反映系统动态行为 的动态模型。
动态建模与静态建模的互补性
静态模型简单明了
01
静态模型相对简单明了，可以快速地给出系统的整体结构和关
系，有助于我们快速地理解系统。
动态模型揭示变化规律
02
动态模型能够揭示系统随时间的变化规律，提供关于系统演化
过程的深入理解，补充了静态模型在时间维度上的不足。
结合静态和动态模型提供全面分析
03
在实际应用中，确定性
动态建模能够应对生产过程中的不确定性和变化，如设备故障、物料短缺等，通过实时调整和优化，降 低生产损失和风险。
静态建模在城市规划中的应用
城市规划
静态建模在城市规划中用于描述城市的结构和功能，分析 城市发展的问题和趋势，为城市规划和政策制定提供依据。
空间布局与功能分区
静态建模通过对城市空间布局和功能分区的分析，优化城 市结构和发展方向，提高城市居民的生活质量和环境质量。
VS
经济趋势分析
系统动态建模状态模型
主要内容
• 6.1 状态图的基本组成成分 • 6.2 状态的分类与描述 • 6.3 状态迁移的触发与描述 • 6.4 活动图与状态图的比较 • 6.5 动态状态模型建模案例-信贷管理子系统 • 补充: 使用rose画状态图
第6页/共122页
• 6.1 状态图的基本组成成分 • 6.1.1 对象状态的基本描述图符 • 6.1.2 状态的迁移 • 6.1.3 一个无人职守电梯升降的状态图
第17页/共122页
第18页/共122页
6.1.2 状态的迁移
• 一个对象从一个状态改变成另一个状态称为状态迁移 • 状态的迁移用连接这两个状态的实箭线表示。在状态的迁移箭线上写上引起该迁
移的事件、条件和动作。 • 当事件发生时，动作发生，执行从一个状态到另一个状态的迁移，称为迁移点火
或状态触发。
• 6.3 状态迁移的触发与描述 • 6.3.1 状态的迁移触发
第27页/共122页
• 6.1 状态图的基本组成成分 • 6.1.1 对象状态的基本描述图符 • 6.1.2 状态的迁移 • 6.1.3 一个无人职守电梯升降的状态图
• 6.2 状态的分类与描述 • 6.2.1 对象的状态属性 • 6.2.2 简单状态与嵌套状态 • 6.2.3 状态的顺序迁移-顺序状态 • 6.2.4 状态的并发迁移与同步-并发状态与同步 • 6.2.5 嵌套状态中的历史状态指示器
第42页/共122页
子状态的关系
• 与关系说明复合状态中在某一时刻可同时到达多个子状态(称为并发子状态)。 具有并发子状态的状态图称为并发状态图。
前进和低速 前进和高速 后退和低速 后退和高速
第43页/共122页
6-6 描述设备（车床）状况的嵌套状态图
静态和动态模型课件
03
静态模型分类
Chapter
概念模型
01
概念模型是一种抽象化的表示方法，用于描述事物的本质特征和内在联系。
02
概念模型通常用图形、符号或文字来表达，帮助人们理解和掌握事物的本质。它 简化了现实世界中的复杂性，突出了关键特征，使得复杂问题变得易于理解和解 决。
数学模型
数学模型是用数学语言描述自然现象或实际问题的模型。
静态和动态模型课件
目录
• 静态模型概述 • 动态模型概述 • 静态模型分类 • 动态模型分类 • 静态和动态模型的比较与选择
01
静态模型概述
Chapter
定义与特点
定义
静态模型是指表现形式相对固定 、不随时间变化的模型。
特点
静态模型通常用于展示事物的基 本形态、结构和比例关系，具有 直观、简洁的优点。
静态模型的应用领域
建筑领域
教育教学
用于展示建筑物的外观、结构和比例 关系。
用于辅助教学，帮助学生理解抽象概 念和原理。
工业设计
用于展示产品外观、结构和比例关系 。
静态模型的优缺点
优点
静态模型制作简单、成本低，易于理 解和使用，能够提供直观的视觉效果 ，帮助人们更好地理解事物的形态和 结构。
缺点
静态模型无法表现事物的动态变化和 过程，对于需要展示时间变化和过程 的情况不太适用。
应用领域：物理学、化学、生物学、经 济学等。
差分方程模型
差分方程模型是描述离散时间系统变化过程的一种数学模型，通过差分 方程来描述系统状态在时间步长的变化规律。
差分方程模型通常用于描述离散时间系统的动态行为，如人口增长、股 票价格等。通过建立差分方程，可以预测系统未来的状态，并分析系统
静态模型相关知识点总结
静态模型相关知识点总结静态模型是指在某一时间点上所表征的系统或事物的结构，不考虑其随时间的变化。
静态模型通常用来描述系统的组成部分和它们之间的关系，以及系统的状态和属性等。
在工程学、计算机科学、经济学、诊断学、生态学、社会学等领域都有静态模型的应用。
静态模型是一种分析问题和推理的有效工具，它可以帮助人们更好地理解和揭示系统的结构和运行规律。
下面我们将对静态模型相关的一些知识点进行总结。
1. 静态模型的分类静态模型可以根据其建模方式、描述对象和目的等不同特征进行分类。
根据建模方式的不同，可以将静态模型分为结构模型、属性模型和关系模型。
结构模型是描述系统组成部分及其之间的连接关系的模型，常用的结构模型包括层次结构模型、树结构模型、网络结构模型等。
属性模型是描述系统的状态和性质的模型，常用的属性模型包括分类属性模型、数值属性模型、标记属性模型等。
关系模型是描述系统中各元素之间的相互作用和联系的模型，常用的关系模型包括集合关系模型、序偶关系模型、函数关系模型等。
根据描述对象的不同，可以将静态模型分为物理模型、概念模型、抽象模型等。
物理模型是对具体事物或系统的直接描述，如建筑模型、电路模型、设备模型等。
概念模型是对事物或系统的概括和抽象，如市场模型、管理模型、制度模型等。
抽象模型是对事物或系统的精炼和概化，如数学模型、统计模型、逻辑模型等。
根据模型目的的不同，可以将静态模型分为描述模型和分析模型。
描述模型是用来详细地描绘系统的结构和属性，以便更好地了解和获取有关信息。
分析模型是在描述的基础上，利用各种分析方法和工具来研究系统的运行规律和特征，以便更好地解决问题和优化决策。
2. 静态模型的构建方法静态模型的构建是一个复杂而又有挑战的过程，它需要综合运用数学建模、计算机建模、实验建模等多种方法和技术。
在实际应用中，通常会根据具体问题和建模要求选择合适的构建方法。
常用的静态模型构建方法包括：数学分析法、统计分析法、数据挖掘法、专家调研法、交互式建模法等。
02UML静态建模、动态建模与架构建模
命名规约。
UML静态建模（续）
任务求解
步骤1：识别类。 通过对场景提供的用例描述进行分析，我们可以得到以下几个类：
类名 Student SelectCourseForm
对应名词或动宾短语 学生 选课界面
类型 实体类 边界类
Course
CourseValidator CourseDisplay SelectSuccessForm
操作都具有可见性。
可见性为public时，意味着所属类之外界皆可以使用之。 可见性为private时，意味着所属类之外界皆无法使用之。即使是子类也无
法使用到父类内的private属性和操作。
可见性为protected时，意味着所属类之外界无法使用之，但是子类可使用
到父类内的protected属性和操作。
UML静态建模（续）
接口与实现关系
接口之间也可以有与类之间关系类似的实现关系和依赖关系，但是接口和
类之间还存在一种实现关系，在这种关系中，类实现了接口，类中的操作
静态和动态稳态模型在生物学研究中的应用
静态和动态稳态模型在生物学研究中的应用在生物学研究中，我们可以通过建立和分析模型来更好地理解和预测生物系统的行为。
其中，静态、动态和稳态模型是常见的三种模型类型。
它们各自有着不同的特点和应用场景，在生物学研究中发挥着重要的作用。
静态模型是描述一种状态或情况下的生物系统的模型。
在静态模型中，时间被认为是不变的，因此静态模型所关注的内容是系统中各种变量之间的静态关系。
例如，在研究蛋白质结构和功能中，我们可以通过构建静态模型来预测不同氨基酸残基之间的空间位置和相互作用，从而深入了解蛋白质的结构和功能。
与之相反，动态模型是描述生物系统在时间上变化过程中的模型。
在动态模型中，时间被认为是可变的，各种变量随着时间的推进而发生变化。
动态模型可以更全面地揭示生物系统的运行机制。
例如，在研究免疫反应时，我们可以使用动态模型来模拟免疫细胞的活动过程，重现细胞在感染或疫苗注射后的应答过程，从而预测系统在不同条件下的动态行为。
至于稳态模型，则强调系统内变量在经过一段时间的演化后，达到某种特定状态的模型。
在稳态模型中，时间被认为是稳定的，因此该模型所关注的内容是系统中各种变量之间达到稳定状态所需要的条件或机制。
例如，在研究代谢网络时，我们可以通过稳态模型来预测代谢物浓度的变化趋势，揭示不同代谢途径之间的相互作用和优化模式。
当然，这三种模型并不是相互独立的。
事实上，在许多应用场景中，它们可能需要相互结合才能更好地理解生物系统的行为。
例如，在研究药物作用机制时，我们往往需要构建静态模型来预测药物与受体的结合情况，同时考虑动态模型来分析药物在体内的吸收、分布、代谢和排泄（ADME）过程，以及稳态模型来评估药物达到治疗效果所需的时间和剂量。
这种模型结合的方法称为“QSP”，即定量系统药理学或定量系统生物学。
总之，静态、动态和稳态模型是生物学研究中常见的三种模型类型。
它们各自有着不同的特点和应用场景，但在实际研究中也存在相互结合的情况。
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§11.2.1 创建系统包图 库存管理系统包图
§11.2.1 创建系统包图 人员信息（peopleinformation）包内的类
§11.2.1 创建系统包图 事务（business）包内的类
§11.2.1 创建系统包图 接口（interfaces）包内的类
§11.2.2 系统类模型 人员信息包内的类图
§11.2.2 系统类模型 接口信息包内的类图
§11.2.2 系统类模型 系统事务信息
包内的类图
§11.2.3数据库设计 商品信息表
§11.中的库存盘点单
§11.1 系统动态模型
2．顺序图 -库存历史记录查询顺序图
顺序图的用途是 用来表示用例中 行为的时间顺序。 当执行一个用例 行为时，顺序图 中的每条消息对 应一个类操作或 状态机中引起转 换的触发事件。
§11.2 系统静态模型
§11.2.1 创建系统包图 §11.2.2 系统类模型 §11.2.3数据库设计
第11章 系统动态模型与静态模型
§11.1 系统动态模型 §11.2 系统静态模型
§11.1 系统动态模型
1．活动图
框图中的活动用圆 角矩形表示，这是 工作流期间发生的 步骤。工作流影响 的对象用方框表示。 开始状态表示工作 流开始，结束状态 表示工作流结束， 决策点用菱形表示。
§11.1 系统动态模型
2．顺序图 -管理员盘点过程顺序图
顺序图的用途是 用来表示用例中 行为的时间顺序。 当执行一个用例 行为时，顺序图 中的每条消息对 应一个类操作或 状态机中引起转 换的触发事件。
§11.1 系统动态模型 2．顺序图 -商品管理顺序图
顺序图的用途是 用来表示用例中 行为的时间顺序。 当执行一个用例 行为时，顺序图 中的每条消息对 应一个类操作或 状态机中引起转 换的触发事件。