第二章系统分析之建模
第二章-1-建模的基本概念-电路-传递函数-方块图
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引言
系统建模
模型是实际物理系统的抽象，它是对实际物理系统作简化 假设的结果。 模型提取系统的相关物理特征，从而描述相应的系统特性。 因此，同一个物理系统可以由若干不同的模型描述，这些 模型对应着不同的、待研究的系统特性。 例：晶体管分别具有高频模型和低频模型。 同一个模型可以对应不同的实际物理系统（如，弹簧-质 量-阻尼系统和电阻-电感-电容电路都可以由二阶线性微分 方程描述）。
我们将利用实际物理系统的定量数学模型来进行控制系统的 分析与设计。系统动态行为通常由常微分方程描述。 我们将研究多种类型的物理系统，包括：电气系统、机械系 统、热力系统、液压系统等。由于绝大多数物理系统是非线性 系统，我们还将讨论线性近似方法，以便于利用拉普拉斯变换 方法进行分析。 我们将推导以传递函数形式描述的元件及子系统的输入输出 关系。 我们将会把传递函数方块引入方块图或信号流图，以图的形 式描述系统结构。
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电路及组成
例2：电阻电感电容（RLC）串联电路
在图2.2中, R, L, C 为已知常数, e(t) 是输入；uc(t)（可以是其他变量）
是输出。请列写关于电路输出 uc(t) 和输入 e(t) 的方程。
第一步: 根据基尔霍夫定律
v L + v R + vC = e
e
1 LDi + Ri + i=e CD
线性代数基本概念
线性代数基本概念 基本概念回顾: 向量、矩阵 转置矩阵 矩阵加减运算 矩阵与矩阵相乘运算 矩阵与标量相乘运算 单位矩阵 矩阵的微分 矩阵的积分
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状态的基本概念
状态的基本概念
系统微分方程是输入输出模型，它仅仅描述了系统 输入变量与输出变量之间的关系。 -----经典控制理论模型
系统分析第二章系统分析ppt
系统分析第二章系统分析ppt一、模型与模型化简介模型化模型化就是为描述系统的构成和行为，对实体系统的各种因素进行适当筛选，用一定方式（数学、图像等）表达系统实体的方法。
------构模的过程3.模型（化）的地位与作用3.模型（化）的地位与作用地位：4.模型的分类概念模型：通过人们的经验、知识和直觉形成的。
形式上分为思维、字句或描述的。
5.建立模型的一般原则①建立方框图6.建模的基本步骤①明确建模的目的和要求；②对系统进行一般语言描述；③弄清系统中的主要因素及其相互关系；④确定模型的结构；⑤估计模型的参数；⑥实验研究；⑦必要修改。
7.模型化的基本方法（4）老手法：2、系统结构的表达方式二元关系的性质二元关系的集合系统结构的表达方式有向连接图：图的基本的矩阵表示，描述图中各节点两两间邻接的关系,记作A。
矩阵A的元素aij定义：汇点：矩阵A中元素全为零的行所对应的节点。
在可达矩阵中存在两个节点相应的行、列元素值分别完全相同，则说明这两个节点构成回路集，只要选择其中的一个节点即可代表回路集中的其他节点，这样就可简化可达矩阵，称为缩减可达矩阵,记作Mˊ。
（1）区域分解：将系统元素分成相互独立的子系统（2）级位分解：对各子系统元素进行分级（3）提取骨架矩阵（4）画有向图将M分级重新排列实现某一可达矩阵M、具有最小二元关系个数（“1”元素最少）的邻接矩阵叫做M的最小实现二元关系矩阵，即骨架矩阵，记作A’。
骨架矩阵(二)解释结构模型技术(ISM)(InteractiveStructureModeling）1.作用：主要描述系统构成元素之间的关联关系，主要适用于一些宏观问题的定性分析。
2.任务：通过构造解析将复杂的系统分解成条理分明、多级递阶的结构形式（结构图）ISM技术的基本思想：ISM技术的核心：通过各种创造性技术，提取问题的构成要素，利用有向图、矩阵等工具和计算机技术，对要素及其相互关系等信息进行处理，最后用文字加以解释说明，明确问题的层次和整体结构，提高对问题的认识和理解程度。
(完整版)第二章模型化
第二章 系统模型与模型化第一节 概述一、模型及模型化的定义模型可以说是现实系统的替代物。
模型应反映出系统的主要组成部分、各部分的相互作用，以及在运用条件下的因果作用及相互关系。
模型是现实系统的理想化抽象或简洁表示，它描绘了现实系统的某些主要特点，它是为了客观地研究系统而发展起来的。
模型有三个特征：①它是现实世界部分的抽象或模仿；②它是由那些与分析的问题有关的因素构成； ③它表明了有关因素间的相互关系。
模型是描述现实世界的一个抽象。
在构造模型时，要兼顾到它的现实性和易处理性。
考虑到现实性，模型必须包含现实系统中的主要因素。
考虑到易处理性，模型要采取一些理想化的办法，即去掉一些外在的影响并对一些过程作合理的简化。
二、模型化的本质、作用及地位模型化就是为描述系统的构成和行为，对实体系统的各种因素进行适当筛选后，用一定方式（数学、图象等）表达系统实体的方法。
简言之就是构模的过程。
1 本质：利用模型与原型之间某方面的相似关系，在研究过程中用模型来代替原型，通过对于模型的研究得到关于原型的一些信息。
这里的相似关系是指两事物不论其自身结构如何不同，其某些属性是相似的。
2 作用：①模型本身是人们对客体系统一定程度研究结果的表达。
这种表达是简洁的、形式化的。
②模型提供了脱离具体内容的逻辑演绎和计算的基础，这会导致对科学规律、理论、原理的发现。
③利用模型可以进行“思想”试验。
3 地位：模型的本质决定了它的作用的局限性。
它不能代替对客观系统内容的研究，只有在和对客体系统内容研究相配合时，模型的作用才能充分发挥。
模型是对客体的抽象，由它得到的结果，必须再回到现实中去检验。
系统模型（化）的作用与地位如图4－1所示。
图4－1 模型的作用与地位三、模型的分类一般说来，模型可按图4－2所示进行分类。
概念模型是通过人们的经验、知识和直觉形成的。
符号模型用符号来代表系统的各种因素和它们间的相互关系。
这种模型是抽象模型。
它通常采用图示或数学形式，一般分为结构模型和数学模型。
控制系统中的系统建模与分析
控制系统中的系统建模与分析在控制系统中，建模分析是十分重要的一环。
通过对系统进行精细的建模，可以实现对系统的深刻理解，为控制系统的设计提供支持和依据。
本文将介绍控制系统中的系统建模与分析，帮助读者更好地理解和应用控制系统。
一、控制系统简介控制系统是一个涉及工程、数学、物理、计算机等多个学科的复杂系统，它的作用是在符合一定性能指标的前提下，使系统达到一定的预定目标。
常见的控制系统包括飞行器控制系统、汽车自动驾驶系统、机器人控制系统等。
二、系统建模1. 建模方式在控制系统中，系统建模有两种主要方式：基于物理方程（物理建模）和基于实验数据（数据建模）。
物理建模是通过物理学、力学、电学等学科，建立控制对象的系统模型，包括状态空间模型、传递函数模型等。
物理建模效果较好，其模型能够准确地反映控制对象的物理特性。
但是物理建模需要精通相关物理学原理和数学知识，建模难度较大。
数据建模是通过采集已知控制对象的实验数据，利用机器学习等方法，建立控制对象的模型。
数据建模对专业知识的要求相对较低，但是数据采集和处理需要耗费时间和精力，并且在建立模型中可能存在误差。
2. 建模过程系统建模的目的是利用数学模型描述和分析实际系统，从而实现对系统的控制。
建模过程可以分为以下几步：（1）收集系统信息：了解控制对象的系统结构、工作原理、性能指标等相关信息。
（2）选择建模方法：选择合适的建模方法，根据具体情况进行物理建模或数据建模。
（3）建立模型：针对控制对象的工作原理和性能指标，建立相应的数学模型。
（4）验证模型：对建立的模型进行测试和验证，检验其准确性和可靠性。
（5）优化模型：根据验证结果对模型进行调整和优化，实现对模型的完善和精细化。
三、系统分析1. 稳定性分析稳定性是控制系统中最基本的性质之一。
稳定性分析可分为稳定性判据和稳定性分析两方面。
稳定性判据是建立在数学理论基础上，针对控制系统建立一系列的稳定性判定定理，如Routh-Hurwitz准则、Nyquist准则等，根据这些判据来判断控制系统的稳定性。
《系统分析及建模》PPT课件
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难题之二
❖ 开发人员与用户之间存在着专业知识的鸿沟。俗话讲，隔行如隔山， 专业知识的壁垒构成了开发人员与用户间的沟通障碍。然而，开发活 动恰恰要求必须由用户来确认系统分析说明的准确性和完整性，必须 确保开发人员完整、准确地理解了用户心目中对新系统的真实要求。 开发人员也必须努力准确理解和表述用户的需求，因此，这个阶段的 活动难度非常大。
与计划
划的制订
含计划） （或签协议、订合同）
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4.2 系统分析的内容与主要活动
活动名称
目标
关键问题
主要成果 （产品）
管理决策
3
现行系统调查
详细调查现行系统 的工作过程，建立 现行系统的逻辑模 型，发现现行系统 存在的主要问题。
现行系统的结构业 务流程和数据的详 细分析，确认存在 的问题（结构化遍 历3W+1H）
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4.2 系统分析的内容与主要活动
系统分析的基本内容： 系统分析阶段需要对管理信息系统的下列问题进行调研和分析：
（1）确定新系统的目标。 （2）系统的总体结构描述。 （3）子系统功能描述： （4）子系统数据分析： （5）数据输入输出描述： （6）确定技术性能指标，包括可靠性、安全保密性、适用性、可维护性和可移
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本章内容
❖ 4.1系统分析的目标 ❖ 4.2系统分析内容和主要活动 ❖ 4.3需求分析的重要性 ❖ 4.4系统分析面临的主要问题 ❖ 4.5系统分析相关概念 ❖ 4.6建模 ❖ 4.7 需求分析说明书的编写
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3
4.1 系统分析的目标
❖ 系统分析、系统设计和系统实施构成系统开发周期的三个主要阶段。 系统分析是开发人员和用户共同参与的一项活动。这一阶段的主要任 务是充分挖掘和理解用户对新系统的要求，并将其明确表述成一份书 面资料。这份资料的主要内容就是新系统的逻辑模型，这就是系统分 析说明书，又称用户需求说明书。
系统分析与设计第2章
计算机
菜单
显示器
CPU
列表框
按钮
内存
键盘
§2.3.2 对象和类的提取和确定
三、类之间的关系 4.接口和实现关系 接口：也是一个类，接口用于描述类或组件必 须实现的契约。 实现关系：一个类元描述了另一个类元保证实 现的契约。
<<interface>> Interface Interface
§2.3.2 对象和类的提取和确定
三、类之间的关系 3.关联关系:关联是一种结构关系，代表类的 对象（实例）之间的一组连接（链）。 （1）关联的属性 ①名称 ②角色：
人员
雇用
公司
§2.3.2 对象和类的提取和确定
三、类之间的关系 ③多重性：通常需要说明一个关联实例中有多少 个相互连接的对象，这就是关联的多重性。
§
2.3.1 对象图、类图
二、对象图 对象图(Object Diagram) 是显示了一组对象和 他们之间的关系。对象图可以看作是类图的一个 实例。 1.对象图的定义 对象图中通常含有：对象和连接。对象图也可 以像其他的图一样，包含注解、约束、包或子系 统。 2.理解对象图的方法 (1) 识别出对象图中所有的类。 (2) 了解每个对象的语义及对象之间连接含 义。
§2.3.2 对象和类的提取和确定
三、类之间的关系 1.泛化（继承）关系 泛化关系指类之间的“一般与特殊关系”。 通常称一般元素为父类，称特殊元素为子类。 子类继承父类的特性（属性、操作、关联等）， 同时可以有自己的特性。 单继承 多继承 继承有传递性
客户 学生
个人客户
团体客户
大学生
中学生
§2.1.3加速系统分析法
加速系统分析法强调构造原型，以便更快速地
第二章系统模型与系统分析
第二章系统模型与系统分析一、系统模型系统模型是指对一个系统进行抽象和描述，用以揭示其内部结构、运行规律和相互关系的方法和工具。
系统模型是系统分析的基础，通过构建系统模型可以更好地理解和分析系统的特性和问题。
1.系统模型的分类系统模型可以分为静态模型和动态模型两类。
静态模型描述了系统的结构和组成部分，包括系统的元素、关系和属性。
常用的静态模型方法有系统框图、数据流图和实体关系图等。
动态模型描述了系统的行为和变化过程，主要包括状态转换和信息流动。
常用的动态模型方法有状态转换图、时序图和活动图等。
2.系统模型的构建方法构建系统模型的方法有多种，常用的方法有层次分析法和系统动力学方法。
层次分析法是一种定性和定量相结合的分析方法，通过对系统进行层次划分，分析各层次元素的相互关系和影响程度，从而得出系统的总体性能。
系统动力学方法是一种动态系统建模和仿真的方法，通过建立差分方程或微分方程来描述系统的演化过程，在不同的时间段内模拟系统的运行过程和结果。
二、系统分析系统分析是指对一个系统进行全面深入地研究和分析，以了解其内部机制、运行规律和问题点，为系统的优化改进提供依据。
1.系统分析的步骤系统分析通常包括问题定义、数据收集、系统描述、模型建立、模型验证和模型求解等步骤。
问题定义阶段需要明确研究的目标和内容，确定问题的范围和界限。
数据收集阶段需要收集系统运行所需的数据和信息，包括实际运行数据和用户需求等。
系统描述阶段需要对系统进行全面的描述和分析，包括系统的功能、结构和性能等。
模型建立阶段需要根据系统描述构建数学模型，用以描述系统的运行过程和规律。
模型验证阶段需要对建立的模型进行验证和评估，确保模型的有效性和准确性。
模型求解阶段需要利用建立的模型进行仿真和优化，找出系统的优化方案和改进措施。
2.系统分析的工具和技术系统分析常用的工具和技术包括面向对象分析、数据流图、系统动力学、Petri网等。
面向对象分析是一种以对象和类为核心的分析方法，通过建立对象模型和类模型来描述系统的结构和行为，强调系统的模块化和可重用性。
[交通运输]公共管理定量分析2 系统模型与系统分析
![[交通运输]公共管理定量分析2 系统模型与系统分析](https://img.taocdn.com/s3/m/5b09a5fdad51f01dc281f191.png)
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定量分析方法
为什么要使用系统模型
模型的作用：
– 可以对难以进行实体实验的系统进行预测和分析； – 可以具体地反映出复杂问题的逻辑关系和数量关系； – 可以对系统进行优化，以及方案间的比较和优选。
模型的意义：
– 模型可以超脱现实而不受其约束，可以试验、优化， 从而节省大量的人力、物力、财力和时间。
模拟模型：与现实系统具有共性的、可控的实体和条 件，来模拟系统行为特性的模拟物或计算机软件。
– 优点：可以解决用其他方法无法解决的问题，建模过程符合人 们的一般思维，不要求过高的数学水平； – 缺点：要求对系统有全面、深入的了解；造价较高，一般是求 得问题的近似解。
数学模型：用数学符号和数学方程式来描述系统。
定量分析方法
系统建模的遵循原则是：
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2019/1/29
系统建模方法
根据系统对象的不同，则系统建模的方法可分为
推理法
实验法
统计分析法 混合法和类似法
根据系统特性的不同描述，则系统建模的方法可以有 状态空间法、结构模型解析法（ISM）以及最小二乘估 计法（ LKL）等。其中，最小二乘估计法（LKL）是一 种基于工程系统的统计学特征和动态辨识，寻求在小 样本数据下克服较大观测误差的参数估计方法，它属 于动态建模范畴。
3.
4.
5.
重复步骤(3)和(4)，分别形成小组、中组和大组，但对难以编组的卡片不 要勉强地编组，可把它们单独放在一边。
把小组(卡片)放在桌子上进行移动，根据小组间的类似关系、对应关系、 从属关系和因果关系等进行排列。 将排列结果画成图表，即把小组按大小用粗细线框起来，把一个个有关 系的框用“有向枝”(带箭头的线)连接起来，构成一目了然的整体结构 图。 观察结构图，分析其含义，取得对整个问题的明确认识。
第二章_对象特性和建模
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第二节 机理建模
举例
溶解槽及其 反应曲线
纯滞后时间
显然， 与皮带输送机的传送速度v和传送距 显然，纯滞后时间τ0与皮带输送机的传送速度 和传送距 L 有如下关系： 离L有如下关系： 有如下关系 τ = （2-16） ）
0
v
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第二节 机理建模
x为输入量 为输入量
x (t − τ 0 ), y= 0, t ≥τ0 t ≤τ0
Y (s ) bm s m + bm −1 s m −1 + ⋅ ⋅ ⋅ + b1 s + b0 G (s ) = = X (s ) a n s n + a n−1 s n−1 + ⋅ ⋅ ⋅ + a1 s + a0
（2-8） ）
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第一节 数学模型及描述方法
对于一阶对象,由式 (2-4)两端取拉氏变换,得 对于一阶对象, (2-4)两端取拉氏变换, 两端取拉氏变换
过程的输入、 图2-1 过程的输入、输出量
3
？
第一节 数学模型及描述方法
过程的数学模型分为静态数学模型和动态数学模型
基础
静态数学模型
特例
动态数学模型
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第一节 数学模型及描述方法
用于控制的数学模型（ 、 ）与用于工艺设计与分析 工艺设计与分析的数学 用于控制的数学模型（a、b）与用于工艺设计与分析的数学 控制的数学模型 模型（ ）不完全相同。 模型（c）不完全相同。 一般是在工艺 流程和设备尺 寸等都确定的 情况， 情况 ， 研究过 程的输入变量 程的 输入变量 是如何影响输 出变量的。 出变量的。
对象可以用一阶微分方程式来描述, 对象可以用一阶微分方程式来描述, 但输入变量与 输出变量之间有一段时滞τ 输出变量之间有一段时滞 0
第2章 信息系统建模
第2章 信息系统建模 UML采用一组图形符号来描述软件模型，这些图 形符号具有简单、直观、规范的特点。因而UML的特 点是：开发人员学习和掌握起来比较简单；所描述的 软件模型可以直观地理解和阅读；由于具有规范性， 所以能够保证模型的准确、一致。 2. UML的基本内容 作为一种对客观系统的建模语言，UML提供了描 述事物实体、性质、结构、功能、行为、状态、关系 的建模元素，并通过一组图来描述由建模元素所构成 的多种模型。UML的建模元素包括基本建模元素、关 系元素和图三大类，见图2.10。
测试
建立测试模型
细化 迭代1 迭代2
…
…
…
…
…
迭代n -1 迭代n
图2.9 信息系统建模过程
第2章 信息系统建模 2.1.4 信息系统建模语言 信息系统建模语言是描述信息系统模型的规则符号集。 信息系统建模语言与信息系统开发方法和开发过程有关，不 同的开发过程规定了不同的开发步骤和开发工作，不同的开 发方法规定了不同的建模语言。像结构化方法就采用数据流
第2章 信息系统建模
模型分析
需求理解
现实系统
建立模型
模型
图2.1 建模过程
第2章 信息系统建模 2. 信息系统模型 信息系统属于智能性系统，在信息系统中蕴藏着大量的 信息、知识、方法和技术。信息系统无论是在开发过程中， 还是在开发成功之后，都不具备其它简单物质系统的形态外 显性。信息系统这种深刻的包藏性，给信息系统的开发带来 了极大的困难，使得在整个信息系统开发过程中，人们对它 难以把握和描述。为了工程化、有效地开发信息系统，人们 除了寻求有效的开发方法，严密地组织工程过程之外，还需 要在开发的各个阶段，以某种有效的形式把信息系统描述和 表现出来，这样开发人员才能够有针对性地进行交流和讨论。 我们把通过确定的形式，对信息系统本质特性的描述称为信 息系统建模，而所描述的结果称为信息系统模型。
第二章-系统分析—结构化分析方法
1、结构化方法概述
一种面向数据流的传统软件开发方法，以 数据流为中心构建软件的分析模型和设计 模型。
结构化分析(Structured Analysis
分为：
简称SA) 结构化设计(Structuresd Design 简称SD) 结构化程序设计(Structured Programmin 简 称SP)
1、结构化方法概述
主要思想：抽象与自顶向下的逐层分解 (控制复杂性的两个基本手段)
抽象：在每个抽象层次上忽略问题的内部复杂
性，只关注整个问题与外界的联系。 个最底层的问题都足够简单为止。
分解：将问题不断分解为较小的问题，直到每
抽象：从作为整体的软件系统开始(第一层),每一 抽象层次上只关注于系统的输入输出。 分解：将系统不断分解为子系统、模块…… 随着分解层次的增加，抽象的级别越来越低，也 越接近问题的解(算法和数据结构)。
（1）源或宿
存在于软件系统之外的人员或组织，表示软件系 统输入数据的来源和输出数据的去向，因此也称 为源点和终点。
例如，对一个图书馆信息管理系统而言 读者向系统提供查询条件(输入数据流)，所以读者是管理系统 的一个源 管理系统向供货商发出购书请求（输出数据流），所以供货商 是管理系统的一个源
经理
图书库存 库存状态 库存查询 书库 管理
入库单
采购单
帐务数据库
图书代理 商
数据流图的扩充符号
描述一个加工的多个数据流之间的关系
星号(＊)：表示数据流之间存在“与”关系
所有输入数据流同时存在时，才能进行加工处理 或加工处理的结果是同时产生所有输出数据流 至少存在一个输入数据流时才能进行加工处理 或加工处理的结果是至少产生一个输出数据流
第二章 需求分析与数据建模
9、数据分类
• （1）结构化数据
• 是带有表头的表结构数据，数据按行和列组织
• （2）非结构化数据，
• 没有具体的数据模型，通常可以建立一个包含“编号”“内容描述”和“内容（指向）”的表 来实现与“数据”的对应。
• （3）半结构化数据，
5、项目解决方案的优化
• （1）重做需求分析，确认现存问题，重新提出有针对性的解决措施。 • （2）重新梳理项目业务的特点和流程，根据特点和流程进行二次设计。 • （3）检查项目基本需求、关键需求和未来变化的需要，改进解决方案。
6、常用数据库管理软件介绍（补充）
• 关系数据库：
• （1）Oracle Database，简称Oracle， • （2）SQL Server数据库是一款RMDBS数据库。 • （3）Microsoft Office Access • （4）PostgreSQL是一个开源数据库系统
第二章 需要分析与数据建模
1、需求分析的概念
• 是指对用户的业务活动进行分析，也指对要解决的问题进行详细分析，弄清楚问题 的要求，包括需要输入什么数据，要得到什么结果，最后应输出什么。
• 需求分析，简单地说就是分析用户的具体实际需求，是设计数据库的基本和起点。
• 项目需求分析最重要的目标是弄清楚该系统究竟要“做什么”。
• 机器世界又称数据世界，信息世界中的信息经过抽象和组织，以数据形式存储在计 算机中，就成为机器世界。
• 机器世界的描述：
• 1．字段：字段用来标记实体的一个属性，它是可以命名的最小信息单位。 • 2．记录：一条记录可以描述一个实体。 • 3．文件：文件是同一类记录的集合。 • 4．关键字：关键字是可以唯一标识一条记录的字段，它可以是一个字段，也可以是多
第二章 机电一体化系统数学建模(新)ppt课件
k m
mdd2 tx2 bd dx tK xmd d2 tx 21f(t)
d dt22 x2nd dx tn2xa(t)fm (t)
自然频率
n
K m
阻尼比
b 2 Km
b
x1
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2.1 质点平移系统
问题1 解答：
d dt22 x2nd dx tn2xa(t)fm (t)
X F 1 ( ( s s ) ) m 1 m 2 s 4 B ( m 1 m 2 ) s 3 ( K 1 m B 1 s K K 1 1 m 2 K 2 m 1 ) s 2 K 2 B s K 1 K 2
X F 2 ( ( s s ) ) m 1 m 2 s 4 B ( m 1 m 2 ) s 3 ( m K 1 s 1 m 2 1 B K s 1 m K 2 1 K 2 m 1 ) s 2 K 2 B s K 1 K 2
(a) (a)
1
11M MM (b)
(b) (b)
222
M(t)Jd2 Jd
dt2 dt
m 2 s 2 X 2 ( s ) F ( s ) B s [ X 2 ( s ) X 1 ( s ) ] K 1 [ X 2 ( s ) X 1 ( s ) ] K 2 X 2 ( s )
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9
2.1 质点平移系统
问题2 解答：
m1
k1
m 1 s 2 X 1 ( s ) B s [ X 1 ( s ) X 2 ( s ) ] K 1 [ X 1 ( s ) X 2 ( s ) ]
解答： m 1d d2 tx 21B(d d xt1d d xt2)K 1(x1x2)
系统分析及软件建模
系统分析及软件建模如果眼光仅仅放在满足客户眼下的需求，当问题不断出现时再不断修补，头痛医头，脚痛医脚，甚至系统构架需要不断调整或重新设计，那么，很快就会陷入代码泥潭或坠入系统重复开发的无底深渊，当初项目完成时的成就感将被无止境的沮丧所代替。
系统分析决定系统开发的成败，软件建模使系统开发走向成熟。
一：系统分析在网站项目管理中的地位在进行了需求分析和业务流程分析并得到客户的认可之后，对项目进行系统分析是极其重要的。
系统分析是能体现整个系统的灵魂的文档，将客户的需求从具体到抽象的一个过程，并制定编码人员可实施的规范和标准。
由于Web应用技术发展的历史相对与软件的历史短得多，在开发网络应用系统尤其是网站制作的系统设计中设计人员往往对系统分析重视的不够，特别是设计一些初期比较简单的或交互及功能较少的网站时，主要原因通常为：客户初期的需求比较简单，忽略了客户潜在的巨大需求；项目实施周期短，初期阶段采用最快的而不是最合理的实现手段；经费有限，难以支付高质量的人力费用；Web编程技术手段多样，容易上手，设计人员参差不齐；从现实中来看，网站项目的开发与管理和实施远不如软件工程规范，在编程语言、数据库、通信协议、应用服务器等相关环境都在不断快速发展和完善的情况下，的确很难期望每一个设计师都能网站项目进行系统的合理的分析，从而制定一套跨平台、健壮的、易扩展和升级的系统方案。
但是，这并不能成为系统分析员逃避或懈怠的借口，如果把一个系统比做一部汽车，系统分析的工作相当于设计发动机，也许很容易就想像的出用125cc的摩托车发动机去牵引10吨重载卡车会是一个什么样的后果。
在系统分析的过程中需要对需求分析进行进一步的深化和分析，通常客户及业务人员在需求分析和流程分析的过程中比较注重功能上的表现和定义，即使是做出正规的用户界面原型，对系统的需求也是不完整的，处于非技术人员的缘故，很难苛求能提出完整清晰专业的性能需求，但不意味着这需求不存在，而且这隐藏的需求对编码人员来说是极其重要的。
系统建模的原理与方法
系统建模的原理与方法随着大数据和信息时代的到来，系统分析和建模扮演了越来越重要的角色。
而系统建模则是解决问题和优化问题的重要手段。
那么系统建模是什么？它有哪些原理和方法呢？本文将会就此问题进行深入探讨。
一、什么是系统建模？系统建模是指根据具体问题和要求，利用适当的数学方法、图形方式、模拟方法及工具软件等手段，将研究对象的内在联系、性质、结构、特征、规律等方面抽象出来，并进行描述、分析、说明和预测的过程。
系统建模的结果可以是一个理论模型、实际模型、仿真模型，也可以是决策模型等多种形式，以期有效实现对目标系统的研究和控制。
系统建模常用于实际问题的分析和求解，它被广泛地应用在工科、管理、经济、社会科学等领域，如金融风险管理、市场分析、质量控制、环境管理、物流优化等。
二、系统建模的原理系统建模中的原理主要包括系统思考、系统论、模型理论、信息论和控制论五个方面。
1. 系统思考系统思考主要考虑整个问题背景，了解相关的因素和变量以及它们之间的复杂关系。
在系统建模过程中，则需要考虑各种因素的作用和相互作用，理清各种逻辑关系。
2. 系统论系统论是指把研究对象看成一个有机的整体，强调系统的整体性、动态特性和层次性。
在系统建模过程中，则需要通过分析主要成分，确定系统的决策指标，以便准确了解问题的本质。
3. 模型理论模型理论则是指利用数学和逻辑等方法来描述研究对象的本质和规律。
在系统建模过程中，则需要通过寻找合适的模型来描述问题，管理和预测相关数据。
4. 信息论信息论主要是研究信息的生成、存储、传输、处理和利用等方面的问题。
在系统建模中，信息论可以帮助人们分析各种信息的传输过程，提高信息的获取和利用效率。
5. 控制论控制论则是指控制和改进系统状况的方法和技术。
在系统建模过程中，则需要通过采用各种控制策略来调节研究对象的状态和特性，以改善其运行效果。
三、系统建模的方法在系统建模中，可以采用的方法包括因素分析法、层次分析法、结构方程模型、马尔可夫模型、差分方程模型等多种方法。
系统工程---第二章 系统分析与评价
（3）局部利益和整体利益相结合
（4）定量分析和定性分析相结合
山东理工大学管理学院
2.1 系统分析概述
2.1.3 系统分析的原则
（1）内部因素和外部因素相结合
在建立一个工厂或实施一 个方案时，不仅要从目前 利益出发，而且还要考虑 到将来的利益。如果采用 的方案，对目前和将来都 是有利的，这当然是最理 想的。当长远利益与当前 利益发生矛盾时，就要从 实际出发，根据各种要素 认真权衡利弊、慎重考虑。 如：毁林造田，英国与德 国的工业发展，牧民定居？
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模型
效果（+）
+
2.1 系统分析概述
2.1.3 系统分析的原则
（1）内部因素和外部因素相结合 （2）当前利益和长远利益相结合
构成一个系统，不仅受到内 部因素的影响，而且也受到 外部条件的制约，例如设计 一个企业，作为一个系统， 不仅要受到企业本身的各种 因素的，如生产类型、生产 过程、生产环节、物流和信 息流的相互制约，而且要受 到外部自然环境、市场状况、 协作和运输情况等外部因素 的影响。所以进行系统分析 时，必须把内部因素和外部 条件结合起来综合分析。
一个系统是由若干个子系统构 成的，如果每个子系统的效益 是好的，组织起来的总系统的 效益也是好的话，这当然是最 为理想的，但实际中却往往很 难做到这一步。
例如：两人得、失和问题 方案1 方案2 方案3 得： 5 4 1 失： -4 -2 -1 追求局部最优，但不是 整体最优
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2.1 系统分析概述
硬件模型 软件模型
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2.2 系统模型化
2.2.4 系统模型的作用
（1）直观和定量; （2）应用范围广、成本低;
系统分析之建模PPT课件
加工逻辑：
处理过程名：工资分配
输入数据：工资结算单(汇总表)
输出数据：工资费用分配表
处理逻辑：各车间根据工资结算单，按产品种类或批
别，分别分配管理人员工资和生产工人工资，并按比
例提取福利基金。
39
6、外部实体条目 条目格式如下：
关于命名
要对数据流、加工、数据存储等 命名，还要对加工进行编号
原则: (1)数据流和数据存储名应能反 映其具体内容，而不仅仅反映其 某些成分；切忌使用空洞缺乏含 义的名字（如数据、信息、输入 等）； (2) 加工名要反映整个处 理的功能，最好由一个具体的及 物动词加宾语组成，避免用动词 作为名字； (3) 源点/终点采用 问题域习惯命名(如采购员14 ，学 生，领导等)
4、关系：各个数据对象的实例之间有关联。
如一个学生“张鹏”选修两门课程“软件工程”与 “计算机网络”，学生与课程的实例通过“选修”关44 联起来。
✓实例的关联有三种： ✓一对一(1:1)； ✓一对多(1:m)； ✓多对多(n:m)。
式——输入/输出/本地，条件值等。 控制信 息：来源，用户，使用它的程序，改变权， 使用权等。 分组信息：父结构，从属结构， 物理位置----记录、文件和数据库等。
33
1、数据元素条目 数据元素名： 类型： 长度：
取值范围：
数据项名：凭证号 类型：数值 长度：6位（含小数一位）
取值范围：1000.0～4999.9
✓ 分解度：一般每一个加工每次分解最多不要超
过７个子加工，应分解到基本加工为止。
16
▪ 子图与父图的“平衡”
✓父图中某加工的输入输出数据流应该同其
第二章 混合动力系统动态特性研究与建模
第二章 混合动力系统动态特性研究与建模
第二章 混合动力系统动态特性研究与建模
2.1 引言
计算机仿真是控制策略设计的有力工具[68,71,103,104]， 仿真分析有助于深入理解混 合动力系统的工作过程和分析控制策略中占主要影响的动力学因素，快速验证控制 策略，减少不必要的样车制造和实车试验，缩短开发周期，降低开发成本。在控制 策略设计中，系统部件模型还可以用来定量分析整车的能量消耗，建立能量消耗模 型，用于算法设计。此外，在整车方案设计时，可以用整车仿真程序来评估整车性 能，验证方案设计，以及对方案进行优化设计等。因此，混合动力系统建模的用途 有：控制策略仿真、能量消耗建模和整车优化设计。本文只涉及前两个用途，其中 能量消耗建模将在第六章中涉及。 SIMPLEV[116]是早期著名的电动汽车仿真程序，由美国Idaho国家工程与环境实 验室于上世纪九十年代初开始开发，主要用于纯电动汽车和串联型混合动力汽车的 仿真分析，功能有限。由于其源代码采用BASIC语言编写，给软件的维护和升级带 来了很大困难，同时，模型库不容易扩充，使用起来不方便。 1990s年代以后，随着MatrixX、EASY5、Simulink等面向对象的图形编程环境 系统仿真软件包的出现和发展，混合动力汽车的仿真程序开始采用系统仿真软件包 开发[111]，其中尤以基于MATLAB环境的Simulink软件包应用最为广泛。Simulink提 供了一个用Simulink模块建立系统框图和仿真的环境，由于其强大的功能，使得它 成为了汽车电子、航空航天和自动控制领域仿真的首选工具。目前采用 MATLAB/Simulink 开发的混合动力汽车仿真程序有：美国国家可再生能源实验室 （NREL） 开发的ADVISOR[104,105]， 美国Texas A&M大学开发的V-Elph[106]， 美国Ohio 州 立 大 学 开 发 的 VP-SIM[107,108] ， 英 国 伦 敦 帝 国 大 学 开 发 的 HEVSIM[109] ， 美 国 Michigan大学开发的HE-VESIM[110,111]，荷兰TNO公司开发的ADVANCE[112]，意大利 比萨大学和意大利国家能源与环境局联合开发的Hy-Sim[113]，以及法国国家交通与 安全研究院开发的 VEHLIB[114,115] ，此外还有美国 Argon 国家实验室的 PSAT[80,81] 等 等，Hauer在其博士论文中[116]对以上几个比较有影响的仿真程序作过比较全面的介 绍。 目前混合动力汽车仿真有两种基本方法， 即后向仿真和前向仿真[116]， 分别如图 2-1 和 2-2 所示。在混合动力汽车中，把从动力装置到车轮的方向，即动力传递的方 向称为正方向，顺着这个方向的称为“正向”或“前向” ，其逆方向称为“反向”或
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4、数据存储条目 数据存储条目主要说明由哪些数据项组成， 存储方式和存取频率等。条目格式如下： 数据存储名： 组成： 存储方式： 存储频率：
数据存储名：现金日记账 组成：月份＋日期＋摘要＋收入＋支出＋结存 存储方式：顺序 存储频率：20笔∕天
5、处理过程条目 处理过程条目主要说明处理的输入数据、输 出数据及其加工逻辑等。条目格式如下： 处理过程名： 输入数据： 输出数据： 加工逻辑：
处理过程名：工资分配 输入数据：工资结算单(汇总表) 输出数据：工资费用分配表 处理逻辑：各车间根据工资结算单，按产品种类或批 别，分别分配管理人员工资和生产工人工资，并按比 例提取福利基金。
6、外部实体条目 条目格式如下： 名称： 输入数据： 输出数据： 说明：
存折的格式
存折的数据字典
存折＝户名＋所号＋帐号＋开户日＋性质＋ （印密）＋1{存取行}50 户名＝2{字母}24 所号＝“001”..“999” 帐号＝“00000001”..“99999999” 开户日＝年＋月＋日 性质＝“1”..“6” 注：“1”表示普通户，“5” 表示工资户等 印密＝“0” 注：印密在存折上不显示 存取行＝日期＋（摘要）＋支出＋存入＋余额 ＋操作＋复核
它们共同构成了系统的逻辑模型：
没有数据字典，数据流图就不严格； 没有数据流图的数据字典难以发挥其作用。
数据字典
数据字典是数据流图中所有元素定义的集合。 数据字典的作用在于：
在软件分析和设计过程中为人们提供有关数据的描述信息。
通常，我们把数据字典和数据流图结合使用。
它们共同构成了系统的逻辑模型：
定货 报表
采购员
定货 信息
D2: 定货信息
1层：功能级数据流图
DFD的用途
1. 画数据流图的基本目的是利用它作为交 流信息的工具。 2. 数据流图的另一个主要用途是作为分析 和设计的工具。 可以根据系统的逻辑模型考虑系统的 物理实现。当用数据流图辅助物理系统 的设计时，以图中不同处理的定时要求 为指南，能够在数据流图上画出许多组 自动化边界，每组自动化边界可能意味 着一个不同的物理系统。
3、数据流条目 数据流条目主要说明数据流条目是由哪些数 据项组成的，以及数据在单位时间内的流量，它 的来源、去向等。 条目格式如下： 数据流名： 组成： 流量： 数据流名：银行对帐单 来源： 组成：月份＋日期＋银行支票＋金额 去向：
流量：2张∕3天，每张约40笔数据 来源：开户银行 去向：资金管理组
D1: 库存清单 库存信息表 仓 库 事务 管理员 1 处理 事务 2 产生 报表 定货 报表
采购员
定货信息
定货信息 D2: 定货信息
0层：功能级数据流图
D1: 库存清单 库存信息表 事务 1.1 事务 接收 事务 库存 信息 1.3 处理 定货 定货 信息 2 产生 报表
仓 库 管理员
1.2 更 新 库 存 清 单
• 数据流图对更详细的设计步骤也 有帮助。 本书第四章将讲述从数据流图出 发映射出软件结构的方法——面 向数据流的设计方法。
数据字典
数据字典是数据流图中所有元素定义的集合。 数据字典的作用在于：
在软件分析和设计过程中为人们提供有关数据的描述信息。
通常，我们把数据字典和数据流图结合使用。
合理使用文件
当文件作为某些加工之间的交界面时，文
件必须画出来；一旦文件作为数据流图中 的一个独立成份画出来了，那么他同其他 成份之间的联系也应同时表达出来。
数据流平衡
S 1
3 2
3.1 3.3 3.2
4
考察下图中子父图的平衡
T A B 1 M 3 C
N
2.1 P 2.3
2.2 Q S
N
T
2
3、属性：定义了数据对象的特征。它可用来：
• 为数据对象的实例命名； • 描述这个实例； • 建立对另一个数据对象的另一个实例的引用 • 主码：为了唯一地标识数据对象的某一个实例， 定义数据对象中的一个属性或几个属性为关键码 (key)，书写为_id， 例如在“学生”数据对象中用“学号”做关键码， 它可唯一地标识一个“学生”数据对象中的实例 4、关系：各个数据对象的实例之间有关联。 如一个学生“张鹏”选修两门课程“软件工程”与 “计算机网络”，学生与课程的实例通过“选修”关 联起来。
20世纪70年代末由Yourdo
n E, Constantine L等人提出， 发展至今已得到了广泛的应用。
数据对Hale Waihona Puke 描述 实体— 关系图数据流 图
加工规格说明
数据 字典
状态—迁移图 控制规格说明
结构化分析的分析模型
数据模型（概念模型）—— ERD (Entity R elation Diagram) 功能模型——DFD (Data Flow) ＋DD （Data Dictionary） 行为模型——状态转换图STD (Status Transfer Diagram)
数据建模
•1、数据建模：数据模型包括三种互相关联的信息： 数据对象，描述对象的属性，描述对象间相互连接 的关系。 2、数据对象：是需被目标系统所理解的复合信息 的表示。它具有若干不同特征或属性的信息。 数据对象可以是外部实体,事物, 角色,行为或 事件, 组织单位, 地点或结构。 数据对象只封装了数据，没有包含作用于这些 数据上的操作。
化分析建模工具
数据流图(DFD) 描述数据如何被传送或变换，
如何对数据流进行变换的功能 数据字典(DD) 描述DFD中数据流、数据存储、处理过程和外 部实体。 实体—关系图(ERD) 描述数据对象 及数据对象之间的关系 状态—变迁图(STD) 层次方框图 IPO图 Warnier图 结构化语言 ……
没有数据字典，数据流图就不严格； 没有数据流图的数据字典难以发挥其作用。
数据字典
数据字典是数据流图中所有元素定义的集合。 数据字典的作用在于：
在软件分析和设计过程中为人们提供有关数据的描述信息。
通常，我们把数据字典和数据流图结合使用。
它们共同构成了系统的逻辑模型：
没有数据字典，数据流图就不严格； 没有数据流图的数据字典难以发挥其作用。
DFD的基本图元素
数据源点或终点
DFD的基本图元素
加工或处理 或 数据存储 或
数据流
外部实体
数据流
过程(加工)
源点
触发
动作
数据存储
条目查询请求
1
目录
客户
可用条目查询结果
查询可用 条目
产品条目
库存条目
终点
响应
绘制DFD
F先找系统数据的输入输出点，画出外部实体 F确定外部实体的输入输出数据流 F由源点外部实体的数据流出发，逐渐进行加 工，完成整个数据流图
1、数据元素条目 数据元素名： 类型： 长度：
取值范围：
数据项名：凭证号 类型：数值 长度：6位（含小数一位） 取值范围：1000.0～4999.9
2、数据结构条目 数据结构名： 说明： 结构：
…
数据结构的描述
• 符 号 含 义 举 例 ＝ 被定义为 ＋ 与 x = a＋b [...,...] 或 [...|...] 或 x = [a,b]，x = [a|b] { ... }或 m{...}n 重复 x = {a}， x = 3{a}8 (...) 可选 x = ( a) “...” 基本数据元素 x = “a” .. 连结符 x = 1..9
结构化分析建模工具 结构化分析步骤
面向对象分析方法
分析方法
面向数据的方法，以数据流为中心 。其核 心概念包括：进程、数据流、数据存储、 外部实体、数据组和数据元素。其具有代 表性的需求分析工具有：数据流图、数据 字典、E-R图、状态变迁图(STD)等。
结构化分析 方法
面向对象分 析方法
面向对象分析以对象及其服务作为建模标准， 比较自然，对象也具有相对的稳定性。主要 模拟的元素有：对象、类、属性、关系、方 法、消息传递、用例等。其主要原理包括分 类、继承、层次、信息隐藏、汇集关系等。
照零件编号排序，表中列出了所有需要再次订货的零件。 对于每个需要再次订货的零件应该列出下述信息：
零件编号 零件名称 价格 主要供应商 次要供应商
零件入库或出库称作事务，通过仓库的CRT终端把事务
报告给订货系统。当某种零件的库存少于库存量临界值 时就应该再次订货了。
从问题描述中提取数据流图的4种成分--源点
F一张图的处理超过5～9个时，应该进行分层， 把最基本的系统功能做为第0层，从第1层开始 对每个模块的功能进行细化
数据写入 编号 数据读出 。。。 源点 加工名
关于命名
终点
数据存储
如果必须用两个动词 才能描述整个处理的 功能，则把此处理分 解成两个处理。
要对数据流、加工、数据存储等 命名，还要对加工进行编号
需求分析的任务就是借助于当前系统的逻辑模型 导出目标系统的逻辑模型，解决目标系统 的 “做什么” 的问题。
模型化 当前系统 物理模型
做什么 抽象化 逻辑模型
理 解 导 需 出 求 表 达 需 求
具体化 目标系统 物理模型
实例化 逻辑模型
参考当前系统建立目标系统模型
问题1：订货系统
假设一家工厂的采购部每天需要一张订货报表。报表按
结构化分析建模工具
数据流图(Data Flow Diagram
数据流图是用来描绘软件系统逻辑模型的
图形工具，它描绘信息和数据从输入到输 出的过程中所经历的一系列变换。 设计数据流图只需考虑系统必须完成的基 本逻辑功能，完全不需要考虑如何具体的 实现这些功能。 数据流图一般在软件生命周期的早期阶段 开始进行设计，在软件生命周期后续阶段 不断改进、完善和细化。