赛博物理系统：基于模型的方法（Cyber-Physical Systems:A Model-Based Approach

定　　价：99 元

• 作者：[瑞典] Walid M.Taha [沙特] Abd-Elhamid M.Taha [瑞典] Johan Thunberg 著 高星海 译
• 出版时间：2023/10/1
• ISBN：9787512441996
• 出 版 社：北京航空航天大学出版社

• 中图法分类：TP391.98 
• 纸张：胶版纸
• 开本：16开

内容简介

本书介绍基于模型的方法，旨在使读者对于赛博物理系统有一个全面的、统一的认识。为实现 这一目标，本书提出的方法支持将不同学科和技术领域的知识组合到统一的模型之中，并以此帮助 读者在面对所有不同类型现象建模时，重塑建模与仿真的形式化表示能力。同时，在赛博物理系统 创建和开发流程中纳入不同类型的活动并提供必要的方法指导，使与赛博物理相关的概念付诸于工 程实践变得更加容易。本书第一部分各章均涉及研究问题、实验和项目三个部分的内容。

本书可作为工程技术人员学习和实践赛博物理系统开发和集成方法的指导用书，也可作为 针对该主题的本科生或研究生基础课程以及项目实践的教科书。

作者介绍

Walid Taha是哈尔姆斯塔德大学计算机科学教授。他领导了多个编程语言设计和实施项目，包括MetaOCaml、Java Mint、Verilog预处理器、基于事件和基于优先级的FRP以及Acumen。瓦利德荣获的奖项包括美国国家科学基金会（NSF）职业生涯奖和哈尔姆斯塔德大学年度教师奖（2016年）。

Abd-Elhamid M. Taha是阿尔法伊萨尔大学电气工程助理教授。他的研究涵盖无线资源管理、物联网服务和网络化的物理系统建模。阿卜杜是IEEE的高级会员，曾获得自然科学与工程研究理事会（NSERC）早期职业研究员奖以及阿尔法伊萨尔大学多个教学和研究卓越奖项。

Johan Thunberg是哈尔姆斯塔德大学信息技术学院助理教授。他的研究兴趣包括模式识别、控制理论和非线性系统。他分别于2008年和2014年获得瑞典皇家理工学院（KTH）的硕士和博士学位。在2007年至2008年期间，他担任瑞典国防研究局（FOI）的研究助理。在2014年至2018年期间，他担任卢森堡大学系统生物医学中心的研究助理。

目 录

第一部分 核心概念
第1章 什么是赛博物理系统? 3
1.1 我们的星球 我们的知识 我们的命运 3
1.2 观察 理解 创新 4
1.2.1 赛博物理系统和混合系统 4
1.2.2 事 例 5
1.2.3 计算系统对比物理系统 6
1.2.4 生物和智能系统 6
1.3 开发新的产品 6
1.4 赛博物理系统是新的领域吗? 8
1.5 你将从这本书中学到什么以及如何学习 10
1.6 缩写的提示 11
1.7 本章的亮点 12
1.8 研究问题 12
1.9 实验：热身练习 13
1.10 项 目 14
1.11 进一步探究 15
第2章 物理系统建模 16
2.1 与物理世界的重新连接 16
2.2 守恒定律 16
2.3 机械系统中的元素 17
2.4 在2D 和 3D中的运算 20
2.5 电气系统中的元器件 21
2.6 模型中的时间因素 23
2.7 算术方程以及线性与非线性方程组 23
2.8 不同的数从何而来 24
2.9 时间相关和微分方程 24
2.10 方程组原型 25
2.11 求解微分方程的基本原理 26
2.12 本章的亮点 27
2.13 研究问题 28
2.14 实验：弹簧弹跳和对象创建 30
2.15 项目：吉祥物和乒乓球游戏 31
2.16 进一步探究 33
第3章 混合系统 35
3.1 介 绍 35
3.2 混合自动机(Hybrid Automata) 37
3.3 重置映射(Reset Maps ) 38
3.4 零交叉(Zero-Crossing) 39
3.5 芝诺行为(Zeno Behavior) 39
3.6 弹性碰撞建模 39
3.7 本章的亮点 41
3.8 避免常见错误 42
3.9 研究问题 42
3.10 实验：离散弹跳 45
3.11 项目：基于速度的乒乓球机器人选手 47
3.12 进一步探究 48
第4章 控制论 49
4.1 介 绍 49
4.2 反馈控制 50
4.3 比例反馈控制 51
4.4 运算放大器 53
4.5 多维误差和比例-积分-微分反馈控制 60
4.6 本章的亮点 62
4.7 研究问题 63
4.8 实验：探索控制 64
4.9 项目：基于加速度的乒乓球机器人选手 66
4.10 进一步探究 67
第5章 计算系统建模 68
5.1 介 绍 68
5.2 量 化 69
5.3 离散化：你的电路能跑多快? 70
5.4 回路：数字存储器的有界性 70
5.5 回路：从硬件到软件在存储器中保存可执行命令 71
5.6 量化和离散化对稳定性的效应 71
5.7 计算效应抽象建模 71
5.8 量化建模 72
5.9 离散化建模 74
5.10 回路：离散化、采样率和信息丢失 75
5.11 量化和离散化易于组合的效应 75
5.12 本章的亮点 76
5.13 研究问题 77
5.14 实验：稳定性练习 78
5.15 项目：量化和离散化 81
5.16 进一步探究 82
第6章 坐标变换(机器人手臂) 83
6.1 介 绍 83
6.2 坐标变换 84
6.3 本章的亮点 86
6.4 研究问题 87
6.5 实验：坐标变换 89
6.6 项目：乒乓球机器人的球面作动 93
6.7 进一步探究 94
第二部分 选定的主题
第7章 博弈论 97
7.1 博弈论在赛博物理系统设计中的作用 97
7.2 博弈、玩家、策略、效用和独立的最大化 97
7.3 理性、独立性和严格优势策略(或劣势策略) 98
7.3.1 独立模式 98
7.3.2 缺乏交流和信任的代价不可估量 102
7.4 协作、智力和纳什均衡 102
7.4.1 协作模式 103
7.4.2 纳什均衡 103
7.4.3 确定纳什均衡 103
7.4.4 删除严格劣势策略而保留纳什均衡 105
7.5 竞争、私密和混合策略 105
7.5.1 混合策略博弈 105
7.5.2 选择一个混合策略(或混合策略纳什均衡) 106
7.6 本章的亮点 108
7.7 研究问题 109
7.8 进一步探究 109
第8章 通 信 110
8.1 通信、确定性、不确定性和信念 110
8.2 消息：从信息到表示 111
8.3 信念、知识和真相 112
8.4 载波信号、介质和链路 114
8.5 链路特征 115
8.5.1 延 迟 115
8.5.2 带 宽 116
8.5.3 可靠性 117
8.6 物理学的基本限制 117
8.7 由于组件动态导致的限制 117
8.7.1 电信号传输 118
8.7.2 组件参数的可变性 119
8.7.3 光和无线电的传输 119
8.8 噪声限制 120
8.9 由于能量耗散的限制 120
8.10 其他来源的限制 121
8.11 本章的亮点 121
8.12 研究问题 121
8.13 进一步探究 122
第9章 传感和作动 123
9.1 日常的输入和输出 123
9.2 对称性：发光二极管和光伏电池 123
9.2.1 二极管 124
9.2.2 光伏效应 126
9.2.3 晶体管和放大器 127
9.3 模/数转换(ADC) 128
9.4 数/模转换(DAC) 129
9.5 温度感应 129
9.6 位置感应 130
9.7 机械系统作动 131
9.8 本章的亮点 131
9.9 研究问题 131
9.10 进一步探究 132
附录A Acumen 参考手册 133
A. 1 背 景 133
A.2 Acumen 的环境和图形用户界面 133
A.3 Acumen模型的基本结构 133
A.4 模型参数和initially always段 134
A.5 模型实例化 134
A.6 表达式 135
A.6.1 变量名称 135
A.6.2 字母文本 135
A.6.3 向量和向量生成器 135
A.6.4 矩 阵 136
A.6.5 求 和 136
A . 7 公 式 136
A.7.1 连续公式 136
A.7.2 if公式 137
A.7.3 match 公式 137
A.7.4 离散公式 138
A.7.5 foreach公式 138
A.7.6 公式集合 138
A.8 模型是如何仿真的：求值顺序 139
A.9 使用_3D 面板可视化 139
A.9.1 颜 色 140
A.9.2 透明度 140
A.9.3 坐标系 140
A.9.4 文 本 141
A.9.5 立方体盒 142
A.9.6 圆柱体 142
A.9.7 圆锥体 142
A.9.8 球 体 142
A.9.9 OBJ网格对象 143
A.9.10 默认值 143
A.9.11 复合体 143
A.9.12 形状及其参数与默认值 144
A.9.13 动画=动态_ 3D的 值 145
A.9.14 手动控制_3D 场景视图 145
A.9.15 在模型内控制_3D 场景视图 145
A.9.16 摄像机视图 146
A.10 内建函数 147
A.11 函数声明 147
A.12 运算符优先关系 148
A.13 仿真器设置 148
A.14 命令行参数 148
A.15 打印到标准输出(stdout )或控制台 150
A.16 Acumen的巴克斯-诺尔范式(BNF) 150
常用词 153
缩略语 163