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賽博物理系統:基于模型的方法 版權信息
- ISBN：9787512441996
- 條形碼：9787512441996 ; 978-7-5124-4199-6
- 裝幀：平裝-膠訂
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
賽博物理系統:基于模型的方法 內容簡介
本書介紹基于模型的方法，旨在使讀者對于賽博物理系統有一個全面的、統一的認識。為實現 這一目標，本書提出的方法支持將不同學科和技術領域的知識組合到統一的模型之中，并以此幫助 讀者在面對所有不同類型現象建模時，重塑建模與仿真的形式化表示能力。同時，在賽博物理系統 創建和開發流程中納入不同類型的活動并提供必要的方法指導，使與賽博物理相關的概念付諸于工 程實踐變得更加容易。本書**部分各章均涉及研究問題、實驗和項目三個部分的內容。 本書可作為工程技術人員學習和實踐賽博物理系統開發和集成方法的指導用書，也可作為 針對該主題的本科生或研究生基礎課程以及項目實踐的教科書。
賽博物理系統:基于模型的方法 目錄
**部分 核心概念
第1章 什么是賽博物理系統? 3
1.1 我們的星球 我們的知識 我們的命運 3
1.2 觀察 理解 創新 4
1.2.1 賽博物理系統和混合系統 4
1.2.2 事 例 5
1.2.3 計算系統對比物理系統 6
1.2.4 生物和智能系統 6
1.3 開發新的產品 6
1.4 賽博物理系統是新的領域嗎? 8
1.5 你將從這本書中學到什么以及如何學習 10
1.6 縮寫的提示 11
1.7 本章的亮點 12
1.8 研究問題 12
1.9 實驗：熱身練習 13
1.10 項 目 14
1.11 進一步探究 15
第2章 物理系統建模 16
2.1 與物理世界的重新連接 16
2.2 守恒定律 16
2.3 機械系統中的元素 17
2.4 在2D 和 3D中的運算 20
2.5 電氣系統中的元器件 21
2.6 模型中的時間因素 23
2.7 算術方程以及線性與非線性方程組 23
2.8 不同的數從何而來 24
2.9 時間相關和微分方程 24
2.10 方程組原型 25
2.11 求解微分方程的基本原理 26
2.12 本章的亮點 27
2.13 研究問題 28
2.14 實驗：彈簧彈跳和對象創建 30
2.15 項目：吉祥物和乒乓球游戲 31
2.16 進一步探究 33
第3章 混合系統 35
3.1 介 紹 35
3.2 混合自動機(Hybrid Automata) 37
3.3 重置映射(Reset Maps ) 38
3.4 零交叉(Zero-Crossing) 39
3.5 芝諾行為(Zeno Behavior) 39
3.6 彈性碰撞建模 39
3.7 本章的亮點 41
3.8 避免常見錯誤 42
3.9 研究問題 42
3.10 實驗：離散彈跳 45
3.11 項目：基于速度的乒乓球機器人選手 47
3.12 進一步探究 48
第4章 控制論 49
4.1 介 紹 49
4.2 反饋控制 50
4.3 比例反饋控制 51
4.4 運算放大器 53
4.5 多維誤差和比例-積分-微分反饋控制 60
4.6 本章的亮點 62
4.7 研究問題 63
4.8 實驗：探索控制 64
4.9 項目：基于加速度的乒乓球機器人選手 66
4.10 進一步探究 67
第5章 計算系統建模 68
5.1 介 紹 68
5.2 量 化 69
5.3 離散化：你的電路能跑多快? 70
5.4 回路：數字存儲器的有界性 70
5.5 回路：從硬件到軟件——在存儲器中保存可執行命令 71
5.6 量化和離散化對穩定性的效應 71
5.7 計算效應抽象建模 71
5.8 量化建模 72
5.9 離散化建模 74
5.10 回路：離散化、采樣率和信息丟失 75
5.11 量化和離散化易于組合的效應 75
5.12 本章的亮點 76
5.13 研究問題 77
5.14 實驗：穩定性練習 78
5.15 項目：量化和離散化 81
5.16 進一步探究 82
第6章 坐標變換(機器人手臂) 83
6.1 介 紹 83
6.2 坐標變換 84
6.3 本章的亮點 86
6.4 研究問題 87
6.5 實驗：坐標變換 89
6.6 項目：乒乓球機器人的球面作動 93
6.7 進一步探究 94
第二部分 選定的主題
第7章 博弈論 97
7.1 博弈論在賽博物理系統設計中的作用 97
7.2 博弈、玩家、策略、效用和獨立的*大化 97
7.3 理性、獨立性和嚴格優勢策略(或劣勢策略) 98
7.3.1 獨立模式 98
7.3.2 缺乏交流和信任的代價不可估量 102
7.4 協作、智力和納什均衡 102
7.4.1 協作模式 103
7.4.2 納什均衡 103
7.4.3 確定納什均衡 103
7.4.4 刪除嚴格劣勢策略而保留納什均衡 105
7.5 競爭、私密和混合策略 105
7.5.1 混合策略博弈 105
7.5.2 選擇一個混合策略(或混合策略納什均衡) 106
7.6 本章的亮點 108
7.7 研究問題 109
7.8 進一步探究 109
第8章 通 信 110
8.1 通信、確定性、不確定性和信念 110
8.2 消息：從信息到表示 111
8.3 信念、知識和真相 112
8.4 載波信號、介質和鏈路 114
8.5 鏈路特征 115
8.5.1 延 遲 115
8.5.2 帶 寬 116
8.5.3 可靠性 117
8.6 物理學的基本限制 117
8.7 由于組件動態導致的限制 117
8.7.1 電信號傳輸 118
8.7.2 組件參數的可變性 119
8.7.3 光和無線電的傳輸 119
8.8 噪聲限制 120
8.9 由于能量耗散的限制 120
8.10 其他來源的限制 121
8.11 本章的亮點 121
8.12 研究問題 121
8.13 進一步探究 122
第9章 傳感和作動 123
9.1 日常的輸入和輸出 123
9.2 對稱性：發光二極管和光伏電池 123
9.2.1 二極管 124
9.2.2 光伏效應 126
9.2.3 晶體管和放大器 127
9.3 模/數轉換(ADC) 128
9.4 數/模轉換(DAC) 129
9.5 溫度感應 129
9.6 位置感應 130
9.7 機械系統作動 131
9.8 本章的亮點 131
9.9 研究問題 131
9.10 進一步探究 132
附錄A Acumen 參考手冊 133
A. 1 背 景 133
A.2 Acumen 的環境和圖形用戶界面 133
A.3 Acumen模型的基本結構 133
A.4 模型參數和“initially”“ always”段 134
A.5 模型實例化 134
A.6 表達式 135
A.6.1 變量名稱 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 陣 136
A.6.5 求 和 136
A . 7 公 式 136
A.7.1 連續公式 136
A.7.2 if公式 137
A.7.3 match 公式 137
A.7.4 離散公式 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：求值順序 139
A.9 使用_3D 面板可視化 139
A.9.1 顏 色 140
A.9.2 透明度 140
A.9.3 坐標系 140
A.9.4 文 本 141
A.9.5 立方體盒 142
A.9.6 圓柱體 142
A.9.7 圓錐體 142
A.9.8 球 體 142
A.9.9 OBJ網格對象 143
A.9.10 默認值 143
A.9.11 復合體 143
A.9.12 形狀及其參數與默認值 144
A.9.13 動畫=動態_ 3D的 值 145
A.9.14 手動控制_3D 場景視圖 145
A.9.15 在模型內控制_3D 場景視圖 145
A.9.16 攝像機視圖 146
A.10 內建函數 147
A.11 函數聲明 147
A.12 運算符優先關系 148
A.13 仿真器設置 148
A.14 命令行參數 148
A.15 打印到標準輸出(stdout )或控制臺 150
A.16 Acumen的巴克斯-諾爾范式(BNF) 150
常用詞 153
縮略語 163
第1章 什么是賽博物理系統? 3
1.1 我們的星球 我們的知識 我們的命運 3
1.2 觀察 理解 創新 4
1.2.1 賽博物理系統和混合系統 4
1.2.2 事 例 5
1.2.3 計算系統對比物理系統 6
1.2.4 生物和智能系統 6
1.3 開發新的產品 6
1.4 賽博物理系統是新的領域嗎? 8
1.5 你將從這本書中學到什么以及如何學習 10
1.6 縮寫的提示 11
1.7 本章的亮點 12
1.8 研究問題 12
1.9 實驗：熱身練習 13
1.10 項 目 14
1.11 進一步探究 15
第2章 物理系統建模 16
2.1 與物理世界的重新連接 16
2.2 守恒定律 16
2.3 機械系統中的元素 17
2.4 在2D 和 3D中的運算 20
2.5 電氣系統中的元器件 21
2.6 模型中的時間因素 23
2.7 算術方程以及線性與非線性方程組 23
2.8 不同的數從何而來 24
2.9 時間相關和微分方程 24
2.10 方程組原型 25
2.11 求解微分方程的基本原理 26
2.12 本章的亮點 27
2.13 研究問題 28
2.14 實驗：彈簧彈跳和對象創建 30
2.15 項目：吉祥物和乒乓球游戲 31
2.16 進一步探究 33
第3章 混合系統 35
3.1 介 紹 35
3.2 混合自動機(Hybrid Automata) 37
3.3 重置映射(Reset Maps ) 38
3.4 零交叉(Zero-Crossing) 39
3.5 芝諾行為(Zeno Behavior) 39
3.6 彈性碰撞建模 39
3.7 本章的亮點 41
3.8 避免常見錯誤 42
3.9 研究問題 42
3.10 實驗：離散彈跳 45
3.11 項目：基于速度的乒乓球機器人選手 47
3.12 進一步探究 48
第4章 控制論 49
4.1 介 紹 49
4.2 反饋控制 50
4.3 比例反饋控制 51
4.4 運算放大器 53
4.5 多維誤差和比例-積分-微分反饋控制 60
4.6 本章的亮點 62
4.7 研究問題 63
4.8 實驗：探索控制 64
4.9 項目：基于加速度的乒乓球機器人選手 66
4.10 進一步探究 67
第5章 計算系統建模 68
5.1 介 紹 68
5.2 量 化 69
5.3 離散化：你的電路能跑多快? 70
5.4 回路：數字存儲器的有界性 70
5.5 回路：從硬件到軟件——在存儲器中保存可執行命令 71
5.6 量化和離散化對穩定性的效應 71
5.7 計算效應抽象建模 71
5.8 量化建模 72
5.9 離散化建模 74
5.10 回路：離散化、采樣率和信息丟失 75
5.11 量化和離散化易于組合的效應 75
5.12 本章的亮點 76
5.13 研究問題 77
5.14 實驗：穩定性練習 78
5.15 項目：量化和離散化 81
5.16 進一步探究 82
第6章 坐標變換(機器人手臂) 83
6.1 介 紹 83
6.2 坐標變換 84
6.3 本章的亮點 86
6.4 研究問題 87
6.5 實驗：坐標變換 89
6.6 項目：乒乓球機器人的球面作動 93
6.7 進一步探究 94
第二部分 選定的主題
第7章 博弈論 97
7.1 博弈論在賽博物理系統設計中的作用 97
7.2 博弈、玩家、策略、效用和獨立的*大化 97
7.3 理性、獨立性和嚴格優勢策略(或劣勢策略) 98
7.3.1 獨立模式 98
7.3.2 缺乏交流和信任的代價不可估量 102
7.4 協作、智力和納什均衡 102
7.4.1 協作模式 103
7.4.2 納什均衡 103
7.4.3 確定納什均衡 103
7.4.4 刪除嚴格劣勢策略而保留納什均衡 105
7.5 競爭、私密和混合策略 105
7.5.1 混合策略博弈 105
7.5.2 選擇一個混合策略(或混合策略納什均衡) 106
7.6 本章的亮點 108
7.7 研究問題 109
7.8 進一步探究 109
第8章 通 信 110
8.1 通信、確定性、不確定性和信念 110
8.2 消息：從信息到表示 111
8.3 信念、知識和真相 112
8.4 載波信號、介質和鏈路 114
8.5 鏈路特征 115
8.5.1 延 遲 115
8.5.2 帶 寬 116
8.5.3 可靠性 117
8.6 物理學的基本限制 117
8.7 由于組件動態導致的限制 117
8.7.1 電信號傳輸 118
8.7.2 組件參數的可變性 119
8.7.3 光和無線電的傳輸 119
8.8 噪聲限制 120
8.9 由于能量耗散的限制 120
8.10 其他來源的限制 121
8.11 本章的亮點 121
8.12 研究問題 121
8.13 進一步探究 122
第9章 傳感和作動 123
9.1 日常的輸入和輸出 123
9.2 對稱性：發光二極管和光伏電池 123
9.2.1 二極管 124
9.2.2 光伏效應 126
9.2.3 晶體管和放大器 127
9.3 模/數轉換(ADC) 128
9.4 數/模轉換(DAC) 129
9.5 溫度感應 129
9.6 位置感應 130
9.7 機械系統作動 131
9.8 本章的亮點 131
9.9 研究問題 131
9.10 進一步探究 132
附錄A Acumen 參考手冊 133
A. 1 背 景 133
A.2 Acumen 的環境和圖形用戶界面 133
A.3 Acumen模型的基本結構 133
A.4 模型參數和“initially”“ always”段 134
A.5 模型實例化 134
A.6 表達式 135
A.6.1 變量名稱 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 陣 136
A.6.5 求 和 136
A . 7 公 式 136
A.7.1 連續公式 136
A.7.2 if公式 137
A.7.3 match 公式 137
A.7.4 離散公式 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：求值順序 139
A.9 使用_3D 面板可視化 139
A.9.1 顏 色 140
A.9.2 透明度 140
A.9.3 坐標系 140
A.9.4 文 本 141
A.9.5 立方體盒 142
A.9.6 圓柱體 142
A.9.7 圓錐體 142
A.9.8 球 體 142
A.9.9 OBJ網格對象 143
A.9.10 默認值 143
A.9.11 復合體 143
A.9.12 形狀及其參數與默認值 144
A.9.13 動畫=動態_ 3D的 值 145
A.9.14 手動控制_3D 場景視圖 145
A.9.15 在模型內控制_3D 場景視圖 145
A.9.16 攝像機視圖 146
A.10 內建函數 147
A.11 函數聲明 147
A.12 運算符優先關系 148
A.13 仿真器設置 148
A.14 命令行參數 148
A.15 打印到標準輸出(stdout )或控制臺 150
A.16 Acumen的巴克斯-諾爾范式(BNF) 150
常用詞 153
縮略語 163
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賽博物理系統:基于模型的方法 作者簡介
Walid Taha是哈爾姆斯塔德大學計算機科學教授。他領導了多個編程語言設計和實施項目，包括MetaOCaml、Java Mint、Verilog預處理器、基于事件和基于優先級的FRP以及Acumen。瓦利德榮獲的獎項包括美國國家科學基金會（NSF）職業生涯獎和哈爾姆斯塔德大學年度教師獎（2016年）。 Abd-Elhamid M. Taha是阿爾法伊薩爾大學電氣工程助理教授。他的研究涵蓋無線資源管理、物聯網服務和網絡化的物理系統建模。阿卜杜是IEEE的高級會員，曾獲得自然科學與工程研究理事會（NSERC）早期職業研究員獎以及阿爾法伊薩爾大學多個教學和研究卓越獎項。 Johan Thunberg是哈爾姆斯塔德大學信息技術學院助理教授。他的研究興趣包括模式識別、控制理論和非線性系統。他分別于2008年和2014年獲得瑞典皇家理工學院（KTH）的碩士和博士學位。在2007年至2008年期間，他擔任瑞典國防研究局（FOI）的研究助理。在2014年至2018年期間，他擔任盧森堡大學系統生物醫學中心的研究助理。
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