赛博物理系统:基于模型的方法

**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*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