第一部分 核心概念
第1章 什么是賽博物理系統(tǒng)? 3
1.1 我們的星球 我們的知識(shí) 我們的命運(yùn) 3
1.2 觀察 理解 創(chuàng)新 4
1.2.1 賽博物理系統(tǒng)和混合系統(tǒng) 4
1.2.2 事 例 5
1.2.3 計(jì)算系統(tǒng)對(duì)比物理系統(tǒng) 6
1.2.4 生物和智能系統(tǒng) 6
1.3 開發(fā)新的產(chǎn)品 6
1.4 賽博物理系統(tǒng)是新的領(lǐng)域嗎? 8
1.5 你將從這本書中學(xué)到什么以及如何學(xué)習(xí) 10
1.6 縮寫的提示 11
1.7 本章的亮點(diǎn) 12
1.8 研究問題 12
1.9 實(shí)驗(yàn)：熱身練習(xí) 13
1.10 項(xiàng) 目 14
1.11 進(jìn)一步探究 15
第2章 物理系統(tǒng)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(jī)械系統(tǒng)中的元素 17
2.4 在2D 和 3D中的運(yùn)算 20
2.5 電氣系統(tǒng)中的元器件 21
2.6 模型中的時(shí)間因素 23
2.7 算術(shù)方程以及線性與非線性方程組 23
2.8 不同的數(shù)從何而來 24
2.9 時(shí)間相關(guān)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(diǎn) 27
2.13 研究問題 28
2.14 實(shí)驗(yàn)：彈簧彈跳和對(duì)象創(chuàng)建 30
2.15 項(xiàng)目：吉祥物和乒乓球游戲 31
2.16 進(jìn)一步探究 33
第3章 混合系統(tǒng) 35
3.1 介 紹 35
3.2 混合自動(dòng)機(jī)(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(diǎn) 41
3.8 避免常見錯(cuò)誤 42
3.9 研究問題 42
3.10 實(shí)驗(yàn)：離散彈跳 45
3.11 項(xiàng)目：基于速度的乒乓球機(jī)器人選手 47
3.12 進(jìn)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(yùn)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(diǎn) 62
4.7 研究問題 63
4.8 實(shí)驗(yàn)：探索控制 64
4.9 項(xiàng)目：基于加速度的乒乓球機(jī)器人選手 66
4.10 進(jìn)一步探究 67
第5章 計(jì)算系統(tǒng)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(shù)字存儲(chǔ)器的有界性 70
5.5 回路：從硬件到軟件在存儲(chǔ)器中保存可執(zhí)行命令 71
5.6 量化和離散化對(duì)穩(wěn)定性的效應(yīng) 71
5.7 計(jì)算效應(yīng)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(yīng) 75
5.12 本章的亮點(diǎn) 76
5.13 研究問題 77
5.14 實(shí)驗(yàn)：穩(wěn)定性練習(xí) 78
5.15 項(xiàng)目：量化和離散化 81
5.16 進(jìn)一步探究 82
第6章 坐標(biāo)變換(機(jī)器人手臂) 83
6.1 介 紹 83
6.2 坐標(biāo)變換 84
6.3 本章的亮點(diǎn) 86
6.4 研究問題 87
6.5 實(shí)驗(yàn)：坐標(biāo)變換 89
6.6 項(xiàng)目：乒乓球機(jī)器人的球面作動(dòng) 93
6.7 進(jìn)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(tǒng)設(shè)計(jì)中的作用 97
7.2 博弈、玩家、策略、效用和獨(dú)立的最大化 97
7.3 理性、獨(dú)立性和嚴(yán)格優(yōu)勢(shì)策略(或劣勢(shì)策略) 98
7.3.1 獨(dú)立模式 98
7.3.2 缺乏交流和信任的代價(jià)不可估量 102
7.4 協(xié)作、智力和納什均衡 102
7.4.1 協(xié)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(yán)格劣勢(shì)策略而保留納什均衡 105
7.5 競(jìng)爭(zhēng)、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(gè)混合策略(或混合策略納什均衡) 106
7.6 本章的亮點(diǎn) 108
7.7 研究問題 109
7.8 進(jìn)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(shí)和真相 112
8.4 載波信號(hào)、介質(zhì)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(xué)的基本限制 117
8.7 由于組件動(dòng)態(tài)導(dǎo)致的限制 117
8.7.1 電信號(hào)傳輸 118
8.7.2 組件參數(shù)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(diǎn) 121
8.12 研究問題 121
8.13 進(jìn)一步探究 122
第9章 傳感和作動(dòng) 123
9.1 日常的輸入和輸出 123
9.2 對(duì)稱性：發(fā)光二極管和光伏電池 123
9.2.1 二極管 124
9.2.2 光伏效應(yīng) 126
9.2.3 晶體管和放大器 127
9.3 模/數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC) 128
9.4 數(shù)/模轉(zhuǎn)換(DAC) 129
9.5 溫度感應(yīng) 129
9.6 位置感應(yīng) 130
9.7 機(jī)械系統(tǒng)作動(dòng) 131
9.8 本章的亮點(diǎn) 131
9.9 研究問題 131
9.10 進(jìn)一步探究 132
附錄A Acumen 參考手冊(cè) 133
A. 1 背 景 133
A.2 Acumen 的環(huán)境和圖形用戶界面 133
A.3 Acumen模型的基本結(jié)構(gòu) 133
A.4 模型參數(shù)和initially always段 134
A.5 模型實(shí)例化 134
A.6 表達(dá)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(xù)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(biāo)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(wǎng)格對(duì)象 143
A.9.10 默認(rèn)值 143
A.9.11 復(fù)合體 143
A.9.12 形狀及其參數(shù)與默認(rèn)值 144
A.9.13 動(dòng)畫=動(dòng)態(tài)_ 3D的 值 145
A.9.14 手動(dòng)控制_3D 場(chǎng)景視圖 145
A.9.15 在模型內(nèi)控制_3D 場(chǎng)景視圖 145
A.9.16 攝像機(jī)視圖 146
A.10 內(nèi)建函數(shù) 147
A.11 函數(shù)聲明 147
A.12 運(yùn)算符優(yōu)先關(guān)系 148
A.13 仿真器設(shè)置 148
A.14 命令行參數(shù) 148
A.15 打印到標(biāo)準(zhǔn)輸出(stdout )或控制臺(tái) 150
A.16 Acumen的巴克斯-諾爾范式(BNF) 150
常用詞 153
縮略語 163