信息物理融合系统作为一种新型复杂信息系统，涉及多种计算模型的集成和协同工作，面临设计方法不统一、计算模型多样化、重用性差、复杂性高、难以验证等问题，使得开发较复杂系统的工作变得十分困难，甚至无法进行；或因为系统需求的不断变化或小组成员的流动导致项目失败，其协同设计是一个亟待解决的难题。针对异构环境下信息物理融合系统的协同设计，本书提出了一种结构化、可描述行为的开放性普适组件模型，用统一方法进行建模，引入可扩展描述方法，对各类组件用统一语法进行系统描述，并提出了多级开放组件模型的协同验证方法，确保模型真实地反映设计者的建模意图，尽早检测出可能会导致建模失败的设计错误。
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前言
第1章 信息物理融合系统概述 1
1.1 信息物理融合系统基本概念 1
1.1.1 定义 1
1.1.2 特性 2
1.1.3 相关术语 3
1.2 CPS应用领域 7
1.2.1 智能电网系统 7
1.2.2 智能交通系统 8
1.2.3 航空航天电子系统 9
1.2.4 智慧医疗系统 10
1.2.5 智能家电系统 12
1.2.6 环境监测 13
1.2.7 智能建筑 13
1.3 CPS体系结构和相关技术 13
1.3.1 CPS体系结构 13
1.3.2 CPS相关技术 18
1.4 CPS设计方法学研究 34
1.4.1 CPS设计中存在的问题 34
1.4.2 国外研究情况 36
1.4.3 国内研究情况 37
1.4.4 基于UML的建模与验证 37
1.4.5 基于Petri网的建模与验证 39
1.4.6 基于自动机的建模与验证 39
参考文献 40
第2章 CPS建模方法与工具 44
2.1 CPS建模方法概述 44
2.1.1 基于函数及方程的CPS建模方法 44
2.1.2 面向对象与面向角色的CPS建模方法 45
2.1.3 基于组件的CPS建模方法 46
2.1.4 分层与协同的CPS建模方法 46
2.2 PtolemyⅡ46
2.2.1 PtolemyⅡ简介 46
2.2.2 PtolemyⅡ建模环境 48
2.2.3 PtolemyⅡ特点 49
2.3 Modelica 50
2.3.1 Modelica简介 50
2.3.2 Modelica建模环境 52
2.3.3 Modelica特点 54
2.4 Simulink 55
2.4.1 Simulink简介 55
2.4.2 Simulink建模环境 55
2.4.3 Simulink特点 65
2.5 LabVIEW 65
2.5.1 LabVIEW简介 65
2.5.2 LabVIEW建模环境 67
2.5.3 LabVIEW特点 75
2.6 Multisim 75
2.6.1 Multisim简介 75
2.6.2 Multisim建模环境 76
2.6.3 Multisim特点 80
2.7 Acumen 81
2.7.1 Acumen简介 81
2.7.2 Acumen建模环境 82
2.7.3 Acumen特点 83
2.8 其他建模工具 83
2.8.1 Afra 83
2.8.2 Hydla 85
2.8.3 HyST 85
参考文献 86
第3章 CPS组件协同建模 89
3.1 CPS建模框架 89
3.1.1 CPS空间模型 89
3.1.2 CPS组件层次框架 89
3.2 CPS异元组件 92
3.2.1 基本概念 92
3.2.2 CPS组件能力与功能 93
3.2.3 CPS组件类型 94
3.2.4 CPS组件的异元性 96
3.3 CPS组件建模 96
3.3.1 CPS组件基本结构 96
3.3.2 CPS结构模型 98
3.3.3 CPS行为模型 100
3.4 组件演算 101
3.4.1 组合演算 102
3.4.2 分解演算 103
3.5 开放性组件建模方法模型实例 104
参考文献 106
第4章 CPS异元组件模型可扩展一致描述方法 107
4.1 CPS一致描述问题 107
4.2 XML描述方法 107
4.3 异元组件的XML描述规范 108
4.3.1 组件XML描述语法 108
4.3.2 组件结构描述规范 109
4.3.3 组件行为描述规范 111
4.4 异元组件的XML描述规范 113
参考文献 118
第5章 CPS异元组件模型协同验证方法 119
5.1 CPS协同验证技术 119
5.2 组件的有效性验证 120
5.2.1 组件的完整性验证 120
5.2.2 组件的稳定性验证 123
5.3 组件原型的功能仿真 123
5.3.1 函数组件的功能仿真 123
5.3.2 有限状态机组件的功能仿真 124
5.3.3 复合组件的功能仿真 124
5.4 组件的综合和仿真 126
5.4.1 组件的综合 126
5.4.2 组件的仿真 128
5.5 FPGA在线验证 135
5.5.1 FPGA简介 135
5.5.2 FPGA在线验证 135
第6章 CPS建模与验证平台 138
6.1 XModel简介 138
6.2 XModel系统分析 138
6.2.1 系统开发工具及运行环境 138
6.2.2 系统组成及功能 139
6.3 XModel系统设计 140
6.3.1 前端框架设计 140
6.3.2 组件XML解析器设计 144
6.3.3 XModel组件库设计 152
6.4 XModel系统实施 155
6.4.1 组件模型构建 155
6.4.2 组件模型编译 159
6.4.3 组件模型仿真 159
参考文献 161
第7章 医疗信息物理融合系统 162
7.1 基于XModel平台的MCPS组件模型构建 162
7.2 仿真方案设计 166
7.3 仿真结果分析与验证 168
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