Discrete, Continuous, And Hybrid Petri Nets pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:David, Rene/ Alla, Hassane

出品人:

页数:524

译者:

出版时间:

价格:149

装帧:HRD

isbn号码:9783540224808

丛书系列:

图书标签:

• Petri Nets
• Discrete Event Systems
• Hybrid Systems
• Modeling
• Formal Methods
• Concurrency
• Verification
• Automation
• Control Systems
• Computer Science

现代控制系统与复杂系统建模的新范式：基于形式化方法的建模、分析与设计 作者/编者： [此处留空，或填写其他作者/编者信息] 出版信息： [此处留空，或填写出版社信息] --- 图书简介 在当代工程、计算机科学、生物系统、乃至社会经济系统的快速发展背景下，对复杂动态系统的精确建模、可靠性分析与高效控制设计提出了前所未有的挑战。本书《现代控制系统与复杂系统建模的新范式：基于形式化方法的建模、分析与设计》（暂定名）旨在系统地介绍一套超越传统状态空间或传递函数模型的强大工具集——基于行为描述的抽象建模方法，并重点阐述如何利用这些方法来驾驭非线性、并发、异步以及异构系统的内在复杂性。 本书将注意力集中于那些难以用纯粹的微分方程或线性代数描述的系统，例如涉及离散事件、资源共享、时间约束以及状态切换的系统。我们的核心论点是：要实现对这些复杂系统的精确理解和可证明的正确性，必须回归到形式化方法（Formal Methods）的严格基础之上，特别是那些能够同时处理连续变化和离散事件的统一建模框架。 全书结构分为四个核心部分，层层递进，从理论基础到实际应用提供了全面的指导。 --- 第一部分：复杂系统建模的基础与挑战 本部分首先为读者奠定理解复杂系统建模的理论基石。我们审视了传统建模范式的局限性，尤其是在处理现代制造系统、分布式计算网络以及生物网络中的并发性、随机性和不确定性时遇到的困难。 核心内容包括： 1. 复杂性的定义与分类： 明确区分了计算复杂度、动态复杂度、结构复杂度以及行为复杂度。重点分析了“耦合”和“反馈”在系统行为涌现中的关键作用。 2. 行为描述建模的哲学基础： 介绍了抽象化在工程建模中的必要性，强调从物理现实到数学模型的降维与聚焦。我们将引入事件系统（Event Systems）和交互系统（Interacting Systems）的基本概念，作为后续高级模型的基础。 3. 时间、空间与状态的再定义： 在处理异步和时序依赖时，如何重新定义时间的概念（例如，以事件间隔而非绝对时间度量），以及如何处理系统状态空间爆炸的问题。 --- 第二部分：行为建模的高级工具集 本部分深入探讨了用于描述和分析混合、并发系统的主要形式化工具。我们摒弃了对单一建模范式的过度依赖，转而倡导根据系统特性选择最合适的抽象层次。 （此处不涉及离散、连续或混合Petri网的具体内容，而是聚焦于其他形式化方法）： 1. 基于流程和顺序的建模： 流程代数（Process Algebra）： 详述了CCS (Calculus of Communicating Systems) 和 CSP (Communicating Sequential Processes) 的公理化基础，重点展示如何使用并发运算符（如 $|$ 和 $&$ ）来精确描述并行执行和同步机制。讨论了其在通信协议验证中的应用。 标签切换系统（Labelled Transition Systems, LTS）： 作为行为建模的通用结构，详细讲解如何通过状态转移图来形式化系统的演化路径，并引入了基于LTS的可达性分析。 2. 基于时序和资源分配的建模： 时序逻辑（Temporal Logic）： 重点介绍LTL (Linear Temporal Logic) 和 CTL (Computation Tree Logic) 在验证系统是否满足特定时间属性（如活性 Liveness 和安全性 Safety）方面的应用。本书将通过实例说明如何将复杂的时序要求转化为可判定的逻辑公式。 资源约束系统（Resource Constrained Systems）： 引入活动弧（Activity-Arc）模型，该模型关注资源消耗和释放的时序，尤其适用于调度和分配问题的建模，但其核心区别在于，它侧重于资源持有时间的连续性或有限原子性，而非基于标记的流动。 3. 异构与多模态系统建模： 介绍如何使用混合系统（Hybrid Systems）的框架，特别是那些基于微分代数方程（DAE）的描述，来建模其中包含连续动态但被离散事件触发的系统。重点关注模式切换（Mode Switching）的数学描述，例如使用半微分方程组来描述不同运行模式下的行为。 --- 第三部分：形式化分析与验证技术 形式化建模的真正价值在于其分析能力。本部分将聚焦于如何利用第二部分建立的模型来严格证明系统的正确性和鲁棒性，特别是针对那些难以通过仿真完全覆盖的边缘情况。 核心分析技术包括： 1. 模型检测（Model Checking）： 这是本书分析部分的核心。详细阐述了显式状态模型检测（如Breadth-First Search, Depth-First Search）的算法流程，并深入探讨了解决状态空间爆炸问题的关键技术，例如： 符号模型检测 (Symbolic Model Checking)：使用二元决策图（BDD）或相关结构来紧凑地表示状态空间。 迭代模型检测 (Iterative Model Checking)：用于处理更大规模的系统，通过逐步细化抽象层次来验证属性。 2. 不变式与不变量的推导： 介绍如何通过代数方法或逻辑推理来推导出系统的保护式不变量 (Safety Invariants)，这些不变量是系统永不失效的数学保证。 3. 可分解性与模块化分析： 探讨如何将一个巨大的复杂系统分解为若干个较小的、可分析的模块，并通过和（Summation）和积（Product）操作来重新构造整体系统的分析结果，这对于处理分布式或分层系统至关重要。 --- 第四部分：面向控制与优化的设计方法 在完成了系统的行为分析之后，本书转向如何基于这些分析结果来设计有效的反馈控制器或调度策略，以保证系统达到期望的目标性能。 1. 基于逻辑的控制器综合： 介绍如何从时序逻辑规范（LTL/CTL）出发，自动合成满足这些规范的控制器。这通常涉及到反向模型检测 (Backward Model Checking)或自动机合成 (Automata Synthesis)技术。 2. 性能优化与反馈线性化： 针对那些具有连续动态部分的系统，本书介绍如何结合传统的鲁棒控制理论（如 $H_{infty}$ 控制）与离散事件触发机制。重点在于事件触发的控制律更新，以减少计算负担和通信开销，同时保证控制性能的稳定性。 3. 实时性与确定性保证： 讨论如何使用基于最坏情况执行时间（WCET）分析的技术，结合系统的时间约束模型，来预测和保证关键任务的实时响应，确保系统在面对外部扰动时仍能满足硬实时要求。 --- 适用读者 本书适合于系统工程、自动化、计算机科学、航空航天以及生物工程等领域的高年级本科生、研究生以及致力于复杂系统建模与验证的工程师和研究人员。读者应具备扎实的离散数学和基础控制理论知识。 《现代控制系统与复杂系统建模的新范式》致力于提供一个统一的、严谨的分析框架，使用户能够从根本上理解和设计下一代具备高可靠性、高并发性和高复杂度的动态系统。

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