各国科研学者从CPS的理论方法、相关组件、运行环境、系统设计与实现等不同层面对CPS进入了深入研究，但是由于CPS结构复杂，融合了其他学科的多种技术，至今学术界仍没有一个完全统一的定义。控制中心的计算单元与物理实体在网络环境下进行通信，组件自我控制等，所以，CPS是一个多维混杂异构系统。图2-17CPS抽象结构图......
2025-09-29
赛博物理系统的结构体系
【摘要】：图2-18CPS结构体系图2-18CPS结构体系图2-19CPS反馈环CPS是运行在不同时间和空间范围的闭环（多闭环）系统，且感知、决策和控制执行子系统大多不在同一位置。逻辑上紧密耦合的基本功能单元依存于拥有强大计算资源和数据库的网络基础设施，如Internet、数据库、知识库服务器及其他类型数据传输网络等，能够实现本地或者远程监测，并影响物理环境。
CPS体系结构的一般形式如图2-18所示，它由决策层、网络层和物理层组成。决策层通过语义逻辑计算，实现用户、感知和控制系统之间的逻辑耦合；网络层通过网络传输计算，连接CPS在不同空间与时间的子系统；物理层体现的是感知与控制计算，是CPS与物理世界的接口。
众所周知，自然界中的各种物理量的变化绝大多数是连续的，或者说是模拟的，而信息空间则是数字的，充斥着大量离散量。从物理空间到信息空间的信息流动，首先必须通过各种类型的传感器将各种物理量转变成模拟量，再通过模拟数字转化器变成数字量，从而为信息空间所接受。因此，从这个意义上说，传感器网络也可视为CPS中的一个重要的组成部分。
在现实环境中，大量的传感器以无线通信方式自组织成网络，协同完成对物理环境或物理对象的监测感知，传感器网络对感知数据做进一步的数据融合处理，并将得到的信息通过网络基础设施传递给决策控制单元，决策控制单元与执行器通过网络分别实现协同决策与协同控制。
CPS的基本组件包括传感器（Sensor）、执行器（Actuator）和决策控制单元（Decisionmaking Control Unit）。其中，传感器和执行器是一种嵌入式设备，传感器能够监测、感知外界的信号、物理条件（如光、热）或化学组成（如烟雾）；执行器能够接收控制指令，并对受控对象施加控制作用；决策控制单元是一种逻辑控制设备，能够根据用户定义的语义规则生成控制逻辑。基本组件结合反馈循环控制机制如图2-19所示。
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图2-18 CPS结构体系
图2-19 CPS反馈环
CPS是运行在不同时间和空间范围的闭环（多闭环）系统，且感知、决策和控制执行子系统大多不在同一位置。逻辑上紧密耦合的基本功能单元依存于拥有强大计算资源和数据库的网络基础设施，如Internet、数据库、知识库服务器及其他类型数据传输网络等，能够实现本地或者远程监测，并影响物理环境。
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