信息物理融合系统（CPS）是指在环境感知的基础上，深度融合了计算通信和控制能力的网络化物理设备系统，通过计算、通信和控制技术（3Cs）的深度协作，旨在实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。CPS系统行为体现为信息过程和物理过程的有机融合，二者并行运作且又紧密交互。其中，以3Cs技术为基础的信息过程受离散时钟驱动，按照一定的离散事件序列运行，对物理设施进行感知和控制；而物理行为如机械运动、化学反应等则随物理时间连续变化，使得CPS系统行为整体上呈现出离散与连续的混成性、信息与物理的并行性、感知响应闭环性以及多节点网络化协作性等特征，给CPS系统的设计与开发带来巨大的挑战。　　建模与仿真是实现CPS系统行为早期决策设计和参数评估的重要途径。现有的CPS系统行为仿真模型研究成果较少，主要有基于方程的Modelica模型、面向角色的Ptolemy模型以及基于SystemC的信息平台模型。其中Modelica相关研究人员通过对Modelica的嵌入式软件模型扩充，实现 CPS系统行为的计时仿真；Ptolemy主要通过丰富的计算模型实现异构系统的分层设计与集成，但由于缺乏对离散过程执行时间语义的支撑，不能够对CPS系统行为的时间特性进行集成仿真分析。SystemC具备软硬件协同建模能力，但对于信息过程的复杂动态模式的支撑较弱。本文采用“事件”作为信息过程与物理过程的桥接概念，研究由感知事件驱动的信息过程与控制事件驱动的物理过程的统一建模方法及其关键时间特性的刻画与仿真评估方法，主要研究内容和创新点如下：　　（1）针对信息物理交互事件特性的精确刻画需求，对时空事件形成条件的刻画方法进行深入研究，从事件检测者的角度提出了事件的量化时序组合逻辑，结合事件的变量取值条件组合逻辑和空间关系组合逻辑，总结了事件组合逻辑，为信息过程感知事件和控制事件的刻画提供了精确语义。以月球车系统行为刻画过程为例展示了事件的组合定义和应用过程。　　（2）针对CPS系统行为仿真对信息过程行为及其时间特性的集成刻画需求，提出了基于事件-接口的CP交互行为仿真建模方法。借鉴现有软件行为模型，重新定义了接口的行为模型；给出了基于状态转换关系的接口实现模型及逻辑并行组合、动态并发和物理并行组合等接口组合方法，辅助信息行为的描述与仿真建模。通过将事件类型与其检测者、响应者以及响应结果类型和相应的延迟属性相绑定，充分刻画事件在信息物理闭环交互过程中的作用，并为信息与物理行为的协同仿真提供模型依据。　　（3）针对带延时属性的接口行为模型的主要实现逻辑和延时属性的早期仿真评估需求，提出了一种基于扩展微分Petri网（DPN）的CPS闭环混成行为时效方面仿真建模方法，为CPS系统行为的响应决策和相关参数的早期设计提供了一种综合评估手段。设计了基于扩展DPN模型的连续量离散感知过程、信息过程响应逻辑、控制过程以及物理动态的一般模式，给出了感知、控制模型与物理连续模型的集成方法；以智能车辆的自主行走场景为实验对象，展示了该建模方法的可行性和有效性。　　（4）依据信息行为时间特性和信息物理交互时序特性，设计并实现了由感知-控制周期驱动的信息物理并行调度引擎，有效实现了基于 Statechart模型的CPS系统行为统一视图建模与信息物理协同仿真。以月球车系统为例，采用Rhapsody数据同步更新和事件端口通信机制，完成了CPS系统闭环信息流的搭建，应用并行调度机制完成了月球车系统闭环行为的集成仿真，验证了月球车自主行进过程中避障策略的安全性。该方法所形成仿真框架为系统中信息系统行为和物理动态行为的设计与实现提供了可重复运行的仿真验证环境。　　（5）针对典型CPS系统的多节点网络化协作特性，在混成自动机模型的基础上提出了一种基于事件桥的带延时属性的网络化混成动态行为模型。通过消除显式时钟变量的引用，实现了混成行为节点间的事件供求关系及其网络延时特性的独立、简洁的刻画；设计并实现了基于事件桥的建模与仿真框架，应用该框架分别建立了列车门控系统和月球车系统行为模型，有效实现了系统行为的仿真观测和关键属性验证。该框架不仅适用于网络化多混成节点系统，也适用于单CPS节点混成系统，能够有效支持CPS系统行为的建模与仿真。　　本文所取得的研究成果已应用于“863”信息领域重大项目等国家级课题，并展示出了成果的有效性，为CPS系统早期设计与仿真分析提供了理论与方法支撑。