嵌入式控制系统设计

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嵌入式控制系统设计

本书面向专业人士读者。

前言

本书是一个维基，因此任何人都可以编辑它。请随时帮助并以任何方式贡献本书，但请尽量保持本书的范围，即其对设计的重点。

这是一本大学硕士或研究生工程专业（机电一体化、机械、电气/电子、计算机科学、系统工程）教科书，它解释了如何设计运动控制系统，即具有重要移动部件的计算机控制机器，例如机器人、机床、汽车、公共汽车、飞机、船舶、卫星、望远镜等。

本书的重点在于嵌入式系统的设计，而不是系统中的技术细节。（这些细节通常已经在有关系统组件的许多维基百科文章中介绍了。）换句话说，本书侧重于工程师在设计新的嵌入式应用程序（或重新设计/改进现有系统）时应进行的系统级思考。在许多地方，本书提供了一系列需要考虑的事项、注意事项和最佳实践，用于从单个组件设计系统。本书还试图对种类繁多的嵌入式系统及其设计过程进行一些结构化和分类：设计新的自动售货机带来的挑战与设计大型机场的自动行李处理系统或开发新一代的足球比赛机器人大不相同。

读者应该从本书中了解哪些设计标准（技术、经济、社会等）与特定嵌入式系统相关，以及在不同类别的嵌入式系统中哪些折衷方案是合适的。此外，本书应该帮助读者估计他们想要开发的系统的复杂性，并确定这种复杂性在他们的特定应用程序中来自哪里。应对系统级复杂性是所有嵌入式系统设计和开发背后的主要非功能性需求，因为它是在项目成功完成时所需的资源数量（时间、人员、硬件、软件等）的关键因素。

目前，本书主要关注运动机器，其中需要控制使机器以指定的安全方式移动。因此，其范围目前不包括其他嵌入式控制系统，例如过程控制或温度控制、视频和音频信号处理、电话等。当然欢迎未来向这些方向的改进，尽管运动控制系统通常在设计方面比提到的消费电子产品类嵌入式系统提供额外的挑战——因为它们必须应对真实的物理世界，而不仅仅是数字的、人造的世界——因此，它们的设计方面通常是消费电子产品中发现的超集。

运动控制系统包括软件控制组件，但也包括可由计算机读取的模型来表示物理世界，传感器（部分硬件，部分软件）来测量该物理世界，执行器（部分硬件，部分软件）来引发世界变化，以及规划器（纯软件）来预先计算控制系统应该采取哪些动作才能达到所需状态。

嵌入式可以指很多不同的东西（有关含义列表，请参见后面的章节），但一个共同的特点是，系统的复杂性——包括其所有配置和控制组件和活动——对系统用户不可见，而是隐藏在一个用户友好的界面后面，该界面只允许访问嵌入式系统的（虚拟）模型。

这个例子是一个嵌入式系统，用于介绍嵌入式系统的最通用概念，并激发本书后面章节的相关性。

嵌入式系统，它具有更通用的和高级的业余爱好范围。
控制系统，这是一本关于控制算法及其设计的大学水平教科书。
系统理论，这是一本关于系统理论方面的本科水平教科书。
通信系统，这是一本大学水平教科书，解释了计算机系统之间通信的原理。
机器人学，它讨论了如何构建一个业余机器人，不太强调软件，也没有本书想要解决的更复杂的系统。

设计

数字硬件

软件

应用:

词汇表

许可证

作者

本书的初始版本由Herman Bruyninckx与嵌入式控制系统课程的学生共同创建。来自埃因霍温理工大学的René van de Molengraft在该课程的第二年提供了宝贵的贡献。

致谢

本书的版式灵感来自优秀的控制系统书籍的示例。

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