具体描述
本书是一本适合高校教学的MATLAB教材，有助于学生尽快掌握MATLAB语言的特点及其基本功能，学会使用Simulink、MATLAB相关专业工具箱的仿真工具进行系统仿真、系统分析和设计，为以后更好地从事科研工作打下扎实的基础。本书由浅入深地展开对常用的MATLAB软件工具的介绍。首先介绍了MATLAB的基本操作、语言特点及基本功能、MATLAB程序设计的基础，其次介绍了系统仿真和设计所必需的Simulink辅助设计基础及高级仿真技术，最后介绍了基于Stateflow事件驱动的状态转换工具。
本书可作为高校理工科各专业的本科生和研究生系统仿真类课程的教材和参考书，亦可作为科技工作者、教师解决系统仿真、设计问题的参考资料，也为有意自学MATLAB工程计算语言的读者提供有益的参考。
好的，以下是一份关于一本涵盖了现代控制系统设计、数字信号处理、以及高级嵌入式系统开发的图书简介，内容旨在不涉及MATLAB/Simulink/Stateflow的具体应用细节，而是侧重于更广泛的工程原理和方法论： --- 《现代工程系统设计与实现：从理论基础到前沿应用》 简介 本书旨在为工程技术人员、研究人员及高年级学生提供一个全面且深入的视角，探讨现代复杂工程系统的设计、分析、建模与实现所必需的核心理论、方法论以及实践技能。在当今技术快速迭代的时代，系统复杂性呈几何级数增长，对工程师的要求也已从单一学科的专精，转向跨学科的系统集成能力。本书正是基于这一需求而编写，聚焦于一套通用且强大的工程思维框架，使读者能够有效地驾驭从概念构思到最终产品部署的全过程。 全书结构严谨，内容涵盖了三个主要部分：系统理论基础、建模与仿真方法论，以及嵌入式系统实现与验证。 --- 第一部分：系统理论基础与高级分析 本部分首先奠定了理解任何复杂动态系统的数学基础。我们深入探讨了经典控制理论的现代诠释，包括状态空间表示法（State-Space Representation）的优越性，以及如何利用李雅普诺夫稳定性理论（Lyapunov Stability Theory）对非线性系统进行严谨的稳定性分析。读者将掌握如何使用矩阵分解、特征值分析等工具，来洞察系统的内在动力学特性。 紧接着，本书转向了现代控制理论的核心——最优控制。我们详细阐述了在线性二次型调节器（LQR）的设计哲学，解析了其与动态规划（Dynamic Programming）的内在联系。此外，对于无法建立精确数学模型的系统，自适应控制和鲁棒控制理论提供了至关重要的设计范式。我们详细介绍了 $mathcal{H}_{infty}$ 控制的设计流程，强调了在存在不确定性和外部扰动的情况下，如何保证系统性能的边界。这部分内容为读者提供了评估和设计高性能控制策略的理论基石。 --- 第二部分：抽象建模与系统级仿真方法论 在复杂系统开发中，模型是沟通需求、设计与实现之间的桥梁。本部分专注于如何构建高质量的、可验证的系统模型，而非局限于特定工具的语法。 我们首先讨论了系统级建模语言的选择标准，侧重于面向对象建模（Object-Oriented Modeling）在描述多领域物理系统时的优势。书中引入了物理建模范式，特别是基于交换律（Axiom of Conservation）的建模思想，它允许工程师在不预先设定输入输出端口的情况下，自然地描述组件间的相互作用，极大地简化了机电、热力、流体等耦合系统的建模过程。 随后，我们深入研究了离散事件系统（Discrete Event Systems, DES）的建模与分析。DES在描述通信协议、制造流程、以及资源调度等场景中扮演关键角色。本书介绍了Petri Net（有向图）等工具的严谨建模方法，并讨论了如何通过状态机（State Machines）的层次化设计来管理系统的复杂性。 在仿真方法论方面，本书强调了模型验证与确认（V&V）的重要性。我们探讨了参数敏感性分析、不确定性量化（Uncertainty Quantification, UQ）的技术，以及如何构建基于场景的测试用例集来确保模型对真实世界行为的充分覆盖。这部分内容指导读者如何从“能跑起来”的模型跃升到“可信赖”的模型。 --- 第三部分：高性能嵌入式系统实现与实时验证 现代控制算法和复杂的系统模型最终必须在资源受限的硬件平台上高效运行。本部分聚焦于从算法到硬件部署的工程实践。 实时操作系统（RTOS）是实现高可靠性嵌入式系统的基石。本书详细比较了主流RTOS的内核设计，如抢占式调度、任务间通信（IPC）机制，以及中断服务程序（ISR）的设计规范。重点讨论了确定性（Determinism）的实现：如何通过资源隔离、优先级继承协议等技术，保证任务执行时间和延迟的可预测性，这是满足严格实时性要求的关键。 在高效算法实现方面，本书探讨了定点数运算（Fixed-Point Arithmetic）的优化策略。对于有限精度的处理器而言，从浮点算法到定点算法的转换不仅仅是数据类型的改变，更涉及到量化误差的分析和控制性能的保持。书中提供了量化误差的数学模型和缓解技术。 最后，本书涵盖了硬件在环（Hardware-in-the-Loop, HIL）仿真技术。HIL不仅是调试的工具，更是系统最终验收的平台。我们阐述了如何搭建一个有效的HIL测试平台，包括实时I/O接口的精度要求、数据同步机制，以及如何利用HIL环境来复现和诊断在实际部署中难以捕捉的瞬态故障模式。这确保了算法在面对真实物理世界干扰时依然能保持健壮性。 --- 总结 《现代工程系统设计与实现：从理论基础到前沿应用》旨在培养工程师的系统性思维和跨领域解决问题的能力。它避开了特定商业软件的特定界面操作，转而聚焦于底层原理和通用工程规范，确保读者所学知识具有长久的生命力和广泛的适用性，无论是应用于航空航天、汽车电子、工业自动化还是新兴的物联网领域，都能构建出高效、可靠且可维护的复杂工程系统。
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