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出版者:高等教育

作者:本社

出品人:

页数:395

译者:

出版时间:2008-1

价格:34.00元

装帧:

isbn号码:9787040225105

丛书系列:

图书标签:

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现代控制理论与算法设计 图书简介 本书系统深入地探讨了现代控制理论的核心概念、先进算法及其在工程实践中的应用。全书结构严谨，内容涵盖了从基础理论到尖端研究的多个层面，旨在为从事自动控制、机器人、航空航天、精密机械等领域的工程师、研究人员和高年级本科生提供一本全面而实用的参考手册。 第一部分：经典控制理论的深化与扩展 本部分首先对经典的频域分析方法（如波德图、奈奎斯特图）进行了回顾与深化，重点分析了其在线性、时不变（LTI）系统分析中的局限性。随后，章节引入了状态空间表示法，这是现代控制理论的基石。详细介绍了如何建立复杂物理系统的状态方程，包括线性化技术在非线性系统建模中的应用。系统的能控性、可观测性分析被作为核心内容进行讲解，并推导出可控规范形和可观性规范形，为后续的状态反馈设计奠定基础。此外，本部分深入剖析了李雅普诺夫稳定性理论，不仅限于经典的李雅普诺夫第一法和第二法，还重点讨论了李雅普诺夫函数在判断非线性系统稳定性和设计稳定控制器方面的实际构建方法，特别是针对特定结构系统的构造技巧。 第二部分：最优控制与线性二次型调节器（LQR） 最优控制是现代控制理论中解决性能优化问题的关键工具。本部分详尽阐述了变分法的基础，如欧拉-拉格朗日方程，并将其推广到最优控制问题中，推导出庞特里亚金最大值原理，这是解决复杂约束下最优控制问题的理论利器。随后，将重点放在最实用且应用最广泛的线性二次型调节器（LQR）设计上。详细推导了代数黎卡提方程（ARE）的求解过程及其在确定最优状态反馈增益矩阵中的作用。书中不仅提供了基于解析解的推导，还结合数值方法（如Schur分解法）讨论了在计算机上求解ARE的稳定性与效率。针对实际系统可能存在的输入或状态约束，本部分引入了有限时间最优控制的概念，并探讨了如何通过对性能指标加权来平衡系统的响应速度与超调量。 第三部分：随机系统与估计理论 在实际工程中，系统往往受到各种不确定性（如传感器噪声、环境干扰）的影响，这要求我们引入随机过程的理论框架。本部分首先回顾了概率论与随机过程的基本知识，重点关注马尔可夫过程和高斯过程。核心内容聚焦于卡尔曼滤波（Kalman Filter, KF）的理论推导和实现。详细分析了KF的预测步和更新步的数学原理，并讨论了其在状态估计中的最优性（在最小均方误差意义下）。针对系统模型不精确或噪声统计特性未知的情况，本书进一步介绍了扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF），通过泰勒展开和Sigma点采样策略，有效处理了非线性系统的状态估计问题，并对这三种滤波器的适用范围和计算复杂度进行了比较。 第四部分：先进的鲁棒性与自适应控制 现代工程对控制系统的可靠性和抗干扰能力提出了更高要求。本部分深入探讨了鲁棒控制理论。首先介绍了$mathcal{H}_infty$ 控制的设计方法，强调如何将性能要求和干扰抑制转化为对特定传递函数范数的约束，并通过求解加性或乘性不确定性下的裕度分析来确保系统在模型误差下的稳定性。 此外，本书专门辟出章节讲解自适应控制。针对系统参数可能随时间发生变化的场景，详细介绍了基于模型的参考自适应控制（MRAC）的设计流程，特别是其“高频注入”和“误差信号重构”等关键技术。对于参数辨识与控制一体化的需求，则深入分析了基于最小二乘法的自适应律（如渐近稳定和超前控制律的构造），并讨论了如何通过引入“死区”或“投影算子”来避免参数漂移现象。 第五部分：非线性系统的特有控制方法 传统的线性化方法在处理强非线性系统时表现不佳。本部分聚焦于精确非线性控制。首先，详细阐述了反步法（Backstepping），这是一种通过逐层递阶设计虚拟控制律来保证全局稳定性的强大工具，并详细分析了其在能量函数构建中的艺术性。其次，介绍了滑模控制（SMC），重点讲解了如何设计合适的滑模面以保证系统动态性能，并讨论了滑模控制中固有的“抖振”现象及其通过奇异控制层设计或模糊逻辑/神经网络逼近进行削弱的策略。最后，对依赖于反馈线性化的理论进行了阐述，包括可微坐标变换的选择和对零动态稳定性的判断。 总结与展望 本书的特色在于理论的深度与实践的广度的结合。每一章节均配有详细的数学推导和清晰的工程示例，部分算法的MATLAB/Simulink实现流程也被穿插介绍。本书旨在培养读者不仅掌握控制系统的设计流程，更能深入理解各种控制策略背后的物理意义和数学本质，从而能够针对复杂多变的工程挑战，选择并创新性地应用最合适的控制理论工具。

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我在一家嵌入式软件开发公司工作，我们的项目涉及的领域非常广泛，从工业自动化到消费电子，客户的需求也千变万化。《嵌入式系统原理及应用开发技术》这本书，我希望它能够成为我们团队的“工具箱”，帮助我们解决各种各样的问题。我非常想了解书中是否会提供一些关于嵌入式系统设计模式和最佳实践的讨论。比如，在面对不同的应用场景时，如何选择合适的微处理器架构，如何进行系统资源的分配，以及如何进行模块化的设计。我希望书中能介绍一些常用的嵌入式系统开发框架，以及如何利用这些框架来加速开发过程。对于实时性要求极高的应用，我希望书中能深入讲解实时操作系统（RTOS）的设计哲学，以及如何进行精确的时间控制和任务调度。我也非常关注书中关于嵌入式系统测试的内容，比如单元测试、集成测试、系统测试，以及如何构建自动化测试平台。我希望书中能提供一些关于嵌入式系统性能分析和优化的方法，帮助我们找出性能瓶颈，并进行有效的优化。此外，我也希望书中能探讨一些嵌入式系统的可维护性和可扩展性方面的问题，比如如何进行代码的版本管理，如何进行固件升级，以及如何方便地添加新的功能。这本书的价值在于，它能够为我们提供一个广阔的视野，让我们能够从不同的角度去思考和解决问题，从而提升我们的整体开发水平。

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作为一名刚接触嵌入式领域的学生，我对一切都感到新鲜和好奇。《嵌入式系统原理及应用开发技术》这个书名听起来就非常有深度，而且“原理”和“应用开发技术”这两个词汇组合在一起，让我觉得它能够同时满足我对理论知识和实践操作的需求。我特别想知道，书中是否会详细介绍嵌入式系统中的“实时性”到底意味着什么，以及为什么它在很多应用中如此重要。我希望它能用通俗易懂的语言解释清楚，比如在汽车刹车系统或者工业机器人控制中，为什么必须在极短的时间内做出响应，否则就会导致严重的后果。我也希望书中能介绍一些常用的嵌入式微处理器或微控制器家族，例如ARM Cortex-M系列，以及它们各自的特点和优势，并给出一些在实际项目中如何选择合适处理器的建议。对于“应用开发技术”，我最关心的是书中是否会涉及嵌入式Linux的开发。我知道Linux在嵌入式领域非常流行，我想学习如何交叉编译程序，如何构建根文件系统，以及如何使用一些常用的嵌入式Linux开发工具，例如Makefile、Git等。此外，如果书中能介绍一些嵌入式系统调试的技巧和常用工具，比如JTAG、SWD调试器，以及如何通过串口打印log来排查问题，那就太棒了。我希望这本书能带领我一步步地从零开始，掌握嵌入式系统的基本构成和开发流程，让我能够独立地完成一些简单的嵌入式小项目，比如控制LED闪烁，读取传感器数据，或者通过网络发送数据等等。我对这本书充满期待，希望它能成为我学习嵌入式系统知识的“启蒙老师”。

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我是一名嵌入式硬件工程师，虽然我对硬件设计比较熟悉，但在软件开发方面一直觉得有所欠缺，特别是对于如何与复杂的嵌入式软件系统进行高效协同，我希望能通过学习《嵌入式系统原理及应用开发技术》这本书来弥补这方面的不足。我非常想了解嵌入式系统中软件的层次结构，从底层的引导程序（bootloader）到操作系统内核，再到应用程序，它们各自扮演的角色和相互之间的关系。我希望书中能详细介绍Bootloader的作用，比如它如何初始化硬件，如何加载操作系统内核，以及如何实现固件升级（OTA）。对于操作系统，我更关心的是嵌入式Linux的用户态和内核态的概念，以及系统调用是如何实现的。我也对设备驱动程序的编写方式非常感兴趣，特别是如何与Linux内核中的驱动模型进行集成，如何处理中断和DMX。此外，我也希望书中能介绍一些嵌入式系统常用的通信接口和协议，比如USB、Ethernet，以及相关的驱动程序开发。我非常期待书中能够有一些关于嵌入式系统调试和故障排除的实用技巧，比如如何使用GDB进行远程调试，如何分析内核日志，以及如何进行性能剖析。我也希望书中能探讨一些嵌入式系统的功耗管理策略，因为在很多应用场景下，功耗是一个非常关键的因素。这本书对我来说，不仅仅是为了学习新的知识，更是为了能够更好地理解和掌握软件开发人员的工作流程和思维方式，从而能够与软件团队更有效地沟通和协作，共同打造出更优秀的嵌入式产品。

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我是一名对物联网（IoT）应用充满热情的技术爱好者，我一直梦想着能够亲手构建出智能化的设备。《嵌入式系统原理及应用开发技术》这本书，从名字上就感觉非常贴合我的需求，能够让我深入理解物联网设备背后的核心技术。我希望书中能够详细介绍嵌入式系统与物联网通信相关的技术，比如Wi-Fi、蓝牙、Zigbee等无线通信协议的工作原理，以及如何在嵌入式设备上实现这些协议。我非常想了解如何将传感器采集到的数据，通过网络发送到云平台，并接收云平台的指令返回。对于云平台，我希望书中能介绍一些主流的IoT云平台（如阿里云IoT、AWS IoT）的基本架构和接入方式，以及如何与嵌入式设备进行交互。我还希望书中能介绍一些嵌入式系统在物联网安全方面的考虑，比如如何保证设备认证、数据加密、以及防止非法访问。我也对低功耗嵌入式系统的设计非常感兴趣，因为很多物联网设备都需要长时间运行，而电池寿命是一个关键的限制因素。我希望书中能提供一些关于电源管理、睡眠模式、以及如何优化程序来降低功耗的技巧。这本书的出现，对于我实现自己的物联网项目，无疑是一份宝贵的指南，能够帮助我将想法转化为现实。

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我在一个初创公司工作，我们正在开发一款智能家居产品，其中涉及到很多嵌入式技术的应用，但由于团队成员背景各不相同，我们在技术理解和实现上存在一些分歧。《嵌入式系统原理及应用开发技术》这本书正好可以成为我们团队的技术“公约”。我希望书中能为我们提供一个统一的、清晰的嵌入式系统框架。我尤其想了解书中是否会详细讲解嵌入式系统中的“裸机编程”和“操作系统级编程”的区别以及它们各自的适用场景。我希望能够理解在资源极其有限的单片机上，如何通过裸机编程实现高效的功能，以及当系统变得越来越复杂时，引入RTOS或者嵌入式Linux的优势和必要性。对于RTOS，我希望书中能深入剖析其核心组件，例如任务管理、内存管理、事件标志组、信号量等，以及如何利用它们来实现复杂的并发任务协同。对于嵌入式Linux，我希望能了解其多任务、多进程的机制，以及如何进行应用层开发，例如使用Qt进行UI开发，或者使用Python进行一些简单的脚本编写。我非常关注书中关于嵌入式系统可靠性和稳定性的讨论，比如如何进行异常处理、错误恢复，以及如何提高代码的可测试性。我也希望书中能提供一些关于嵌入式系统安全加固的建议，比如如何防止代码注入、数据泄露等。这本书的出现，有望帮助我们团队统一技术认知，提高开发效率，从而更好地推进我们的产品开发进程。

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我是一名正在努力提升自己技能的软件工程师，最近我开始对嵌入式开发产生了浓厚的兴趣，特别是它在物联网（IoT）领域的广泛应用。我了解到，物联网设备通常都是嵌入式系统，它们需要高效、可靠且低功耗地运行。因此，我一直在寻找一本能够深入讲解嵌入式系统核心原理，同时又能指导实际开发的书籍。当我在网上看到《嵌入式系统原理及应用开发技术》这本书的介绍时，它的标题立刻引起了我的注意。我尤其关注书中是否会详细阐述嵌入式系统的硬件架构，包括微控制器（MCU）和微处理器（MPU）的区别，它们在不同应用场景下的选择标准，以及各种内存类型（RAM、ROM、Flash）的作用和特性。此外，我也非常想了解嵌入式系统中的通信协议，比如UART、SPI、I2C，以及更高级的网络通信协议（TCP/IP、MQTT）是如何在嵌入式设备上实现的。我希望书中能提供一些实际的电路图和原理图，帮助我理解硬件是如何与软件交互的。对于软件开发方面，我期待书中能够详细介绍嵌入式C语言编程的技巧，以及如何编写高效、可移植的设备驱动程序。我也对实时操作系统（RTOS）的深入讲解非常感兴趣，比如FreeRTOS、RT-Thread等，它们如何管理任务、实现进程间通信，以及如何进行中断服务程序的编写，以保证系统的实时性和稳定性。我希望这本书能够提供一些实际案例分析，展示如何将理论知识应用于解决现实世界的嵌入式开发问题，尤其是在物联网应用方面。我希望通过阅读这本书，能够为我今后的嵌入式项目开发打下坚实的基础，让我能够更加自信地面对各种挑战。

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作为一名有着多年传统PC软件开发经验的开发者，我一直对嵌入式系统这个“小而精”的领域感到好奇。《嵌入式系统原理及应用开发技术》这个书名让我觉得它可能是一座连接我和嵌入式世界的桥梁。我希望这本书能够以一种循序渐进的方式，将我从熟悉的PC环境引导到嵌入式开发。我特别想了解，嵌入式系统与我们熟悉的Windows、Linux等桌面操作系统相比，在设计理念、开发流程和应用场景上有什么根本性的区别。我希望书中能解释为什么很多嵌入式系统不需要像PC一样完整的操作系统，或者只使用轻量级的RTOS。我非常希望书中能详细介绍嵌入式系统中常用的微控制器（MCU）的架构，比如AVR、PIC、STM32等，以及它们的核心指令集、寄存器配置等。对于软件开发，我期待书中能介绍嵌入式C语言编程的一些高级技巧，比如指针的灵活运用、位操作、以及如何进行内存管理。我也希望书中能讲解如何编写高效的汇编代码，或者如何理解和调用汇编指令，以优化性能。我非常关心书中关于嵌入式系统调试的内容，比如如何使用逻辑分析仪、示波器等工具来分析信号，以及如何通过JTAG/SWD接口进行在线调试。我希望这本书能让我对嵌入式系统的硬件和软件有一个全新的认识，打破我原有的思维定势，让我能够以一种更灵活、更高效的方式去解决嵌入式领域的问题。

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我是一名嵌入式系统的爱好者，也曾尝试过一些DIY项目，但总觉得对一些深层次的原理理解不够透彻。《嵌入式系统原理及应用开发技术》这本书，我期待它能带我深入挖掘嵌入式系统的“灵魂”。我非常想了解书中是否会详细介绍微处理器（MPU）和微控制器（MCU）的内部结构，比如CPU的核心、流水线、缓存、以及各种指令集的区别。我希望能够理解这些底层结构是如何影响系统的性能和功耗的。对于内存管理，我希望书中能详细讲解虚拟内存、分页、分段等概念，以及它们在嵌入式系统中的应用。我也对中断系统的工作原理非常感兴趣，比如中断向量表、中断优先级、中断嵌套等，以及如何编写高效的中断服务程序。我希望书中能介绍一些高级的嵌入式系统概念，比如MMU（内存管理单元）、DMA控制器等，以及它们在提升系统性能方面的作用。我也对嵌入式系统的启动过程非常好奇，从上电复位到操作系统加载完成，中间经历了哪些关键步骤。我希望能在这本书中找到一些关于嵌入式系统架构设计的深入讨论，比如如何根据不同的应用需求，设计出最优的系统架构。我对书中提到的“应用开发技术”也充满了期待，希望它能引导我进行更复杂、更精巧的嵌入式项目开发，让我能够真正地理解嵌入式系统是如何工作的，并将其应用到我感兴趣的领域，实现我的创意。

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我是一名电子工程专业的学生，我们课程中经常会涉及到嵌入式系统的概念，但总觉得有些理论性的东西不够清晰，也缺乏实际的开发经验。《嵌入式系统原理及应用开发技术》这本书听起来非常契合我的需求，我希望它能帮助我巩固和深化对嵌入式系统各个层面的理解。我尤其希望能在这本书中找到关于嵌入式系统硬件与软件接口的详细讲解。比如，CPU如何通过总线与内存和各种外设进行通信，I/O端口的配置和使用，中断控制器的工作原理，以及DMA（直接内存访问）是如何提高数据传输效率的。我希望书中能提供一些硬件抽象层（HAL）的概念和实现方式，这样可以更容易地理解不同硬件平台之间的差异，并提高代码的可移植性。在软件方面，我对嵌入式操作系统（RTOS）的调度算法和同步机制非常感兴趣，例如优先级抢占、时间片轮转，以及信号量、互斥锁、消息队列等是如何保证多任务并发执行的安全性和效率的。我也希望书中能介绍一些常见的嵌入式开发模式，比如状态机、事件驱动等，以及如何编写健壮的嵌入式软件，如何处理异常和错误。我对书中提到的“应用开发技术”也寄予厚望，希望能学习到一些关于嵌入式系统性能优化和功耗管理的技巧，比如如何通过代码优化、硬件选型来降低功耗，以及如何对系统进行性能分析和瓶颈查找。我希望能在这本书中找到关于嵌入式系统安全性的讨论，比如如何防止恶意攻击，如何保护敏感数据等等。这本书对我来说，不仅仅是学习知识，更是为我今后的毕业设计和专业发展打下坚实的基础，让我能够更有信心地面对未来的挑战。

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我一直对嵌入式系统领域充满好奇，也知道它在现代科技中扮演着越来越重要的角色，从我们每天使用的智能手机、家用电器，到汽车、工业自动化，无处不在。因此，当我在书店看到这本书的封面，名字叫《嵌入式系统原理及应用开发技术》时，立刻就被吸引住了。我购买这本书的初衷，是希望能够系统地了解嵌入式系统的基本概念，比如它和普通计算机的区别，它通常包含哪些核心组件（CPU、内存、外设等），以及这些组件是如何协同工作的。我也想知道，为什么有些系统需要实时性，而有些则不需要，这背后的原理是什么。此外，书中提到的“应用开发技术”也让我非常感兴趣。我希望能够学习到一些实际的开发方法和工具，比如常用的编程语言（C、C++），以及一些嵌入式开发环境下常用的操作系统（RTOS，实时操作系统）和开发平台。我希望书中能有一些清晰的图示和流程图，能够帮助我理解复杂的概念，比如中断处理、任务调度、设备驱动的编写等等。我期待这本书能为我打开一扇通往嵌入式世界的大门，让我能够逐步掌握构建和开发嵌入式系统的基本技能，甚至能够自己动手实现一些简单的嵌入式项目。我对书中关于嵌入式系统设计的挑战和解决策略也非常期待，比如如何优化功耗，如何提高系统的稳定性和可靠性，以及如何应对硬件资源受限的情况。我希望能在这本书中找到答案，让我对嵌入式系统有一个更全面、更深入的认识，为我未来的学习和职业发展打下坚实的基础。我对这本书的内容充满期待，希望它能成为我学习嵌入式系统的宝贵财富。

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