嵌入式控制系統設計

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嵌入式控制系統設計

本書面向專業人士讀者。

前言

本書是一個維基，因此任何人都可以編輯它。請隨時幫助並以任何方式貢獻本書，但請儘量保持本書的範圍，即其對設計的重點。

這是一本大學碩士或研究生工程專業（機電一體化、機械、電氣/電子、計算機科學、系統工程）教科書，它解釋瞭如何設計運動控制系統，即具有重要移動部件的計算機控制機器，例如機器人、機床、汽車、公共汽車、飛機、船舶、衛星、望遠鏡等。

本書的重點在於嵌入式系統的設計，而不是系統中的技術細節。（這些細節通常已經在有關係統元件的許多維基百科文章中介紹了。）換句話說，本書側重於工程師在設計新的嵌入式應用程式（或重新設計/改進現有系統）時應進行的系統級思考。在許多地方，本書提供了一系列需要考慮的事項、注意事項和最佳實踐，用於從單個元件設計系統。本書還試圖對種類繁多的嵌入式系統及其設計過程進行一些結構化和分類：設計新的自動售貨機帶來的挑戰與設計大型機場的自動行李處理系統或開發新一代的足球比賽機器人大不相同。

讀者應該從本書中瞭解哪些設計標準（技術、經濟、社會等）與特定嵌入式系統相關，以及在不同類別的嵌入式系統中哪些折衷方案是合適的。此外，本書應該幫助讀者估計他們想要開發的系統的複雜性，並確定這種複雜性在他們的特定應用程式中來自哪裡。應對系統級複雜性是所有嵌入式系統設計和開發背後的主要非功能性需求，因為它是在專案成功完成時所需的資源數量（時間、人員、硬體、軟體等）的關鍵因素。

目前，本書主要關注運動機器，其中需要控制使機器以指定的安全方式移動。因此，其範圍目前不包括其他嵌入式控制系統，例如過程控制或溫度控制、影片和音訊訊號處理、電話等。當然歡迎未來向這些方向的改進，儘管運動控制系統通常在設計方面比提到的消費電子產品類嵌入式系統提供額外的挑戰——因為它們必須應對真實的物理世界，而不僅僅是數字的、人造的世界——因此，它們的設計方面通常是消費電子產品中發現的超集。

運動控制系統包括軟體控制組件，但也包括可由計算機讀取的模型來表示物理世界，感測器（部分硬體，部分軟體）來測量該物理世界，執行器（部分硬體，部分軟體）來引發世界變化，以及規劃器（純軟體）來預先計算控制系統應該採取哪些動作才能達到所需狀態。

嵌入式可以指很多不同的東西（有關含義列表，請參見後面的章節），但一個共同的特點是，系統的複雜性——包括其所有配置和控制組件和活動——對系統使用者不可見，而是隱藏在一個使用者友好的介面後面，該介面只允許訪問嵌入式系統的（虛擬）模型。

這個例子是一個嵌入式系統，用於介紹嵌入式系統的最通用概念，並激發本書後面章節的相關性。

嵌入式系統，它具有更通用的和高階的業餘愛好範圍。
控制系統，這是一本關於控制演算法及其設計的大學水平教科書。
系統理論，這是一本關於系統理論方面的本科水平教科書。
通訊系統，這是一本大學水平教科書，解釋了計算機系統之間通訊的原理。
機器人學，它討論瞭如何構建一個業餘機器人，不太強調軟體，也沒有本書想要解決的更復雜的系統。

設計

數字硬體

軟體

應用:

詞彙表

許可證

作者

本書的初始版本由Herman Bruyninckx與嵌入式控制系統課程的學生共同建立。來自埃因霍溫理工大學的René van de Molengraft在該課程的第二年提供了寶貴的貢獻。

致謝

本書的版式靈感來自優秀的控制系統書籍的示例。

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目錄

作者

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