嵌入式控制系统及其C/C++实现：面向使用MATLAB的软件开发者(附CD-ROM光盘一张 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] 莱丁(Ledin，J.)著，骆丽 著

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• 软件开发
• 嵌入式控制
• 硬件编程
• 实践应用
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店铺： 天都图书专营店

出版社： 北京航天航空大学出版社

ISBN：9787810774802

商品编码：17993131013

包装：平装

出版时间：2005-04-01

图书基本信息
图书名称	嵌入式控制系统及其C/C++实现：面向使用MATLAB的软件开发者(附CD-ROM光盘一张)	作者	(美)莱丁(Ledin,J.)著,骆丽
定价	32.00元	出版社	北京航天航空大学出版社
ISBN	9787810774802	出版日期	2005-04-01
字数		页码
版次	1	装帧	平装
开本		商品重量	0.4Kg

内容简介

本书是一本介绍如何利用现代工具设计控制系统的书籍，包含从实验调试到高级优化控制算法的多种设计方法，所介绍的算法实现方法不仅包含经典的PID算法实现，同时还包含现代控制系统*化设计及其算法实现。本书的重点是介绍如何利用现代分析和设计工具设计控制系统，包括C或C 语言以及MATLAB及其工具箱软件。为了充分理解和利用现代设计工具，本书提供了充足的设计实例，深入浅出地介绍了有关控制系统设计建模的概念、实现以及仿真分析方法，包括SISO和MIMO系统的分析、建模、实现和仿真。本书充分利用了现代设计工具的特点，避免了烦琐的数学推导，不仅适合于具有控制系统设计专业背景的工程技术人员，同时也非常适合于无控制系统工程背景的开发人员。 本书可以作为电子信息类本科高年级或硕士研究生有关课程的教科书。

作者简介

目录

章 控制系统基础 1.1 简介 1.2 本章目标 1.3 反馈控制系统 1.4 设备特性 1.4.1 线性系统和非线性系统 1.4.2 线性系统的定义 1.4.3 时间延迟 1.4.4 连续时间系统和离散时间系统 1.4.5 输入和输出的数量 1.5 控制器结构和设计参数 1.6 方框图 1.7 性能规范 1.8 系统稳定性 1.9 控制系统测试 1.10 计算机辅助控制系统设计 1.11 小结 1.12 自我测试 1.13 答案 1.14 参考文献 第2章 PID控制 2.1 介绍 2.2 本章目标 2.3 PID控制 2.3.1 比例控制 2.3.2 比例微分(PD)控制 2.3.3 比例积分(PI)控制 2.3.4 比例积分微分(PID)控制 2.3.5 PID控制与执行器饱和 2.4 用C/C 实现PID控制器 2.5 小结 2.6 自我测题 2.7 答案 2.8 参考文献 第3章 设备模型 3.1 简介 3.2 本章目标 3.3 线性非时变设备模型 3.3.1 传递函数表示 3.3.2 频率响应用形式 3.3.3 状态空间表示 3.4 时间延迟 3.5 线性模型的稳定性 3.6 建模方法 3.6.1 基于物理建模 3.6.2 非线性模型的线性化 3.7 系统辨识技术 3.7.1 实验设计 3.7.2 数据采集 3.7.3 建立系统辨识模型 3.8 小结 3.9 自测题 3.10 答案 3.11 参考文献 第4章 经典控制系统设计 第5章 极点配置 第6章 优控制 第7章 MIMO系统 第8章 离散时间系统和定点运算 第9章 控制系统集成和测试 0章 总结及设计实例 术语表 有关术语的中英对照表

编辑推荐

文摘

序言

嵌入式控制系统与C/C++实战：为MATLAB软件开发者量身打造的进阶指南 在当今高度互联和智能化的时代，嵌入式控制系统已成为驱动各行各业创新的核心技术。从智能家居到工业自动化，从汽车电子到医疗设备，它们无处不在，默默地扮演着“大脑”的角色，实现着复杂的功能和精确的控制。对于许多在MATLAB环境中游刃有余的软件开发者而言，掌握嵌入式控制系统的开发，特别是其C/C++实现，无疑是拓展技术边界、实现更具影响力的项目的重要一步。本书正是为这样一群富有潜力的开发者量身定制，旨在为您搭建一座从MATLAB的建模仿真世界通往实际硬件实现的坚实桥梁。 本书的核心价值 本书并非一本枯燥的理论堆砌，而是将理论与实践紧密结合，以MATLAB作为起点，深入剖析嵌入式控制系统的设计、开发与部署全过程。我们深知您已具备扎实的MATLAB基础，能够熟练运用其强大的建模、仿真和算法开发能力。因此，本书将重点放在如何将您在MATLAB中精心设计的控制算法，高效、稳定地转化为嵌入式硬件能够理解和执行的C/C++代码。 谁适合阅读本书？ MATLAB用户： 已经熟悉MATLAB的建模、仿真、代码生成等功能，希望将这些知识应用于实际嵌入式系统的软件工程师、研究人员、学生。 控制工程师： 熟悉控制理论，能够设计复杂的控制算法，但希望提升在实际硬件上实现这些算法的能力。 嵌入式系统开发者： 拥有C/C++基础，但希望更深入地理解控制系统的原理，并能更好地与控制算法开发者协同工作。 项目经理： 需要了解嵌入式控制系统开发流程和关键技术，以便更好地管理项目和评估技术方案。 本书内容概览 本书的体系结构精心设计，循序渐进，确保您能够全面掌握嵌入式控制系统的C/C++实现。我们不会回避任何一个关键环节，力求为您提供最详尽、最实用的指导。 第一部分：嵌入式控制系统基础与MATLAB建模 在深入C/C++实现之前，扎实的理论基础是必不可少的。本部分将帮助您回顾和巩固嵌入式控制系统的核心概念，并展示如何在MATLAB环境中有效地进行系统建模和算法设计。 第一章：引言：嵌入式控制系统的范畴与发展 我们将从宏观角度出发，探讨嵌入式控制系统的定义、重要性、应用领域以及未来的发展趋势。 介绍嵌入式控制系统与通用计算机系统的区别与联系，强调其对实时性、资源受限性和可靠性的特殊要求。 梳理嵌入式控制系统软件开发的关键技术栈，为后续的学习奠定基础。 第二章：MATLAB在嵌入式控制系统设计中的应用 本章将聚焦您熟悉的MATLAB环境，回顾其在嵌入式控制系统设计流程中的关键作用。 重点介绍Simulink建模环境，讲解如何利用模块库搭建系统模型，包括传感器、执行器、控制器以及被控对象模型。 阐述如何在Simulink中进行系统分析，如时域响应、频域响应、稳定性分析等，为算法设计提供依据。 介绍MATLAB的控制系统工具箱，展示如何利用其函数进行控制器设计，例如PID控制器、状态空间控制器、模型预测控制器等。 讲解系统辨识技术，如何从实际数据中建立被控对象模型。 第三章：控制算法在MATLAB中的实现与仿真 本章将深入讲解如何在MATLAB中实现和仿真各种典型的控制算法。 PID控制器进阶： 除了基础的PID参数整定，还将讨论抗积分饱和、抗微分饱和、增量式PID等高级技巧，并展示其在Simulink中的实现。 状态空间方法： 讲解状态反馈、状态观测器设计，以及如何在MATLAB中实现这些算法。 其他常用控制策略： 简要介绍并展示如何仿真如模糊控制、自适应控制、鲁棒控制等更复杂的控制方法，为后续的C/C++实现提供不同层面的挑战。 仿真与验证： 强调仿真在验证控制算法性能和鲁棒性方面的重要性，并演示如何利用MATLAB的仿真工具进行全面的评估。 第二部分：从MATLAB模型到C/C++代码：核心技术与实践 这是本书的核心价值所在，我们将详细讲解如何将您在MATLAB中设计的控制算法转化为高效、可靠的C/C++代码，并准备好在嵌入式硬件上运行。 第四章：MATLAB Coder与Embedded Coder入门 MATLAB Coder： 介绍MATLAB Coder的核心功能，它能够将MATLAB代码（包括M函数和Simulink模型）自动转换为C/C++代码。 工作流程： 详细演示如何设置MATLAB Coder，选择目标语言（C/C++）、编译选项等。 代码生成策略： 讲解代码生成器如何处理MATLAB语法和Simulink组件，以及常见的代码优化选项。 Embedded Coder： 引入Embedded Coder，它是MATLAB Coder的扩展，专为嵌入式系统设计。介绍其提供的更高级的功能，如代码模板定制、RTOS（实时操作系统）集成支持、硬件库集成等。 关键概念： 解释可重用函数、库生成、可部署代码等概念。 第五章：Simulink模型到C/C++代码的转换 模型配置： 讲解如何为Simulink模型配置代码生成选项，包括目标硬件、代码生成器、数据类型等。 代码生成接口： 深入探讨Simulink模型中不同模块（如数学运算、逻辑运算、查找表、状态机等）如何被转化为C/C++代码。 数据类型与精度： 重点讲解数据类型（整数、浮点数、定点数）的选择对嵌入式系统性能和资源占用的影响，以及如何配置MATLAB Coder/Embedded Coder来生成符合硬件要求的代码。 RTW/ERT目标： 介绍Real-Time Workshop (RTW) 和Embedded Real-Time (ERT) 目标，它们是Simulink代码生成的核心。 实战案例： 通过一个具体的Simulink模型（例如一个简单的PID控制器），演示从模型到C/C++代码的完整生成过程。 第六章：C/C++代码的优化与移植 代码生成后的优化： 即使有自动代码生成器，手动优化仍然是提升性能和减小代码体积的关键。本章将介绍几种常用的优化技巧： 算法级优化： 例如，如何通过简化数学表达式、使用查找表代替复杂函数计算、优化循环结构等。 数据结构优化： 如何选择合适的数据结构来减少内存占用和提高访问效率。 编译器级优化： 介绍常见的C/C++编译器优化选项，如 `-O2`, `-O3`, `-Os` 等，并解释它们的作用。 定点数运算： 深入探讨定点数在嵌入式系统中的重要性，以及如何在MATLAB中进行定点数设计，并生成相应的C/C++定点代码。介绍溢出、舍入等问题及其处理方法。 移植性考虑： 讲解如何编写平台无关的C/C++代码，以及如何处理特定硬件平台的差异，例如字节序、数据对齐等。 第七章：实时性与嵌入式C/C++编程 实时操作系统的概念： 介绍实时操作系统的基本原理，包括任务调度、中断处理、同步机制（信号量、互斥锁）、定时器等。 RTOS在嵌入式控制系统中的作用： 讲解如何利用RTOS来管理嵌入式控制系统的多个任务，确保任务的优先级和实时性。 任务拆分与设计： 演示如何将复杂的控制算法拆分成多个实时性要求不同的任务，并进行高效的任务调度。 中断服务程序（ISR）的设计： 讲解如何编写高效、简洁的中断服务程序，以响应外部事件和传感器数据。 常见的RTOS介绍： 简要介绍一些流行的嵌入式RTOS，如FreeRTOS、RT-Thread等，并说明其在嵌入式控制系统开发中的应用。 同步与通信： 讲解如何在多任务环境下实现任务间的同步和通信，以避免竞态条件和数据不一致。 第三部分：实际应用与高级主题 在掌握了核心的C/C++实现技术后，本部分将带领您进入更广阔的实际应用场景，并探讨一些高级主题，帮助您应对更复杂的挑战。 第八章：嵌入式硬件平台与接口编程 微控制器（MCU）架构： 介绍主流的嵌入式微控制器（如ARM Cortex-M系列、ESP32等）的基本架构、存储器结构、外设接口（ADC, DAC, PWM, UART, SPI, I2C等）。 驱动程序开发： 讲解如何为各种硬件外设编写C/C++驱动程序，以实现与传感器、执行器的通信。 底层硬件访问： 演示如何直接操作寄存器来控制硬件，并强调抽象层的重要性。 代码与硬件的集成： 讲解如何将生成的C/C++控制代码集成到实际的嵌入式项目中，并与硬件驱动程序协同工作。 交叉编译： 介绍交叉编译的概念，以及如何使用交叉编译器将代码编译成目标硬件可执行的文件。 第九章：调试与测试 仿真调试： 在软件层面，继续利用MATLAB/Simulink的仿真环境进行算法和逻辑的调试。 硬件在环（Hardware-in-the-Loop, HIL）仿真： 介绍HIL仿真的概念，以及如何在实际硬件上运行部分系统，与其他部分在仿真环境中交互，以提高测试效率和真实性。 嵌入式调试工具： 介绍常见的嵌入式调试工具，如JTAG/SWD调试器、逻辑分析仪、示波器等，并演示如何使用它们来定位硬件和软件问题。 单元测试与集成测试： 讲解如何为C/C++代码编写单元测试，以验证单个函数的正确性；以及如何进行集成测试，验证不同模块间的协同工作。 性能分析： 介绍如何对嵌入式代码进行性能分析，找出性能瓶颈，并进行优化。 第十章：案例研究与项目实践 本章将通过一个或多个完整的项目案例，将前面学到的知识融会贯通。 案例一：智能电机控制系统 从MATLAB模型设计，到C/C++代码生成，再到STM32等微控制器上的实现，详细展示如何构建一个完整的电机控制系统。 重点关注PID控制算法的移植，PWM输出控制，编码器反馈处理，以及实时性要求。 案例二：工业自动化中的传感器数据采集与处理 演示如何利用MATLAB处理和分析传感器数据，然后将其转化为嵌入式C/C++代码，实现实时数据采集、滤波和初步处理。 可能涉及ADC驱动、通信接口（如RS485或Ethernet）的使用。 其他潜在案例： 根据读者兴趣，可能还包含如无人机姿态控制、环境监测节点等。 项目经验分享： 总结实际嵌入式项目开发过程中可能遇到的挑战和解决方案。 第十一章：嵌入式控制系统的进阶主题与未来展望 模型基设计（Model-Based Design, MBD）的深入应用： 强调MBD在整个开发生命周期中的价值。 嵌入式机器学习（Embedded Machine Learning）： 探讨如何将机器学习模型部署到嵌入式设备上，实现更智能的控制。 安全与可靠性： 简要讨论嵌入式控制系统的安全加固和功能安全方面的考虑。 代码生成器的高级定制： 介绍如何根据特定需求定制代码生成模板，以生成更符合项目规范的代码。 未来技术趋势： 展望嵌入式控制系统领域的新技术和新方向，如边缘计算、AIoT等。 本书的特色与优势 清晰的逻辑结构： 从理论到实践，从MATLAB到C/C++，每一步都环环相扣。 丰富的实战案例： 大量的代码示例和项目实践，帮助您学以致用。 面向MATLAB开发者： 充分考虑您的背景，将MATLAB的优势与嵌入式开发的需求有机结合。 注重代码质量与性能： 强调编写高效、可维护、可移植的C/C++代码。 理论与工具并重： 不仅讲解原理，更指导您如何使用MATLAB Coder、Embedded Coder等工具高效地完成开发。 附带光盘内容 本书附带的光盘（CD-ROM）中包含了本书配套的丰富资源，极大地增强了本书的学习体验和实践价值。这些资源经过精心筛选和整理，旨在帮助您更高效地掌握书中内容。 MATLAB/Simulink模型文件： 光盘中包含了本书各个章节中提及的所有MATLAB和Simulink模型文件。这意味着您可以直接打开、运行、修改这些模型，深入研究控制算法的设计过程，以及它们如何转化为代码。这些模型涵盖了从简单的PID控制器到更复杂的系统，为您提供了丰富的学习素材。 C/C++源代码示例： 书中提及的所有C/C++代码示例，包括自动生成的代码片段以及手动编写的优化代码和驱动程序，都将完整地收录在光盘中。您可以直接将这些代码复制到您的开发环境中进行编译、调试和部署。 代码生成配置脚本： 为了方便您快速复现书中的代码生成过程，光盘中可能包含了一些预设的MATLAB Coder或Embedded Coder配置脚本。使用这些脚本，您可以一键加载相应的设置，省去手动配置的繁琐步骤，快速生成目标代码。 测试工程与Makefile： 对于一些关键的案例研究，光盘中可能提供完整的测试工程文件，包括项目结构、编译脚本（如Makefile）等。这使得您能够直接编译和运行完整的嵌入式应用程序，并进行测试。 相关参考资料链接： 光盘中可能还包含指向一些有用的外部资源（如MATLAB官方文档、第三方库、相关论文等）的链接，以便您进一步深入学习。 硬件平台支持信息（可能）： 针对书中使用的特定硬件平台（例如STM32、ESP32等），光盘中可能提供一些入门指南、开发环境配置教程或必要的库文件。 请注意： 光盘中的资源是为了辅助您学习本书内容而提供的，您可以自由使用和修改其中的代码。然而，最终的嵌入式系统开发和部署仍然需要您根据具体的硬件平台和项目需求进行调整和优化。 结语 嵌入式控制系统是现代科技的基石，掌握其C/C++实现技术，特别是从MATLAB环境高效过渡，将为您打开通往更广阔技术领域的大门。本书希望成为您学习旅程中不可或缺的伙伴，为您提供清晰的指引、实用的工具和丰富的实践经验。无论您是希望提升现有技能，还是寻求新的技术突破，本书都将助您一臂之力，让您在嵌入式控制系统的开发道路上行稳致远。

评分☆☆☆☆☆

最近我刚开始接触嵌入式领域的项目，虽然之前有一些 C 语言基础，但对于如何构建一个完整的嵌入式控制系统，以及如何将 MATLAB 方面的知识应用到实际开发中，感到非常困惑。这本书简直是我及时雨！我特别喜欢它将 MATLAB 的强大功能与嵌入式 C/C++ 的实际实现相结合的讲解方式。例如，书中关于如何利用 MATLAB 的 Simulink 来设计控制算法，然后通过 Coder 工具将其转化为高效的 C/C++ 代码，这让我看到了一个清晰的开发路径。对于我这样从 MATLAB 转到嵌入式开发的开发者来说，书中关于模型转换、代码生成和优化的章节尤为宝贵，它帮助我理解了其中的原理和技巧，避免了许多不必要的试错。书中提供的具体实例，比如对传感器数据的处理和对执行器的控制，都非常贴合实际应用，让我能够快速理解并模仿。这本书的结构也很清晰，从理论到实践，层层递进，让我能够逐步掌握嵌入式控制系统的开发要领。

评分☆☆☆☆☆

我是一名多年经验的嵌入式软件工程师，虽然 C/C++ 是我的老本行，但最近我开始接触一些需要与 MATLAB 进行深度集成的项目。以往我们通常是将 MATLAB 生成的模型转化为 C 代码，然后集成到我们的嵌入式系统中，但过程总是有些繁琐，而且有时会遇到一些难以调试的兼容性问题。这本书的出现，让我看到了另一种更高效的解决方案。它提供了一种将 MATLAB 作为一种更高级的开发工具，直接辅助嵌入式 C/C++ 开发的思路。我特别关注了书中关于如何利用 MATLAB 的强大数学运算和可视化能力，来辅助 C/C++ 代码的设计和调试的部分。例如，书中关于如何通过 MATLAB 仿真来验证 C/C++ 代码的逻辑，以及如何利用 MATLAB 的信号处理工具来分析嵌入式系统采集到的数据，这些都对我非常有启发。虽然这本书面向的是使用 MATLAB 的软件开发者，但我认为对于我这样的嵌入式工程师，如果想提升与 MATLAB 集成项目的开发效率，这本书也同样具有很高的参考价值。它提供了一种新的视角，让我能够更充分地利用 MATLAB 的优势，来优化我的嵌入式软件开发流程。

评分☆☆☆☆☆

这是一本非常有价值的书，尤其适合我这样的 MATLAB 软件开发者。虽然我平时主要在 MATLAB 环境下进行模型设计和仿真，但最近工作需要开始接触嵌入式系统，对 C/C++ 编程以及如何将其应用到实际的嵌入式控制开发中感到一些迷茫。这本书恰好填补了我的知识空白。它不仅深入浅出地讲解了嵌入式控制系统的基本原理，更重要的是，它提供了将 MATLAB 模型转化为 C/C++ 代码的实用方法。我尤其欣赏书中对 MATLAB Coder 和 Simulink Coder 的详细介绍，这让我看到了将我的现有 MATLAB 技能直接应用于嵌入式开发的可能性，大大降低了学习门槛。书中提供的实例也非常贴合实际，从基础的传感器数据采集到复杂的电机控制，都给出了清晰的代码实现和调试思路。光盘里的资源更是锦上添花，包含了丰富的示例代码和模型，可以帮助我快速上手，避免走弯路。这本书的写作风格也很适合我，虽然内容深入，但讲解清晰，逻辑性强，读起来不会感到枯燥。我个人觉得，对于有 MATLAB 基础，但想要跨入嵌入式 C/C++ 开发领域的开发者来说，这本书绝对是首选。它就像一座桥梁，将我熟悉的 MATLAB 世界和陌生的嵌入式领域紧密连接起来，让我对未来的开发工作充满了信心。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在嵌入式领域深耕多年的工程师，虽然 C/C++ 是我的核心技能，但近年来，随着 MATLAB 在工程领域应用的不断深入，我开始考虑如何更有效地将 MATLAB 的建模和仿真能力融入到我的嵌入式开发流程中。这本书恰恰提供了一个非常有吸引力的解决方案。我尤其欣赏书中关于如何利用 MATLAB 强大的可视化和数据分析能力，来辅助嵌入式系统的设计、调试和性能评估的理念。它不仅仅是关于将 MATLAB 模型转化为 C 代码，更是关于如何利用 MATLAB 作为一种更高级的“智能”工具，来提升整个嵌入式软件开发的效率和质量。书中关于如何通过 MATLAB 来进行代码验证、故障诊断，以及如何利用 MATLAB 的工具箱来优化控制算法的实现，这些内容对我来说都非常有价值。虽然这本书面向的读者群体包含了 MATLAB 软件开发者，但对于我这样希望拓展工具链、提升开发水平的嵌入式工程师来说，它提供了一种非常实用的方法论和技术指导。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在校学生，我正在攻读控制工程专业，平时接触到大量的嵌入式系统课程和 MATLAB 仿真实验。我一直觉得，理论知识和实际的 C/C++ 实现之间存在一道难以逾越的鸿沟，尤其是在将复杂的控制算法应用到嵌入式硬件上时。这本书恰好解决了我的痛点。它系统地介绍了嵌入式控制系统的基本架构和工作流程，并且通过大量的 C/C++ 代码实例，将抽象的控制理论具象化。我特别喜欢书中将 MATLAB 与 C/C++ 结合的讲解方式，这让我能够清晰地看到，如何从 MATLAB 的模型设计，一步步转化为最终可以在嵌入式设备上运行的 C/C++ 代码。书中关于实时操作系统、中断处理、外设接口等方面的讲解，也为我打下了坚实的嵌入式基础。光盘中的代码示例非常完整，我可以在自己的开发板上进行实际的编译和运行，这对于巩固课堂知识、提升实践能力非常有帮助。总的来说，这本书为我提供了一个非常好的学习范例，让我对嵌入式控制系统的开发有了更全面、更深入的认识。