📘 实时控制算法优化实战
30章
🎯 友好 · 活力色系
01
实时控制概述
嵌入式实时系统定义、实时控制核心指标（确定性、延迟、抖动）、算法优化的重要性。
02
硬件平台选型
MCU vs MPU vs FPGA、ARM Cortex-M/R/A系列对比、实时控制器的外设需求（定时器、ADC、PWM）。
03
RTOS基础
FreeRTOS任务调度、优先级反转与解决、中断管理、任务间通信（队列、信号量、互斥锁）。
04
算法复杂度分析
时间复杂度和空间复杂度、大O表示法、实时系统中的最坏情况执行时间（WCET）分析。
05
定点数运算优化
浮点数陷阱、Q格式表示、定点数加减乘除实现、饱和运算与舍入模式。
06
查表法优化
三角函数查表、线性插值、分段逼近、内存与精度的权衡。
07
Cordic算法
Cordic原理、旋转模式与向量模式、在三角函数和开方中的应用、硬件加速实现。
08
PID控制器优化
位置式与增量式PID、积分分离、抗积分饱和、微分先行、参数整定方法。
09
卡尔曼滤波优化
标准卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波（EKF）、无迹卡尔曼滤波（UKF）、计算复杂度优化。
10
状态观测器
龙伯格观测器、滑模观测器、降阶观测器、在无传感器控制中的应用。
11
电机控制算法
FOC（磁场定向控制）原理、SVPWM（空间矢量脉宽调制）、MTPA（最大转矩电流比）控制。
12
数字滤波器设计
IIR与FIR滤波器、定点数滤波器实现、零相位滤波、实时滤波器的延迟控制。
13
FFT优化
基2-FFT、定点FFT、蝶形运算优化、频谱泄漏与窗函数、在实时频谱分析中的应用。
14
矩阵运算优化
矩阵乘法优化（Strassen算法）、稀疏矩阵处理、SIMD指令加速、线性代数库（CMSIS-DSP）。
15
代码优化技巧
循环展开、软件流水线、内联函数、寄存器变量、内存对齐、Cache友好编程。
16
编译器优化
GCC/ARMCC优化选项、LTO（链接时优化）、内建函数、Pragma指令、汇编级优化。
17
实时调度分析
RMS（速率单调调度）、EDF（最早截止时间优先）、可调度性分析、资源访问协议（PCP、SRP）。
18
多核与异构计算
AMP与SMP架构、核间通信（IPC）、共享内存管理、DMA卸载计算任务。
19
低功耗优化
动态电压频率调整（DVFS）、睡眠模式管理、事件驱动编程、功耗与性能的权衡。
20
实时通信协议
CAN/CAN-FD、EtherCAT、TSN（时间敏感网络）、确定性通信延迟分析。
21
传感器融合优化
IMU数据融合、互补滤波器、Mahony/Madgwick算法、计算效率对比。
22
模型预测控制(MPC)
MPC基本原理、显式MPC、在线优化求解器（OSQP、CVXGEN）、嵌入式实现。
23
自适应控制
模型参考自适应控制（MRAC）、自整定PID、增益调度、稳定性证明与实现。
24
鲁棒控制
H∞控制、μ综合、LMI（线性矩阵不等式）求解、降阶控制器实现。
25
非线性控制
反馈线性化、滑模控制、反步法、李雅普诺夫稳定性分析。
26
机器学习在控制中的应用
神经网络PID、强化学习控制、在线学习算法、模型压缩与部署。
27
实时仿真与HIL
Simulink代码生成、硬件在环（HIL）测试、处理器在环（PIL）、时序一致性验证。
28
性能分析工具
示波器与逻辑分析仪、RTOS跟踪工具（Tracealyzer、SystemView）、代码剖析（Profiling）。
29
安全与可靠性
看门狗定时器、双机热备、表决机制、故障检测与隔离（FDI）、IEC 61508标准。
30
综合项目实战
基于STM32的伺服驱动器设计、算法优化全流程、性能测试与调优、文档与代码规范。