本書從技術與應用相結合的角度, 系統地介紹了多旋翼無人機系統的基本理論、設計方法與應用示范。全書內容包括多旋翼無人機的基本概念、飛行原理與動力學建模、系統構成與實現、空氣動力學、導航信息融合、姿態穩定與航跡跟蹤控制、故障容錯控制、載荷系統以及應用示范。
本書適合多旋翼無人機領域的技術人員閱讀, 也可以作為高等院校無人機專業高年級本科生和研究生的教學參考。
第1章 緒論 /1
參考文獻 /2
第2章 多旋翼無人機的飛行原理與動力學建�！�/4
2.1 多旋翼無人機的飛行原理 /4
2.2 多旋翼無人機的動力學建�！�/5
2.2.1 坐標及坐標轉換關系 /5
2.2.2 多旋翼無人機動力學方程 /7
2.2.3 多旋翼無人機運動學方程 /9
2.2.4 多旋翼無人機控制關系方程 /10
2.2.5 多旋翼無人機運動方程組 /12
2.2.6 多旋翼無人機的機動性能分析 /13
2.3 多旋翼無人機穩定飛行基本條件 /17
2.3.1 無人機硬件可靠性 /17
2.3.2 無人機軟件可靠性 /18
參考文獻 /19
第3章 多旋翼無人機系統構成與實現 /20
3.1 執行單元 /20
3.1.1 螺旋槳 /20
3.1.2 電機與電調 /20
3.2 飛行控制系統 /21
3.3 地面站系統 /23
3.4 導航系統 /25
3.5 測控鏈路 /26
3.5.1 長距離遙控遙測裝置 /26
3.5.2 高清無線數字視頻發射機 /26
3.5.3 手持高清無線視頻接收機 /28
3.6 多旋翼無人機系統自主控制體系結構 /29
參考文獻 /30
第4章 多旋翼無人機空氣動力學 /32
4.1 概述 /32
4.2 低雷諾數下的多旋翼系統 /33
4.2.1 考慮空氣黏度的旋翼氣動理論計算 /33
4.2.2 考慮旋翼間干擾的多旋翼系統 /36
4.2.3 黏性效應和翼間干擾的影響 /40
4.3 數值模擬方法及驗證 /40
4.3.1 旋翼數值模擬方法 /41
4.3.2 單旋翼數值模擬 /46
4.3.3 單旋翼實驗驗證 /49
4.4 共軸雙旋翼單元氣動特性分析 /53
4.5 非平面式雙旋翼單元氣動特性分析 /64
4.5.1 非平面雙旋翼實驗研究 /64
4.5.2 非平面雙旋翼氣動特性數值模擬 /75
4.6 非平面式雙旋翼單元來流實驗研究 /84
4.6.1 實驗設計 /84
4.6.2 非平面旋翼實驗結果分析 /85
參考文獻 /98
第5章 多旋翼無人機導航信息融合 /100
5.1 引言 /100
5.2 傳感器特性分析與數據預處理 /101
5.2.1 傳感器介紹與特性分析 /101
5.2.2 傳感器誤差分析與校正 /104
5.3 多旋翼無人機姿態信息融合 /116
5.3.1 非線性姿態角信息融合系統建模 /117
5.3.2 姿態信息融合算法設計 /118
5.3.3 姿態信息融合實驗與分析 /121
5.4 多旋翼無人機位置、速度信息融合 /124
5.4.1 水平方向速度和位置信息融合 /125
5.4.2 垂直方向速度和位置信息融合 /127
5.5 低成本組合導航傳感器特性分析與預處理 /131
5.5.1 組合導航傳感器特性分析 /132
5.5.2 INS誤差源分析及預處理 /135
5.5.3 磁力計/氣壓高度計/GNSS誤差建模和預處理 /141
5.6 低成本組合導航信息融合 /144
5.6.1 組合導航信息算法選定 /145
5.6.2 高維數EKF算法設計 /147
5.6.3 組合導航EKF初始對準及方差自適應整定 /155
5.6.4 EKF-CPF動態容錯算法 /159
5.6.5 組合導航EKF-CPF仿真設計與驗證 /161
5.6.6 組合導航EKF-CPF算法實測分析 /171
5.7 多旋翼無人機狀態感知 /174
參考文獻 /178
第6章 多旋翼無人機姿態穩定與航跡跟蹤控制 /180
6.1 概述 /180
6.2 多旋翼無人機姿態穩定控制器設計與實驗 /180
6.2.1 多旋翼無人機姿態穩定控制模型 /181
6.2.2 自適應徑向基神經網絡的反步滑模姿態穩定控制器設計 /182
6.2.3 自適應徑向基神經網絡的反步滑模姿態穩定控制仿真驗證 /187
6.3 多旋翼無人機航跡跟蹤控制器設計與實驗 /192
6.3.1 自抗擾航跡跟蹤控制器 /192
6.3.2 線性自抗擾航跡跟蹤控制器 /197
6.3.3 傾斜轉彎模式自主軌跡跟蹤控制器 /204
6.4 多旋翼無人機姿態抗飽和控制器設計與實驗 /210
6.4.1 無人機偏航靜態抗飽和控制 /211
6.4.2 無人機偏航抗積分飽和控制 /216
參考文獻 /229
第7章 多旋翼無人機的故障容錯控制 /232
7.1 概述 /232
7.2 多旋翼無人機執行單元的故障模型 /233
7.2.1 直流電動機的數學模型 /233
7.2.2 驅動電路板故障 /237
7.2.3 旋翼的升力模型 /241
7.2.4 執行單元升力故障模型 /248
7.3 十二旋翼無人機增益型故障容錯控制 /249
7.3.1 增益型故障情況下十二旋翼無人機的數學模型 /249
7.3.2 十二旋翼無人機增益型故障檢測算法設計 /250
7.3.3 多旋翼無人機增益型故障重構容錯控制器設計 /252
7.3.4 十二旋翼無人機增益型故障容錯控制仿真實驗 /255
7.3.5 對比四旋翼無人機增益型故障容錯控制 /259
7.4 十二旋翼無人機執行單元失效型故障容錯控制 /262
7.4.1 四旋翼無人機故障下的動力學特性 /263
7.4.2 十二旋翼無人機的失效型故障下的動力學分析 /264
7.4.3 十二旋翼無人機失效型故障的故障檢測算法 /266
7.4.4 十二旋翼無人機失效型故障容錯控制仿真實驗 /267
7.5 六旋翼無人機容錯控制 /268
7.5.1 執行單元故障檢測與診斷系統 /268
7.5.2 基于最優分類面的故障診斷算法 /270
7.5.3 基于擴展卡爾曼濾波算法的故障觀測器 /273
7.5.4 自重構控制算法 /281
參考文獻 /287
第8章 多旋翼無人機載荷系統 /289
8.1 光電載荷云臺設計 /289
8.1.1 光電載荷云臺 /289
8.1.2 光電載荷云臺靜力學分析 /289
8.1.3 光電載荷云臺振動分析 /291
8.1.4 光電載荷云臺結構優化 /294
8.1.5 光電載荷云臺控制系統設計 /297
8.1.6 光電載荷云臺復合補償控制方法 /302
8.1.7 系統設計與實驗分析 /326
8.2 生物制劑投放裝置設計 /340
8.3 農藥噴灑裝置設計 /341
參考文獻 /343
第9章 多旋翼無人機應用示范 /345
9.1 生物防治應用 /345
9.1.1 基于多旋翼無人機的智能投放系統應用示范 /345
9.1.2 基于多旋翼無人機的智能投放系統標準化操作流程 /348
9.2 精準農業應用 /349
9.2.1 多旋翼無人機光譜遙感系統 /350
9.2.2 水稻氮元素光譜實驗分析 /351
9.2.3 水稻葉片信息獲取與分析 /355
9.2.4 基于多旋翼無人機的遙感數據采集系統標準化操作流程 /358
參考文獻 /359
索引 /360
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