书籍详情
多旋翼无人机系统与应用
作者：彭程，白越，田彦涛 著
出版社：化学工业出版社
出版时间：2020-06-01
ISBN：9787122351630
定价：¥98.00
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内容简介
本书从技术与应用相结合的角度， 系统地介绍了多旋翼无人机系统的基本理论、设计方法与应用示范。全书内容包括多旋翼无人机的基本概念、飞行原理与动力学建模、系统构成与实现、空气动力学、导航信息融合、姿态稳定与航迹跟踪控制、故障容错控制、载荷系统以及应用示范。 本书适合多旋翼无人机领域的技术人员阅读， 也可以作为高等院校无人机专业高年级本科生和研究生的教学参考。
作者简介
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目录
第1章 绪论 /1
参考文献 /2
第2章 多旋翼无人机的飞行原理与动力学建模 /4
2.1 多旋翼无人机的飞行原理 /4
2.2 多旋翼无人机的动力学建模 /5
2.2.1 坐标及坐标转换关系 /5
2.2.2 多旋翼无人机动力学方程 /7
2.2.3 多旋翼无人机运动学方程 /9
2.2.4 多旋翼无人机控制关系方程 /10
2.2.5 多旋翼无人机运动方程组 /12
2.2.6 多旋翼无人机的机动性能分析 /13
2.3 多旋翼无人机稳定飞行基本条件 /17
2.3.1 无人机硬件可靠性 /17
2.3.2 无人机软件可靠性 /18
参考文献 /19
第3章 多旋翼无人机系统构成与实现 /20
3.1 执行单元 /20
3.1.1 螺旋桨 /20
3.1.2 电机与电调 /20
3.2 飞行控制系统 /21
3.3 地面站系统 /23
3.4 导航系统 /25
3.5 测控链路 /26
3.5.1 长距离遥控遥测装置 /26
3.5.2 高清无线数字视频发射机 /26
3.5.3 手持高清无线视频接收机 /28
3.6 多旋翼无人机系统自主控制体系结构 /29
参考文献 /30
第4章 多旋翼无人机空气动力学 /32
4.1 概述 /32
4.2 低雷诺数下的多旋翼系统 /33
4.2.1 考虑空气黏度的旋翼气动理论计算 /33
4.2.2 考虑旋翼间干扰的多旋翼系统 /36
4.2.3 黏性效应和翼间干扰的影响 /40
4.3 数值模拟方法及验证 /40
4.3.1 旋翼数值模拟方法 /41
4.3.2 单旋翼数值模拟 /46
4.3.3 单旋翼实验验证 /49
4.4 共轴双旋翼单元气动特性分析 /53
4.5 非平面式双旋翼单元气动特性分析 /64
4.5.1 非平面双旋翼实验研究 /64
4.5.2 非平面双旋翼气动特性数值模拟 /75
4.6 非平面式双旋翼单元来流实验研究 /84
4.6.1 实验设计 /84
4.6.2 非平面旋翼实验结果分析 /85
参考文献 /98
第5章 多旋翼无人机导航信息融合 /100
5.1 引言 /100
5.2 传感器特性分析与数据预处理 /101
5.2.1 传感器介绍与特性分析 /101
5.2.2 传感器误差分析与校正 /104
5.3 多旋翼无人机姿态信息融合 /116
5.3.1 非线性姿态角信息融合系统建模 /117
5.3.2 姿态信息融合算法设计 /118
5.3.3 姿态信息融合实验与分析 /121
5.4 多旋翼无人机位置、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 低成本组合导航传感器特性分析与预处理 /131
5.5.1 组合导航传感器特性分析 /132
5.5.2 INS误差源分析及预处理 /135
5.5.3 磁力计/气压高度计/GNSS误差建模和预处理 /141
5.6 低成本组合导航信息融合 /144
5.6.1 组合导航信息算法选定 /145
5.6.2 高维数EKF算法设计 /147
5.6.3 组合导航EKF初始对准及方差自适应整定 /155
5.6.4 EKF-CPF动态容错算法 /159
5.6.5 组合导航EKF-CPF仿真设计与验证 /161
5.6.6 组合导航EKF-CPF算法实测分析 /171
5.7 多旋翼无人机状态感知 /174
参考文献 /178
第6章 多旋翼无人机姿态稳定与航迹跟踪控制 /180
6.1 概述 /180
6.2 多旋翼无人机姿态稳定控制器设计与实验 /180
6.2.1 多旋翼无人机姿态稳定控制模型 /181
6.2.2 自适应径向基神经网络的反步滑模姿态稳定控制器设计 /182
6.2.3 自适应径向基神经网络的反步滑模姿态稳定控制仿真验证 /187
6.3 多旋翼无人机航迹跟踪控制器设计与实验 /192
6.3.1 自抗扰航迹跟踪控制器 /192
6.3.2 线性自抗扰航迹跟踪控制器 /197
6.3.3 倾斜转弯模式自主轨迹跟踪控制器 /204
6.4 多旋翼无人机姿态抗饱和控制器设计与实验 /210
6.4.1 无人机偏航静态抗饱和控制 /211
6.4.2 无人机偏航抗积分饱和控制 /216
参考文献 /229
第7章 多旋翼无人机的故障容错控制 /232
7.1 概述 /232
7.2 多旋翼无人机执行单元的故障模型 /233
7.2.1 直流电动机的数学模型 /233
7.2.2 驱动电路板故障 /237
7.2.3 旋翼的升力模型 /241
7.2.4 执行单元升力故障模型 /248
7.3 十二旋翼无人机增益型故障容错控制 /249
7.3.1 增益型故障情况下十二旋翼无人机的数学模型 /249
7.3.2 十二旋翼无人机增益型故障检测算法设计 /250
7.3.3 多旋翼无人机增益型故障重构容错控制器设计 /252
7.3.4 十二旋翼无人机增益型故障容错控制仿真实验 /255
7.3.5 对比四旋翼无人机增益型故障容错控制 /259
7.4 十二旋翼无人机执行单元失效型故障容错控制 /262
7.4.1 四旋翼无人机故障下的动力学特性 /263
7.4.2 十二旋翼无人机的失效型故障下的动力学分析 /264
7.4.3 十二旋翼无人机失效型故障的故障检测算法 /266
7.4.4 十二旋翼无人机失效型故障容错控制仿真实验 /267
7.5 六旋翼无人机容错控制 /268
7.5.1 执行单元故障检测与诊断系统 /268
7.5.2 基于最优分类面的故障诊断算法 /270
7.5.3 基于扩展卡尔曼滤波算法的故障观测器 /273
7.5.4 自重构控制算法 /281
参考文献 /287
第8章 多旋翼无人机载荷系统 /289
8.1 光电载荷云台设计 /289
8.1.1 光电载荷云台 /289
8.1.2 光电载荷云台静力学分析 /289
8.1.3 光电载荷云台振动分析 /291
8.1.4 光电载荷云台结构优化 /294
8.1.5 光电载荷云台控制系统设计 /297
8.1.6 光电载荷云台复合补偿控制方法 /302
8.1.7 系统设计与实验分析 /326
8.2 生物制剂投放装置设计 /340
8.3 农药喷洒装置设计 /341
参考文献 /343
第9章 多旋翼无人机应用示范 /345
9.1 生物防治应用 /345
9.1.1 基于多旋翼无人机的智能投放系统应用示范 /345
9.1.2 基于多旋翼无人机的智能投放系统标准化操作流程 /348
9.2 精准农业应用 /349
9.2.1 多旋翼无人机光谱遥感系统 /350
9.2.2 水稻氮元素光谱实验分析 /351
9.2.3 水稻叶片信息获取与分析 /355
9.2.4 基于多旋翼无人机的遥感数据采集系统标准化操作流程 /358
参考文献 /359
索引 /360
参考文献 /2
第2章 多旋翼无人机的飞行原理与动力学建模 /4
2.1 多旋翼无人机的飞行原理 /4
2.2 多旋翼无人机的动力学建模 /5
2.2.1 坐标及坐标转换关系 /5
2.2.2 多旋翼无人机动力学方程 /7
2.2.3 多旋翼无人机运动学方程 /9
2.2.4 多旋翼无人机控制关系方程 /10
2.2.5 多旋翼无人机运动方程组 /12
2.2.6 多旋翼无人机的机动性能分析 /13
2.3 多旋翼无人机稳定飞行基本条件 /17
2.3.1 无人机硬件可靠性 /17
2.3.2 无人机软件可靠性 /18
参考文献 /19
第3章 多旋翼无人机系统构成与实现 /20
3.1 执行单元 /20
3.1.1 螺旋桨 /20
3.1.2 电机与电调 /20
3.2 飞行控制系统 /21
3.3 地面站系统 /23
3.4 导航系统 /25
3.5 测控链路 /26
3.5.1 长距离遥控遥测装置 /26
3.5.2 高清无线数字视频发射机 /26
3.5.3 手持高清无线视频接收机 /28
3.6 多旋翼无人机系统自主控制体系结构 /29
参考文献 /30
第4章 多旋翼无人机空气动力学 /32
4.1 概述 /32
4.2 低雷诺数下的多旋翼系统 /33
4.2.1 考虑空气黏度的旋翼气动理论计算 /33
4.2.2 考虑旋翼间干扰的多旋翼系统 /36
4.2.3 黏性效应和翼间干扰的影响 /40
4.3 数值模拟方法及验证 /40
4.3.1 旋翼数值模拟方法 /41
4.3.2 单旋翼数值模拟 /46
4.3.3 单旋翼实验验证 /49
4.4 共轴双旋翼单元气动特性分析 /53
4.5 非平面式双旋翼单元气动特性分析 /64
4.5.1 非平面双旋翼实验研究 /64
4.5.2 非平面双旋翼气动特性数值模拟 /75
4.6 非平面式双旋翼单元来流实验研究 /84
4.6.1 实验设计 /84
4.6.2 非平面旋翼实验结果分析 /85
参考文献 /98
第5章 多旋翼无人机导航信息融合 /100
5.1 引言 /100
5.2 传感器特性分析与数据预处理 /101
5.2.1 传感器介绍与特性分析 /101
5.2.2 传感器误差分析与校正 /104
5.3 多旋翼无人机姿态信息融合 /116
5.3.1 非线性姿态角信息融合系统建模 /117
5.3.2 姿态信息融合算法设计 /118
5.3.3 姿态信息融合实验与分析 /121
5.4 多旋翼无人机位置、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 低成本组合导航传感器特性分析与预处理 /131
5.5.1 组合导航传感器特性分析 /132
5.5.2 INS误差源分析及预处理 /135
5.5.3 磁力计/气压高度计/GNSS误差建模和预处理 /141
5.6 低成本组合导航信息融合 /144
5.6.1 组合导航信息算法选定 /145
5.6.2 高维数EKF算法设计 /147
5.6.3 组合导航EKF初始对准及方差自适应整定 /155
5.6.4 EKF-CPF动态容错算法 /159
5.6.5 组合导航EKF-CPF仿真设计与验证 /161
5.6.6 组合导航EKF-CPF算法实测分析 /171
5.7 多旋翼无人机状态感知 /174
参考文献 /178
第6章 多旋翼无人机姿态稳定与航迹跟踪控制 /180
6.1 概述 /180
6.2 多旋翼无人机姿态稳定控制器设计与实验 /180
6.2.1 多旋翼无人机姿态稳定控制模型 /181
6.2.2 自适应径向基神经网络的反步滑模姿态稳定控制器设计 /182
6.2.3 自适应径向基神经网络的反步滑模姿态稳定控制仿真验证 /187
6.3 多旋翼无人机航迹跟踪控制器设计与实验 /192
6.3.1 自抗扰航迹跟踪控制器 /192
6.3.2 线性自抗扰航迹跟踪控制器 /197
6.3.3 倾斜转弯模式自主轨迹跟踪控制器 /204
6.4 多旋翼无人机姿态抗饱和控制器设计与实验 /210
6.4.1 无人机偏航静态抗饱和控制 /211
6.4.2 无人机偏航抗积分饱和控制 /216
参考文献 /229
第7章 多旋翼无人机的故障容错控制 /232
7.1 概述 /232
7.2 多旋翼无人机执行单元的故障模型 /233
7.2.1 直流电动机的数学模型 /233
7.2.2 驱动电路板故障 /237
7.2.3 旋翼的升力模型 /241
7.2.4 执行单元升力故障模型 /248
7.3 十二旋翼无人机增益型故障容错控制 /249
7.3.1 增益型故障情况下十二旋翼无人机的数学模型 /249
7.3.2 十二旋翼无人机增益型故障检测算法设计 /250
7.3.3 多旋翼无人机增益型故障重构容错控制器设计 /252
7.3.4 十二旋翼无人机增益型故障容错控制仿真实验 /255
7.3.5 对比四旋翼无人机增益型故障容错控制 /259
7.4 十二旋翼无人机执行单元失效型故障容错控制 /262
7.4.1 四旋翼无人机故障下的动力学特性 /263
7.4.2 十二旋翼无人机的失效型故障下的动力学分析 /264
7.4.3 十二旋翼无人机失效型故障的故障检测算法 /266
7.4.4 十二旋翼无人机失效型故障容错控制仿真实验 /267
7.5 六旋翼无人机容错控制 /268
7.5.1 执行单元故障检测与诊断系统 /268
7.5.2 基于最优分类面的故障诊断算法 /270
7.5.3 基于扩展卡尔曼滤波算法的故障观测器 /273
7.5.4 自重构控制算法 /281
参考文献 /287
第8章 多旋翼无人机载荷系统 /289
8.1 光电载荷云台设计 /289
8.1.1 光电载荷云台 /289
8.1.2 光电载荷云台静力学分析 /289
8.1.3 光电载荷云台振动分析 /291
8.1.4 光电载荷云台结构优化 /294
8.1.5 光电载荷云台控制系统设计 /297
8.1.6 光电载荷云台复合补偿控制方法 /302
8.1.7 系统设计与实验分析 /326
8.2 生物制剂投放装置设计 /340
8.3 农药喷洒装置设计 /341
参考文献 /343
第9章 多旋翼无人机应用示范 /345
9.1 生物防治应用 /345
9.1.1 基于多旋翼无人机的智能投放系统应用示范 /345
9.1.2 基于多旋翼无人机的智能投放系统标准化操作流程 /348
9.2 精准农业应用 /349
9.2.1 多旋翼无人机光谱遥感系统 /350
9.2.2 水稻氮元素光谱实验分析 /351
9.2.3 水稻叶片信息获取与分析 /355
9.2.4 基于多旋翼无人机的遥感数据采集系统标准化操作流程 /358
参考文献 /359
索引 /360
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