多旋翼無人機系統與套用

內容簡介

本書從技術與套用相結合的角度, 系統地介紹了多旋翼無人機系統的基本理論、設計方法與套用示範。全書內容包括多旋翼無人機的基本概念、飛行原理與動力陵享騙捆學建模、系統構成與實現、空氣頸婆晚遙動力學、導航信息融合、姿態穩定與航跡跟蹤控制、故障容錯控制、載荷系統以及套用示範。

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。

圖書目錄

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模　/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模　/5

2.2.1　坐標及坐標轉換關係　/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係方程　/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　無人機硬體可靠性　/17

2.3.2　無人機軟體可靠性　/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府厚陵統　/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趨承拒性數值模擬　/75

　4.6　非平面式雙旋厚欠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寒達講息融合　/100

　5.1　引言　/100

　5.2　感測器特性分析與數據預處理　/101

5.2.1　感測器介紹與特性分析　/101

5.2.2　感測器誤差分析與校正　/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　低成本組合導航感測器特性分析與預處理　/131

5.5.1　組合導航感測器特性分析　/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　多旋翼無人機姿態滲頌婚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路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路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　基於分類面的故障診斷算法　/270

7.5.3　基於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　光電載荷雲台設計　/289

8.1.1　光電載荷雲台　/289

8.1.2　光電載荷雲台靜力學分析　/289

8.1.3　光電載荷雲台振動分析　/291

8.1.4　光電載荷雲台結構最佳化　/294

8.1.5　光電載荷雲台控制系統設計　/297

8.1.6　光電載荷雲台複合補償控制方法　/302

8.1.7　系統設計與實驗分析　/326

　8.2　生物製劑投放裝置設計　/340

　8.3　農藥噴灑裝置設計　/341

　參考文獻　/343

第9章　多旋翼無人機套用示範　/345

　9.1　生物防治套用　/345

9.1.1　基於多旋翼無人機的智慧型投放系統套用示範　/345

9.1.2　基於多旋翼無人機的智慧型投放系統標準化操作流程　/348

　9.2　精準農業套用　/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　基於多旋翼無人機的遙感數據採集系統標準化操作流程　/358

　參考文獻　/359

索引　/360

多旋翼無人機系統與套用

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