系统与控制 / 机器人新兴领域“十四五”高等教育教材
作者： 沈毅，金晶，王振华
出版时间：2024-08
出版社：高等教育出版社
- 高等教育出版社
- 9787040630541
- 1版
- 529124
- 47254039-2
- 平装
- 16开
- 2024-08
- 160
- 128
- 电气信息类、自动化类
- 本科
本书共分为6章。第1章为绪论，介绍了无人机、系统和控制的基本概念以及控制领域的常见问题；第2章分别介绍了微分方程、传递函数和状态空间三种形式系统模型的构建方法，并对它们之间的转换关系进行了分析；第3章则介绍了控制系统稳定性、动态性能指标和稳态性能指标等控制系统时域分析方法的具体内容；第4章介绍了控制器的设计方法，分别给出了PID控制器、基于主导极点的控制器、基于状态反馈的控制器和超前校正控制器的具体设计方法和注意事项；第5章首先对本书配套的元宇宙实验环境“广义机器人虚拟仿真系统”进行了介绍，然后详细分析了无人机跟踪给定航迹控制任务、城市巡航人机交互控制任务和带环境风干扰的城市巡航人机交互控制任务三种控制实验；第6章作为附录，拓展介绍了使用频域方法分析和设计控制系统的详细步骤，丰富了控制科学的研究方法。
本书可作为普通高校、高职高专院校自动化、电气工程及其自动化、机械和化工过程自动化类学科相关课程的专业教材和教学参考书，也可以作为成人高等教育相关课程的教材，还可以供有关科研人员和工程技术人员参考。
前辅文
1 系统与控制、无人机、元宇宙
1.1 系统、控制与控制系统
1.2 无人机与无人机控制系统
1.3 元宇宙、虚拟现实与虚拟校园
1.4 控制系统基本知识
1.4.1 开环控制系统与闭环控制系统
1.4.2 单输入单输出系统与多输入多输出系统
1.4.3 线性系统与非线性系统
1.4.4 单闭环系统与串级控制系统
1.4.5 控制系统的评价指标
1.4.6 控制系统的多样性
1.5 本章小结
2 四旋翼无人机的建模与仿真
2.1 四旋翼无人机运动状态的数学描述
2.1.1 参考坐标系
2.1.2 无人机运动状态描述
2.1.3 旋转矩阵——坐标系旋转的数学描述
2.2 无人机运动学建模
2.2.1 平动运动学
2.2.2 姿态运动学
2.3 无人机动力学建模
2.3.1 平动动力学
2.3.2 姿态动力学
2.4 无人机力与力矩分析
2.5 无人机动态系统模型的数值仿真
2.5.1 无人机的常微分方程模型
2.5.2 无人机的状态空间模型
2.5.3 微分方程的数值仿真方法
2.5.4 恒定升力下无人机运动的数值仿真
2.6 本章小结
3 四旋翼无人机系统的设计模型
3.1 非线性系统的线性化
3.2 无人机系统的线性化
3.2.1 无人机系统的平衡点
3.2.2 无人机的线性化状态空间模型
3.3 传递函数模型
3.3.1 传递函数的定义
3.3.2 状态空间模型转换为传递函数
3.3.3 四旋翼无人机的传递函数模型
3.4 本章小结
4 四旋翼无人机的控制系统设计
4.1 四旋翼无人机的控制系统
4.2 控制系统的期望特性
4.2.1 控制系统的稳定性
4.2.2 控制系统的动态特性
4.2.3 控制系统的稳态特性
4.3 PID控制器
4.4 基于极点配置的PID控制器设计
4.4.1 动态性能指标和闭环极点的关系
4.4.2 基于动态性能指标的闭环极点位置
4.4.3 二阶环节的PID控制器设计
4.5 无人机高度控制系统设计
4.6 无人机定点控制系统设计
4.6.1 内外环控制结构
4.6.2 内环控制器设计
4.6.3 外环控制器设计
4.7 本章小结
5 系统与控制的综合应用
5.1 元宇宙无人机控制实验室
5.1.1 元宇宙无人机控制实验室组成部分
5.1.2 元宇宙无人机控制实验室操作方法
5.2 无人机的基础控制任务
5.2.1 无人机高度控制任务
5.2.2 无人机位置控制任务
5.3 无人机的综合控制任务
5.3.1 无人机轨迹跟踪控制任务
5.3.2 无人机路径规划控制任务
5.4 本章小结
附录
参考文献
