- 电子工业出版社
- 9787121312687
- 1-1
- 138752
- 68231190-7
- 平塑
- 16开
- 2018年6月
- 550
- 372
- 工学
- 航空宇航科学与技术
- V47
- 飞行器设计与制造工程
- 研究生、本科
内容简介
本书覆盖了多旋翼飞行器设计的大部分内容，共15章，包括多旋翼飞行器基础知识、布局、动力系统、建模、感知、控制和决策等部分。旨在将多旋翼飞行器工程实践中应用的设计原则组织起来，并强调基础概念的重要性，具有基础性、实用性、综合性和系统性等特点。本书可以用作高年级本科生以及研究生教材，或者作为该领域研究的入门指南，还可以作为多旋翼飞行器工程师的自学教材。另外，本书也可以作为其他无人飞行系统乃至无人系统的补充阅读材料。本书新增了配套MOOC视频，读者可以扫描书中的二维码来观看。
目录
目录
第1 章绪论........................................................................... 1
1.1 基本概念..................................................................... 2
1.1.1 常见飞行器分类........................................................... 2
1.1.2 无人驾驶飞机和航空模型飞机..............................................4
1.2 多旋翼遥控和性能评估.......................................................5
1.2.1 遥控.....................................................................5
1.2.2 性能评估.................................................................9
1.2.3 瓶颈.................................................................11
1.3 多旋翼发展历史.................................................................11
1.3.1 休眠期.................................................................12
1.3.2 复苏期.................................................................13
1.3.3 发展期.................................................................14
1.3.4 活跃期.................................................................15
1.3.5 爆发期.................................................................16
1.3.6 评注................................................................. 19
1.4 本书的目的和写作结构.................................................................19
1.4.1 本书的目的.................................................................19
1.4.2 写作结构.................................................................20
习题1.................................................................23
参考文献.................................................................23
第一篇设计篇
第2 章基本组成.................................................................... 28
2.1 总体介绍.................................................................... 29
2.2 机架.................................................................... 31
2.2.1 机身....................................................................31
2.2.2 起落架....................................................................32
2.2.3 涵道....................................................................32
2.3 动力系统.................................................................... 33
2.3.1 螺旋桨....................................................................33
2.3.2 电机....................................................................36
2.3.3 电调....................................................................39
2.3.4 电池....................................................................40
2.4 指挥控制系统....................................................................42
2.4.1 遥控器和接收机....................................................................42
2.4.2 自驾仪....................................................................44
2.4.3 地面站....................................................................47
2.4.4 数传电台.................................................................... 47
本章小结......................................................................... 48
习题2..................................................................49
参考文献......................................................................... 49
第3 章机架设计......................................................................... 50
3.1 布局设计.................................................................... 51
3.1.1 机架布局....................................................................51
3.1.2 气动布局....................................................................58
3.2 结构设计.................................................................... 59
3.2.1 机架结构设计原则....................................................................59
3.2.2 减振考虑....................................................................59
3.2.3 减噪考虑....................................................................61
本章小结......................................................................... 62
习题3......................................................................... 63
参考文献......................................................................... 63
第4 章动力系统建模和估算....................................................................64
4.1 问题描述.................................................................... 65
4.2 动力系统建模....................................................................66
4.2.1 螺旋桨建模....................................................................66
4.2.2 电机建模....................................................................68
4.2.3 电调建模....................................................................69
4.2.4 电池建模....................................................................70
4.3 性能估算.................................................................... 70
4.3.1 求解问题1 .............................................................. 70
4.3.2 求解问题2 .............................................................. 71
4.3.3 求解问题3 .............................................................. 73
4.3.4 求解问题4 .............................................................. 74
4.4 实验测试.................................................................... 76
4.5 附录.................................................................... 77
4.5.1 求解螺旋桨拉力系数与转矩系数的详细步骤....................................................................77
4.5.2 求解电机等效电压和电流的详细步骤....................................................................79
本章小结......................................................................... 82
习题4....................................................................82
参考文献......................................................................... 83
第二篇建模篇
第5章 坐标系和姿态表示........................................................... 88
5.1 坐标系....................................................................89
5.2 姿态表示.................................................................... 89
5.2.1 欧拉角....................................................................90
5.2.2 旋转矩阵....................................................................93
5.2.3 四元数....................................................................95
本章小结........................................................................ 105
习题5 ........................................................................... 105
参考文献........................................................................ 105
第6章 动态模型和参数测量....................................................................107
6.1 多旋翼控制模型....................................................................108
6.1.1 总体描述.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 108
6.1.2 多旋翼飞行控制刚体模型. . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . 109
6.1.3 控制效率模型. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . .112
6.1.4 动力单元模型. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . .114
6.2 多旋翼气动阻力模型....................................................... 115
6.2.1 桨叶挥舞.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 115
6.2.2 多旋翼气动阻力模型.................................................... 116
6.3 多旋翼模型参数测量....................................................... 117
6.3.1 重心位置.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 117
6.3.2 重量. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. 118
6.3.3 转动惯量.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 118
6.3.4 动力单元参数测量...................................................... 121
本章小结........................................................................ 125
习题6 ........................................................................... 125
参考文献........................................................................ 125
第三篇 感知篇
第7章 传感器标定和测量模型..................................................... 12
7.1 三轴加速度计.............................................................. 12
7.1.1 基本原理.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 129
7.1.2 标定. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. 130
7.1.3 测量模型.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 131
7.2 三轴陀螺仪.. .. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . . 132
7.2.1 基本原理.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 132
7.2.2 标定. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. 132
7.2.3 测量模型.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 135
7.3 三轴磁力计.. .. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . . 135
7.3.1 基本原理.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 135
7.3.2 标定. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. 135
7.4 超声波测距仪.............................................................. 138
7.5 气压计. . . .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .138
7.6 二维激光测距仪. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . 139
7.7 全球定位系统.............................................................. 141
7.7.1 基本原理.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 141
7.7.2 标定. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. 143
7.7.3 测量模型.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 143
7.7.4 补充：经纬度距离和航向计算............................................ 143
7.8 摄像机. . . .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .144
7.8.1 基本原理.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 144
7.8.2 测量模型.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 145
7.8.3 标定. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. 147
7.8.4 工具箱. . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . 149
本章小结........................................................................ 150
习题7 ........................................................................... 150
参考文献........................................................................ 150
第8章 可观性和卡尔曼滤波器..................................................... 152
8.1 可观性. . . .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .153
8.1.1 线性系统.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 153
8.1.2 连续时间非线性系统.................................................... 157
8.2 卡尔曼滤波器.............................................................. 161
8.2.1 目标. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. 161
8.2.2 预备知识.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 162
8.2.3 理论推导.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 162
8.2.4 多速率卡尔曼滤波器.................................................... 169
8.3 扩展卡尔曼滤波器. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . 169
8.3.1 基本原理.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 170
8.3.2 理论推导.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 170
8.3.3 隐式扩展卡尔曼滤波器.................................................. 172
本章小结........................................................................ 173
习题8 ........................................................................... 173
参考文献........................................................................ 173
第9章 状态估计....................................................................175
9.1 姿态估计................................................................... 176
9.1.1 测量原理.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 176
9.1.2 线性互补滤波器........................................................ 179
9.1.3 非线性互补滤波器...................................................... 182
9.1.4 卡尔曼滤波器. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . .183
9.2 位置估计................................................................... 184
9.2.1 基于GPS 的位置估计. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . 184
9.2.2 基于SLAM 的位置估计. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. 185
9.3 速度估计................................................................... 189
9.3.1 基于光流的速度估计方法. . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . 189
9.3.2 基于气动阻力模型的速度估计方法. . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . . 192
9.4 障碍估计................................................................... 194
9.4.1 延伸焦点计算. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . .194
9.4.2 碰撞时间计算. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . .195
本章小结........................................................................ 197
习题9 ........................................................................... 197
参考文献........................................................................ 198
第四篇 控制篇
第10 章稳定性和可控性........................................................... 202
10.1 稳定性定义.. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . 203
10.2 稳定性判据.. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . 205
10.2.1 多旋翼的稳定性....................................................... 205
10.2.2 稳定性的一些结果..................................................... 205
10.3 可控性基本概念. .. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . 210
10.3.1 经典可控性. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . .. .. . 210
10.3.2 正可控性.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 210
10.4 多旋翼的可控性. .. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . 212
10.4.1 多旋翼模型建立....................................................... 212
10.4.2 经典可控性. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . .. .. . 213
10.4.3 正可控性分析. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . .214
10.4.4 多旋翼系统可控性..................................................... 216
10.4.5 进一步说明. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . .. .. . 220
10.5 附录：引理10.1 的证明. .. .. . . . . . . . . . .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . 220
本章小结........................................................................ 221
习题10 .......................................................................... 222
参考文献........................................................................ 223
第11章 底层飞行控制. . . . . . . . . . .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . 225
11.1 多旋翼底层飞行控制框架................................................. 226
11.2 简化的线性模型. .. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . 227
11.3 位置控制. . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 229
11.3.1 基本概念.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 229
11.3.2 欧拉角作为输出....................................................... 230
11.3.3 旋转矩阵作为输出..................................................... 234
11.4 姿态控制. . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 237
11.4.1 基本概念.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 237
11.4.2 基于欧拉角的姿态控制. .. .. . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. . 237
11.4.3 基于旋转矩阵的姿态控制. . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . 238
11.4.4 鲁棒姿态控制. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . .239
11.5 控制分配. . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 245
11.5.1 基本概念.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 245
11.5.2 控制分配在自驾仪中的实现.. .. .. .. . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 245
11.6 电机控制. . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 247
11.6.1 闭环控制.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 247
11.6.2 开环控制.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 247
11.7 综合仿真. . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 248
11.7.1 控制目标和系统参数设置. . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . 248
11.7.2 基于欧拉角的姿态控制结合基于欧拉角的位置控制. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . 248
11.7.3 基于旋转矩阵的姿态控制结合基于旋转矩阵的位置控制.. .. .. .. . . . . . . . . . .. . 251
11.7.4 鲁棒姿态控制. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . .253
本章小结........................................................................ 253
习题11 .......................................................................... 254
参考文献........................................................................ 255
第12章 基于半自主自驾仪的位置控制. . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . 257
12.1 问题描述. . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 258
12.1.1 带有半自主自驾仪的多旋翼控制结构. . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. . 258
12.1.2 三通道模型. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . .. .. . 259
12.1.3 位置控制的目标....................................................... 260
12.2 系统辨识. . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 260
12.2.1 系统辨识步骤和工具................................................... 260
12.2.2 系统辨识中用到的模型. .. .. . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. . 262
12.3 位置控制器的设计. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . .265
12.3.1 PID控制器. . . . . . .. .. .. . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . 265
12.3.2 基于加性输出分解的动态逆控制器.. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 265
12.4 仿真. . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. 266
12.4.1 系统辨识.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 268
12.4.2 控制. .. .. . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. . 271
12.4.3 跟踪性能对比. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . .272
本章小结........................................................................ 274
习题12 .......................................................................... 275
参考文献........................................................................ 275
第五篇 决策篇
第13章 任务决策.. . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . 280
13.1 全自主控制.. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . 281
13.1.1 总体介绍.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 281
13.1.2 任务规划.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 282
13.1.3 路径规划.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 284
13.2 半自主控制.. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . 293
13.2.1 半自主控制的三种模式. .. .. . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. . 294
13.2.2 遥控. .. .. . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. . 295
13.2.3 自动控制.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 296
13.2.4 遥控和自动控制间的切换逻辑. . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. . 298
本章小结........................................................................ 299
习题13 .......................................................................... 300
参考文献........................................................................ 300
第14章 健康评估和失效保护. . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. . 302
14.1 决策的目的和意义. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . .303
14.2 安全问题. . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 303
14.2.1 通信故障.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 304
14.2.2 传感器失效. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . .. .. . 304
14.2.3 动力系统异常. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . .305
14.3 健康评估. . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 306
14.3.1 飞行前健康检查....................................................... 306
14.3.2 飞行中健康监测....................................................... 306
14.4 失效保护建议............................................................. 309
14.4.1 通信失效保护. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . .310
14.4.2 传感器失效保护....................................................... 310
14.4.3 动力系统失效保护..................................................... 310
14.5 半自主自驾仪安全逻辑设计. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. . 311
14.5.1 需求描述.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 311
14.5.2 多旋翼状态和飞行模式定义.. .. .. .. . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 312
14.5.3 事件定义.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 312
14.5.4 自驾仪逻辑设计....................................................... 314
本章小结........................................................................ 318
习题14 .......................................................................... 322
参考文献........................................................................ 323
第15章 展望....................................................................... 327
15.1 相关技术发展............................................................. 328
15.1.1 动力技术....................................................................328
15.1.2 导航技术....................................................................329
15.1.3 交互技术....................................................................331
15.1.4 通信技术....................................................................331
15.1.5 芯片技术....................................................................331
15.1.6 软件平台技术....................................................................332
15.1.7 空中交通管理技术..................................................... 332
15.1.8 小结....................................................................333
15.2 需求和技术创新方向....................................................................333
15.2.1 创新层面....................................................................333
15.2.2 应用创新....................................................................333
15.2.3 性能创新....................................................................335
15.3 分析....................................................................338
15.3.1 风险....................................................................338
15.3.2 建议....................................................................338
15.4 机遇和挑战....................................................................339
15.4.1 机遇....................................................................339
15.4.2 挑战....................................................................339
参考文献........................................................................ 340
附录A 中英文专业词汇对照表....................................................................345
收起
前 言
前言
第1 章绪论........................................................................... 1
1.1 基本概念..................................................................... 2
1.1.1 常见飞行器分类........................................................... 2
1.1.2 无人驾驶飞机和航空模型飞机..............................................4
1.2 多旋翼遥控和性能评估.......................................................5
1.2.1 遥控.....................................................................5
1.2.2 性能评估.................................................................9
1.2.3 瓶颈.................................................................11
1.3 多旋翼发展历史.................................................................11
1.3.1 休眠期.................................................................12
1.3.2 复苏期.................................................................13
1.3.3 发展期.................................................................14
1.3.4 活跃期.................................................................15
1.3.5 爆发期.................................................................16
1.3.6 评注................................................................. 19
1.4 本书的目的和写作结构.................................................................19
1.4.1 本书的目的.................................................................19
1.4.2 写作结构.................................................................20
习题1.................................................................23
参考文献.................................................................23
第一篇设计篇
第2 章基本组成.................................................................... 28
2.1 总体介绍.................................................................... 29
2.2 机架.................................................................... 31
2.2.1 机身....................................................................31
2.2.2 起落架....................................................................32
2.2.3 涵道....................................................................32
2.3 动力系统.................................................................... 33
2.3.1 螺旋桨....................................................................33
2.3.2 电机....................................................................36
2.3.3 电调....................................................................39
2.3.4 电池....................................................................40
2.4 指挥控制系统....................................................................42
2.4.1 遥控器和接收机....................................................................42
2.4.2 自驾仪....................................................................44
2.4.3 地面站....................................................................47
2.4.4 数传电台.................................................................... 47
本章小结......................................................................... 48
习题2..................................................................49
参考文献......................................................................... 49
第3 章机架设计......................................................................... 50
3.1 布局设计.................................................................... 51
3.1.1 机架布局....................................................................51
3.1.2 气动布局....................................................................58
3.2 结构设计.................................................................... 59
3.2.1 机架结构设计原则....................................................................59
3.2.2 减振考虑....................................................................59
3.2.3 减噪考虑....................................................................61
本章小结......................................................................... 62
习题3......................................................................... 63
参考文献......................................................................... 63
第4 章动力系统建模和估算....................................................................64
4.1 问题描述.................................................................... 65
4.2 动力系统建模....................................................................66
4.2.1 螺旋桨建模....................................................................66
4.2.2 电机建模....................................................................68
4.2.3 电调建模....................................................................69
4.2.4 电池建模....................................................................70
4.3 性能估算.................................................................... 70
4.3.1 求解问题1 .............................................................. 70
4.3.2 求解问题2 .............................................................. 71
4.3.3 求解问题3 .............................................................. 73
4.3.4 求解问题4 .............................................................. 74
4.4 实验测试.................................................................... 76
4.5 附录.................................................................... 77
4.5.1 求解螺旋桨拉力系数与转矩系数的详细步骤....................................................................77
4.5.2 求解电机等效电压和电流的详细步骤....................................................................79
本章小结......................................................................... 82
习题4....................................................................82
参考文献......................................................................... 83
第二篇建模篇
第5章 坐标系和姿态表示........................................................... 88
5.1 坐标系....................................................................89
5.2 姿态表示.................................................................... 89
5.2.1 欧拉角....................................................................90
5.2.2 旋转矩阵....................................................................93
5.2.3 四元数....................................................................95
本章小结........................................................................ 105
习题5 ........................................................................... 105
参考文献........................................................................ 105
第6章 动态模型和参数测量....................................................................107
6.1 多旋翼控制模型....................................................................108
6.1.1 总体描述.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 108
6.1.2 多旋翼飞行控制刚体模型. . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . 109
6.1.3 控制效率模型. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . .112
6.1.4 动力单元模型. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . .114
6.2 多旋翼气动阻力模型....................................................... 115
6.2.1 桨叶挥舞.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 115
6.2.2 多旋翼气动阻力模型.................................................... 116
6.3 多旋翼模型参数测量....................................................... 117
6.3.1 重心位置.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 117
6.3.2 重量. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. 118
6.3.3 转动惯量.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 118
6.3.4 动力单元参数测量...................................................... 121
本章小结........................................................................ 125
习题6 ........................................................................... 125
参考文献........................................................................ 125
第三篇 感知篇
第7章 传感器标定和测量模型..................................................... 12
7.1 三轴加速度计.............................................................. 12
7.1.1 基本原理.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 129
7.1.2 标定. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. 130
7.1.3 测量模型.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 131
7.2 三轴陀螺仪.. .. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . . 132
7.2.1 基本原理.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 132
7.2.2 标定. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. 132
7.2.3 测量模型.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 135
7.3 三轴磁力计.. .. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . . 135
7.3.1 基本原理.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 135
7.3.2 标定. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. 135
7.4 超声波测距仪.............................................................. 138
7.5 气压计. . . .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .138
7.6 二维激光测距仪. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . 139
7.7 全球定位系统.............................................................. 141
7.7.1 基本原理.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 141
7.7.2 标定. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. 143
7.7.3 测量模型.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 143
7.7.4 补充：经纬度距离和航向计算............................................ 143
7.8 摄像机. . . .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .144
7.8.1 基本原理.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 144
7.8.2 测量模型.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 145
7.8.3 标定. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. 147
7.8.4 工具箱. . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . 149
本章小结........................................................................ 150
习题7 ........................................................................... 150
参考文献........................................................................ 150
第8章 可观性和卡尔曼滤波器..................................................... 152
8.1 可观性. . . .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .153
8.1.1 线性系统.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 153
8.1.2 连续时间非线性系统.................................................... 157
8.2 卡尔曼滤波器.............................................................. 161
8.2.1 目标. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. 161
8.2.2 预备知识.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 162
8.2.3 理论推导.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 162
8.2.4 多速率卡尔曼滤波器.................................................... 169
8.3 扩展卡尔曼滤波器. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . 169
8.3.1 基本原理.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 170
8.3.2 理论推导.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 170
8.3.3 隐式扩展卡尔曼滤波器.................................................. 172
本章小结........................................................................ 173
习题8 ........................................................................... 173
参考文献........................................................................ 173
第9章 状态估计....................................................................175
9.1 姿态估计................................................................... 176
9.1.1 测量原理.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 176
9.1.2 线性互补滤波器........................................................ 179
9.1.3 非线性互补滤波器...................................................... 182
9.1.4 卡尔曼滤波器. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . .183
9.2 位置估计................................................................... 184
9.2.1 基于GPS 的位置估计. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . 184
9.2.2 基于SLAM 的位置估计. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. 185
9.3 速度估计................................................................... 189
9.3.1 基于光流的速度估计方法. . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . 189
9.3.2 基于气动阻力模型的速度估计方法. . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . . 192
9.4 障碍估计................................................................... 194
9.4.1 延伸焦点计算. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . .194
9.4.2 碰撞时间计算. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . .195
本章小结........................................................................ 197
习题9 ........................................................................... 197
参考文献........................................................................ 198
第四篇 控制篇
第10 章稳定性和可控性........................................................... 202
10.1 稳定性定义.. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . 203
10.2 稳定性判据.. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . 205
10.2.1 多旋翼的稳定性....................................................... 205
10.2.2 稳定性的一些结果..................................................... 205
10.3 可控性基本概念. .. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . 210
10.3.1 经典可控性. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . .. .. . 210
10.3.2 正可控性.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 210
10.4 多旋翼的可控性. .. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . 212
10.4.1 多旋翼模型建立....................................................... 212
10.4.2 经典可控性. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . .. .. . 213
10.4.3 正可控性分析. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . .214
10.4.4 多旋翼系统可控性..................................................... 216
10.4.5 进一步说明. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . .. .. . 220
10.5 附录：引理10.1 的证明. .. .. . . . . . . . . . .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . 220
本章小结........................................................................ 221
习题10 .......................................................................... 222
参考文献........................................................................ 223
第11章 底层飞行控制. . . . . . . . . . .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . 225
11.1 多旋翼底层飞行控制框架................................................. 226
11.2 简化的线性模型. .. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . 227
11.3 位置控制. . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 229
11.3.1 基本概念.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 229
11.3.2 欧拉角作为输出....................................................... 230
11.3.3 旋转矩阵作为输出..................................................... 234
11.4 姿态控制. . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 237
11.4.1 基本概念.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 237
11.4.2 基于欧拉角的姿态控制. .. .. . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. . 237
11.4.3 基于旋转矩阵的姿态控制. . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . 238
11.4.4 鲁棒姿态控制. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . .239
11.5 控制分配. . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 245
11.5.1 基本概念.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 245
11.5.2 控制分配在自驾仪中的实现.. .. .. .. . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 245
11.6 电机控制. . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 247
11.6.1 闭环控制.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 247
11.6.2 开环控制.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 247
11.7 综合仿真. . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 248
11.7.1 控制目标和系统参数设置. . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . 248
11.7.2 基于欧拉角的姿态控制结合基于欧拉角的位置控制. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . 248
11.7.3 基于旋转矩阵的姿态控制结合基于旋转矩阵的位置控制.. .. .. .. . . . . . . . . . .. . 251
11.7.4 鲁棒姿态控制. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . .253
本章小结........................................................................ 253
习题11 .......................................................................... 254
参考文献........................................................................ 255
第12章 基于半自主自驾仪的位置控制. . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . 257
12.1 问题描述. . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 258
12.1.1 带有半自主自驾仪的多旋翼控制结构. . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. . 258
12.1.2 三通道模型. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . .. .. . 259
12.1.3 位置控制的目标....................................................... 260
12.2 系统辨识. . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 260
12.2.1 系统辨识步骤和工具................................................... 260
12.2.2 系统辨识中用到的模型. .. .. . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. . 262
12.3 位置控制器的设计. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . .265
12.3.1 PID控制器. . . . . . .. .. .. . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . 265
12.3.2 基于加性输出分解的动态逆控制器.. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 265
12.4 仿真. . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. 266
12.4.1 系统辨识.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 268
12.4.2 控制. .. .. . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. . 271
12.4.3 跟踪性能对比. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . .272
本章小结........................................................................ 274
习题12 .......................................................................... 275
参考文献........................................................................ 275
第五篇 决策篇
第13章 任务决策.. . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . 280
13.1 全自主控制.. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . 281
13.1.1 总体介绍.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 281
13.1.2 任务规划.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 282
13.1.3 路径规划.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 284
13.2 半自主控制.. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . 293
13.2.1 半自主控制的三种模式. .. .. . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. . 294
13.2.2 遥控. .. .. . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. . 295
13.2.3 自动控制.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 296
13.2.4 遥控和自动控制间的切换逻辑. . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. . 298
本章小结........................................................................ 299
习题13 .......................................................................... 300
参考文献........................................................................ 300
第14章 健康评估和失效保护. . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. . 302
14.1 决策的目的和意义. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . .303
14.2 安全问题. . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 303
14.2.1 通信故障.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 304
14.2.2 传感器失效. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . .. .. . 304
14.2.3 动力系统异常. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . .305
14.3 健康评估. . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 306
14.3.1 飞行前健康检查....................................................... 306
14.3.2 飞行中健康监测....................................................... 306
14.4 失效保护建议............................................................. 309
14.4.1 通信失效保护. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . .310
14.4.2 传感器失效保护....................................................... 310
14.4.3 动力系统失效保护..................................................... 310
14.5 半自主自驾仪安全逻辑设计. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. . 311
14.5.1 需求描述.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 311
14.5.2 多旋翼状态和飞行模式定义.. .. .. .. . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 312
14.5.3 事件定义.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 312
14.5.4 自驾仪逻辑设计....................................................... 314
本章小结........................................................................ 318
习题14 .......................................................................... 322
参考文献........................................................................ 323
第15章 展望....................................................................... 327
15.1 相关技术发展............................................................. 328
15.1.1 动力技术....................................................................328
15.1.2 导航技术....................................................................329
15.1.3 交互技术....................................................................331
15.1.4 通信技术....................................................................331
15.1.5 芯片技术....................................................................331
15.1.6 软件平台技术....................................................................332
15.1.7 空中交通管理技术..................................................... 332
15.1.8 小结....................................................................333
15.2 需求和技术创新方向....................................................................333
15.2.1 创新层面....................................................................333
15.2.2 应用创新....................................................................333
15.2.3 性能创新....................................................................335
15.3 分析....................................................................338
15.3.1 风险....................................................................338
15.3.2 建议....................................................................338
15.4 机遇和挑战....................................................................339
15.4.1 机遇....................................................................339
15.4.2 挑战....................................................................339
参考文献........................................................................ 340
附录A 中英文专业词汇对照表....................................................................345
收起
前 言
前言
