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194千字 字数
No.33 科学技术
2025-07-01 发行日期
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主编推荐语

系统地讲解小型无人机的控制系统原理与设计实现。

内容简介

先进无人机飞行控制系统有着巨大的市场需求，智能化无人机飞行控制技术也是航空工业领域内发展迅速的前沿技术之一。

本书以作者团队对小型无人机的深厚研究为基础，以真实的代码、模型以及试飞数据作为支撑，系统地讲解了小型无人机的控制系统原理与设计实现。书中不仅有传统的PID控制器设计，还引入了先进控制理论，引导读者逐步学习小型无人机飞行控制系统设计。

本书由小型无人机的控制理论基础、飞行动力学基础、飞行控制律设计、飞行控制律的仿真实践、飞行控制系统硬件设计以及硬件在环仿真几部分组成，涵盖了小型无人机控制系统设计与实现的全过程。

目录

  • 版权信息
  • 前言
  • 第1章 绪论
  • 1.1 大型固定翼无人机
  • 1.1.1 固定翼无人机结构介绍
  • 1.1.2 飞行控制系统的分类
  • 1.1.3 固定翼飞控系统的发展历程
  • 1.1.4 固定翼飞控系统的组成
  • 1.2 小型无人机
  • 1.2.1 无人机的分类
  • 1.2.2 旋翼无人机的发展历程
  • 1.2.3 旋翼无人机的系统组成
  • 1.2.4 固定翼无人机的发展历程
  • 1.2.5 固定翼无人机的系统组成
  • 1.3 控制算法研究现状
  • 1.3.1 经典控制方法
  • 1.3.2 非线性控制方法
  • 1.3.3 现代控制方法
  • 1.3.4 智能控制方法
  • 第2章 小型无人机控制理论基础
  • 2.1 PID控制器的基本特性
  • 2.1.1 PID控制器概述
  • 2.1.2 P、PI、PD、PID控制的定义
  • 2.1.3 PID控制器的伯德图
  • 2.2 PID控制器的设计和参数调节的基本方法
  • 2.2.1 PI、PD、PID控制器的设计
  • 2.2.2 参数调节方法分类
  • 2.3 串级PID控制器的设计和参数调节的基本方法
  • 2.3.1 串级PID控制器的结构和实例
  • 2.3.2 串级PID控制器参数调节的基本原则
  • 2.4 抗饱和积分的改进设计
  • 2.4.1 积分饱和现象及负面影响
  • 2.4.2 防止积分饱和的基本方法
  • 2.5 微分环节的改进设计
  • 2.5.1 微分环节的特性
  • 2.5.2 抑制微分环节负面影响的方法
  • 2.6 多输入多输出线性定常系统的极点配置设计方法
  • 2.6.1 常用的反馈结构及其对系统特性的影响
  • 2.6.2 单输入单输出系统的极点配置
  • 2.6.3 多输入多输出系统的极点配置
  • 第3章 飞机飞行动力学基础
  • 3.1 固定翼无人机飞行动力学基础
  • 3.1.1 固定翼无人机的基本性能
  • 3.1.2 纵向/横向/航向静稳定性与操纵性
  • 3.1.3 坐标系及坐标系转换
  • 3.1.4 固定翼无人机刚体运动方程
  • 3.1.5 刚体运动方程线性化
  • 3.1.6 气动力及气动力矩计算
  • 3.2 多旋翼无人机飞行动力学基础
  • 3.2.1 多旋翼无人机飞行原理
  • 3.2.2 坐标系定义与转换矩阵
  • 3.2.3 四旋翼无人机系统整体分析
  • 3.2.4 动力系统建模
  • 3.2.5 刚体动力学与运动学方程
  • 3.2.6 控制效率与控制分配模型
  • 3.2.7 动力学与运动学方程线性化
  • 第4章 飞行控制律设计
  • 4.1 固定翼无人机飞行控制律设计
  • 4.1.1 固定翼无人机飞行控制系统概述
  • 4.1.2 L1制导控制器设计
  • 4.1.3 总能量控制器设计
  • 4.1.4 串级PID姿态控制器设计
  • 4.2 多旋翼无人机飞行控制律设计
  • 4.2.1 多旋翼无人机飞行控制系统概述
  • 4.2.2 四旋翼飞行控制系统架构
  • 4.2.3 PID控制器设计
  • 4.2.4 LQR控制器设计
  • 4.2.5 滑模控制器设计
  • 第5章 飞行控制硬件系统设计
  • 5.1 需求分析
  • 5.2 处理器选型
  • 5.2.1 嵌入式系统简介
  • 5.2.2 英特尔微处理器
  • 5.2.3 ARM微处理器
  • 5.3 电源系统
  • 5.3.1 线性稳压器
  • 5.3.2 开关式稳压器
  • 5.4 姿态信息测量
  • 5.4.1 微机电系统技术简介
  • 5.4.2 MEMS加速度计
  • 5.4.3 MEMS陀螺仪
  • 5.5 空气动力学参量的测量
  • 5.5.1 气压高度计
  • 5.5.2 空速计
  • 5.6 导航信息测量
  • 5.6.1 地磁计
  • 5.6.2 全球导航卫星系统
  • 第6章 飞行控制律仿真实践
  • 6.1 飞行控制律仿真环境简介
  • 6.1.1 MATLAB及其仿真简介
  • 6.1.2 仿真集成环境Simulink
  • 6.2 固定翼无人机飞行控制律仿真实践
  • 6.2.1 固定翼无人机动力学模型搭建
  • 6.2.2 非线性动力学模型配平与线性化
  • 6.2.3 姿态控制律仿真模型搭建与测试
  • 6.2.4 位置轨迹跟踪控制律仿真模型搭建与测试
  • 6.3 多旋翼无人机飞行控制律仿真实践
  • 6.3.1 动力系统Simulink模型搭建
  • 6.3.2 无人机六自由度刚体模型搭建
  • 6.3.3 动力学模型配平与开环仿真
  • 6.3.4 PID控制律仿真模型搭建与测试
  • 6.3.5 LQR控制律仿真模型搭建与测试
  • 6.3.6 滑模控制律仿真模型搭建与测试
  • 第7章 飞行控制系统硬件在环仿真实践
  • 7.1 硬件在环仿真系统简介
  • 7.1.1 硬件在环仿真与软件在环仿真对比
  • 7.1.2 硬件在环仿真系统架构
  • 7.1.3 PX4-Autopilot软件系统简介
  • 7.2 硬件在环仿真环境搭建
  • 7.2.1 Ubuntu桌面HITL仿真环境搭建
  • 7.2.2 Simulink中HITL仿真的环境配置
  • 7.3 硬件在环仿真测试与参数调整
  • 7.3.1 Ubuntu桌面HITL仿真流程
  • 7.3.2 Simulink中HITL仿真的设置和操作流程
  • 附录 术语表
  • 参考文献
  • 推荐阅读
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出版方

机械工业出版社

机械工业出版社是全国优秀出版社，自1952年成立以来，坚持为科技、为教育服务，以向行业、向学校提供优质、权威的精神产品为宗旨，以“服务社会和人民群众需求，传播社会主义先进文化”为己任，产业结构不断完善，已由传统的图书出版向着图书、期刊、电子出版物、音像制品、电子商务一体化延伸，现已发展为多领域、多学科的大型综合性出版社，涉及机械、电工电子、汽车、计算机、经济管理、建筑、ELT、科普以及教材、教辅等领域。