热搜关键词: MATLAB天线OpenCVVHDL

pdf

多旋翼飞行器设计与控制

  • 1星
  • 2022-06-28
  • 58.52MB
  • 需要1积分
  • 4次下载
  • favicon收藏
  • rep举报
  • free评论
标签: 多旋翼

多旋翼

无人机

无人机

本书覆盖了多旋翼飞行器设计的大部分内容,共十五章,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。

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

展开预览

推荐帖子 最新更新时间:2022-08-11 04:23

用于便携式工业设备的小型高效降压-升压转换器
几乎每一个便携式系统都需要一个3.3V电压轨。而对于那些由单节锂电池供电的系统,用户总会问到如何实现这个电源轨。将电池电压(通常情况下在3V至4.2V之间变化)升压至5V,然后将5V降压至3.3V,这会使电源经历双重转换。两次电源转换步骤的效率是这些转换步骤中每次转换的效率的乘积,所以,我所描述情况下的总体效率是比较低的。例如,如果升压转换器的效率为90%,降压转换器的效率为95%,那么总体效率只
maylove 模拟与混合信号
使用MSP430™MCU轻松解决设计难题
是否曾经发现一个看似完美的微控制器(MCU)满足您的设计要求,却意识到它不会在内存中扩展,也无法在外围设备中提供灵活性?作为设计师,您每天都面临挑战,但MCU的可扩展性不应成为挑战之一。在本文中,我将解释MSP430 MCU如何能够: 解决可扩展性挑战。 最小化电路板布局的复杂性并降低BOM成本。 在断电情况下保留数据。 可扩展性挑战 可扩展性是选择任何MCU时的重要因素。如果您已经
fish001 微控制器 MCU
求大神帮用neon优化c++代码,一次处理8个像素
#pragma mark    图片处理(自动对比度)- (UIImage *)autoContrastImage:(UIImage *)image{    unsigned char* pData = [self.image ARGBData];    unsigned char* p_Data = pData;    int width = self.image.size.width;   
jieweijasson ARM技术
文件截短
Linux提供了两个系统调用支持文件长度截短,分别是: #include #include int ftruncate(int fd,off_t len); 和: #include #include int truncate(const char *path,off_t len); 这两个系统调用都将给定文件截短为参数len指定的长度。ftruncate()系统调用在已
chenbingjy Linux与安卓
Zigbee技术规范与协议栈分析
     伴随无线传感器网络的迅猛发展,Zigbee技术作为最近发展起来的一种短距离无线通信技术,以其低功耗、自组织、安全可靠、支持大量节点等优势,被业界 认为是最有可能应用在工控场合的无线方式。到目前为止,节点已经应用于工业监控、智能家庭、安全医疗等多个领域,具有很大的发展空间。     Zigbee协议栈(Z-STACK)作为Zigbee技术的核心,是开发802.15.4/Zigbee必
fish001 RF/无线
emwin 在lpc1788上的问题
在1788上使用了emwin5.30,直接在屏幕上显示不会有任何问题,SDRAM测试也没有任何问题(测试方法,第一个循环在内存里一次写入不同的数据,一口气写完,第二个循环验证数据是否正确)。但是,使用memdev存储设备就会有问题,基本上还是能显示的但是会掺杂一些星星点点。这些星星点点跟背景有关,而且总是在固定位置。同时还左侧还显示一些小横杠。同样的程序在stm32的板子上就没有问题。百思不得其解
s524 实时操作系统RTOS

评论

登录/注册

意见反馈

求资源

回顶部
查找数据手册?

EEWorld Datasheet 技术支持

热门活动

相关视频

可能感兴趣器件

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版 版权声明

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2022 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved
×