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多旋翼飛行器設(shè)計與控制實(shí)踐 
定 價：78 元
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9 7 3 8 7 7 7 1 6 2 4 1 8 讀者對象:高等院校航空航天、無人系統(tǒng)、自動控制等專業(yè)的學(xué)生 
本書分為實(shí)驗(yàn)平臺和實(shí)驗(yàn)任務(wù)兩大部分，其中實(shí)驗(yàn)平臺依托為本書特別設(shè)計的RflySim平臺。RflySim平臺利用目前的先進(jìn)開發(fā)理念“基于模型開發(fā)（Model-Based Design）”流程，將多旋翼飛行器、Pixhawk自駕儀，以及MATLAB+Simulink編程語言緊密聯(lián)系在一起。實(shí)驗(yàn)任務(wù)共包括循序漸進(jìn)的8個實(shí)驗(yàn)：動力系統(tǒng)設(shè)計、動態(tài)建模、傳感器標(biāo)定、濾波器設(shè)計、姿態(tài)控制器設(shè)計、定點(diǎn)位置控制器設(shè)計、半自主控制模式設(shè)計及失效保護(hù)邏輯設(shè)計，完成多旋翼飛行器設(shè)計與控制實(shí)踐。本書適合對無人機(jī)特別是多旋翼飛行器設(shè)計與控制感興趣的讀者，也可以把本書部分實(shí)驗(yàn)作為專業(yè)課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)。
全權(quán)，北京航空航天大學(xué)副教授，博士，新加坡國立大學(xué)Research Fellow，已受邀為加拿大多倫多大學(xué)訪問教授，獲得北京航空航天大學(xué)藍(lán)天新秀、北京市青年英才計劃支撐。
目錄
第1章 課程介紹 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1 什么是多旋翼飛行器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 1.1.1 常見飛行器分類. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.1.2 無人駕駛飛機(jī)和航空模型飛機(jī). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2 為什么選擇多旋翼飛行器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.3 本書內(nèi)容. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.3.1 實(shí)驗(yàn)平臺. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.3.2 實(shí)驗(yàn)課程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.3.3 主要特色. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.4 工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)覆蓋介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .10 第2 章實(shí)驗(yàn)平臺配置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.1 實(shí)驗(yàn)平臺總體介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.1.1 硬件平臺. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.1.2 軟件平臺. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.1.3 軟件/硬件關(guān)系. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.2 軟件包安裝方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.2.1 安裝步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.2.2 高級設(shè)置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.2.3 安裝完成效果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.2.4 軟件簡要介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.3 硬件平臺配置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25 2.3.1 遙控器配置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.3.2 Pixhawk 自駕儀系統(tǒng)配置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.3.3 機(jī)架和動力系統(tǒng)配置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 33 第3 章實(shí)驗(yàn)平臺使用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.1 實(shí)驗(yàn)平臺總體介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 3.1.1 實(shí)驗(yàn)平臺組成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 3.1.2 實(shí)驗(yàn)平臺優(yōu)勢. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.2 控制器設(shè)計與仿真平臺. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.2.1 控制器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3.2.2 多旋翼模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 3.2.3 FlightGear 接口. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.3 PSP 工具箱. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 3.3.1 Simulink Pixhawk Target Blocks 模塊庫介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 3.3.2 工具箱中各模塊的使用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.3.3 Simulink 配置實(shí)現(xiàn)PSP 工具箱自動代碼生成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57 3.4 Pixhawk 硬件系統(tǒng). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3.4.1 硬件系統(tǒng)組成與連線. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3.4.2 遙控器基本操作方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.4.3 地面站下載固件方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 3.4.4 Pixhawk 自駕儀半物理仿真模式設(shè)置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63 3.4.5 遙控器配置與校準(zhǔn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64 3.4.6 飛行模式設(shè)置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 3.5 硬件在環(huán)仿真器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 3.5.1 CopterSim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 3.5.2 3D Display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 3.5.3 硬件在環(huán)飛行測試. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .69 第4 章實(shí)驗(yàn)流程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 4.1 實(shí)驗(yàn)流程總體介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.2 控制LED 燈實(shí)驗(yàn)操作具體流程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 4.2.1 LED 燈實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 4.2.2 設(shè)計LED 燈控制模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73 4.2.3 控制器代碼生成與固件下載. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 4.2.4 實(shí)驗(yàn)效果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 4.3 姿態(tài)控制實(shí)驗(yàn)操作具體流程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 4.3.1 基于Simulink 的算法設(shè)計與仿真階段. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80 4.3.2 代碼生成與配置階段. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 4.3.3 硬件在環(huán)仿真階段. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84 4.3.4 實(shí)際飛行實(shí)驗(yàn)階段與結(jié)果對比. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 第5 章動力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 5.1 動力系統(tǒng)之實(shí)驗(yàn)原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 5.1.1 動力系統(tǒng). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 5.1.2 旋翼和機(jī)架半徑. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .99 5.1.3 動力系統(tǒng)建模. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . .100 5.2 動力系統(tǒng)之基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 5.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 5.2.2 配置步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 5.2.3 注意事項(xiàng). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 5.3 動力系統(tǒng)之分析實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 5.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 5.3.2 計算步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 5.3.3 分析步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 5.4 動力系統(tǒng)之設(shè)計實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 5.4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 5.4.2 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 5.4.3 注意事項(xiàng). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 5.5 小結(jié). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 第6 章動態(tài)建模實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 6.1 實(shí)驗(yàn)原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 6.1.1 坐標(biāo)系. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 6.1.2 姿態(tài)表示. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 6.1.3 多旋翼飛行控制剛體模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 6.1.4 控制效率模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141 6.1.5 動力單元模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .143 6.1.6 空氣動力學(xué)模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 6.2 動態(tài)建模之基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 6.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 6.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 6.3 動態(tài)建模之分析實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 6.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 6.3.2 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 6.4 動態(tài)建模之設(shè)計實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 6.4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 6.4.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 6.4.3 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 6.4.4 注意事項(xiàng). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 6.5 小結(jié). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . 165 第7 章傳感器標(biāo)定實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .166 7.1 傳感器標(biāo)定之實(shí)驗(yàn)原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 7.1.1 三軸加速度計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .167 7.1.2 三軸磁力計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 7.2 傳感器標(biāo)定之基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 7.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 7.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 7.3 傳感器標(biāo)定之分析實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 7.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 7.3.2 實(shí)驗(yàn)分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 7.3.3 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 7.4 傳感器標(biāo)定之設(shè)計實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 7.4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 7.4.2 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 7.5 小結(jié). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 第8 章濾波器設(shè)計實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .184 8.1 濾波器設(shè)計之實(shí)驗(yàn)原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 8.1.1 測量原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 8.1.2 線性互補(bǔ)濾波器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 8.1.3 卡爾曼濾波器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .187 8.1.4 擴(kuò)展卡爾曼濾波器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 8.2 濾波器設(shè)計之基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 8.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 8.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 8.2.3 注意事項(xiàng). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 8.3 濾波器設(shè)計之分析實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 8.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 8.3.2 實(shí)驗(yàn)分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 8.4 濾波器設(shè)計之設(shè)計實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 8.4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 8.4.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 8.4.3 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 8.5 小結(jié). . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 第9 章姿態(tài)控制器設(shè)計實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 9.1 姿態(tài)控制器設(shè)計之實(shí)驗(yàn)原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 9.1.1 姿態(tài)控制. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 9.1.2 控制分配在自駕儀中的實(shí)現(xiàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 9.2 姿態(tài)控制器設(shè)計之基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 9.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 9.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 9.3 姿態(tài)控制器設(shè)計之分析實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 9.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 9.3.2 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 9.4 姿態(tài)控制器設(shè)計之設(shè)計實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 9.4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 9.4.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 9.4.3 仿真實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .229 9.4.4 實(shí)飛實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .230 9.5 小結(jié). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 第10 章定點(diǎn)位置控制器設(shè)計實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 10.1 定點(diǎn)位置控制器設(shè)計之實(shí)驗(yàn)原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 10.1.1 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 10.1.2 傳統(tǒng)PID 控制器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 10.1.3 開源自駕儀中的PID 控制器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 10.1.4 加飽和的PID 控制器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 10.2 定點(diǎn)位置控制器設(shè)計之基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 10.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 10.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 10.3 定點(diǎn)位置控制器設(shè)計之分析實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 10.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 10.3.2 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 10.3.3 注意事項(xiàng). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 10.4 定點(diǎn)位置控制器設(shè)計之設(shè)計實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 10.4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 10.4.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 10.4.3 仿真實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .258 10.4.4 實(shí)飛實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .259 10.5 小結(jié). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 第11 章半自主控制模式設(shè)計實(shí)驗(yàn). . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 11.1 半自主控制模式設(shè)計之實(shí)驗(yàn)原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 11.1.1 半自主控制. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .263 11.1.2 遙控. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 11.1.3 自動控制. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265 11.1.4 遙控與自動控制間的切換邏輯. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 11.2 半自主控制模式設(shè)計之基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 11.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 11.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 11.3 半自主控制模式設(shè)計之分析實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 11.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 11.3.2 實(shí)驗(yàn)分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 11.3.3 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 11.4 半自主控制模式設(shè)計之設(shè)計實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 11.4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 11.4.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 11.4.3 仿真實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .285 11.4.4 實(shí)飛實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .288 11.5 小結(jié). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 第12 章失效保護(hù)邏輯設(shè)計實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 12.1 失效保護(hù)邏輯設(shè)計之實(shí)驗(yàn)原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .292 12.1.1 安全問題. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 12.1.2 失效保護(hù)建議. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .294 12.1.3 半自主自駕儀安全邏輯設(shè)計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295 12.2 失效保護(hù)邏輯設(shè)計之基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .302 12.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 12.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 12.3 失效保護(hù)邏輯設(shè)計之分析實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .307 12.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 12.3.2 實(shí)驗(yàn)分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 12.3.3 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 12.3.4 注意事項(xiàng). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311 12.4 失效保護(hù)邏輯設(shè)計之設(shè)計實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .311 12.4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311 12.4.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312 12.4.3 仿真實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .315 12.4.4 實(shí)飛實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .316 12.5 小結(jié). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318 參考文獻(xiàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319 附錄A RflySim 平臺高級功能介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320 A.1 RlySim 平臺高級功能的獲取方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320 A.2 自定義多旋翼仿真模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321 A.3 設(shè)定仿真的多旋翼的初始狀態(tài). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323 A.4 基于UE4 的三維視景介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323 A.5 基于UE4 開發(fā)三維場景. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324 A.6 其他類型多旋翼的硬件在環(huán)仿真. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326 A.7 其他機(jī)型的硬件在環(huán)仿真. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328 A.8 多機(jī)集群仿真. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330 A.9 仿真模式設(shè)置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331 A.10 多計算機(jī)分布式仿真. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .332 A.11 多機(jī)集群的Simulink 控制. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333 A.12 基于視覺的控制接口. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .334 附錄B 教師如何利用此書. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336 B.1 修改動力系統(tǒng)設(shè)計實(shí)驗(yàn)和建模實(shí)驗(yàn)的目標(biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336 B.1.1 修改多旋翼動力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336 B.1.2 修改多旋翼建模實(shí)驗(yàn)的設(shè)計實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336 B.2 增加新實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
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