第1章 绪论

1.1基本概念

1.1.1常见飞行器分类

1.1.2无人驾驶飞机和航空模型飞机

1.2多旋翼遥控和性能评估

1.2.1遥控

1.2.2性能评估

1.2.3瓶颈

1.3多旋翼发展历史

1.3.1休眠期

1.3.2复苏期

1.3.3发展期

1.3.4活跃期

1.3.5爆发期

1.3.6评注

1.4本书的目的和写作结构

1.4.1本书的目的

1.4.2写作结构

习题1

参考文献

第一篇 设计篇

第2章 基本组成

2.1总体介绍

2.2机架

2.2.1机身

2.2.2起落架

2.2.3涵道

2.3动力系统

2.3.1螺旋桨

2.3.2电机

2.3.3电调

2.3.4电池

2.4指挥控制系统

2.4.1遥控器和接收机

2.4.2自驾仪

2.4.3地面站

2.4.4数传电台

本章小结

练习2

参考文献

第3章 机架设计

3.1布局设计

3.1.1机架布局

3.1.2气动布局

3.2结构设计

3.2.1机架结构设计原则

3.2.2减振考虑

3.2.3减噪考虑

本章小结

习题3

参考文献

第4章 动力系统建模和估算

4.1问题描述

4.2动力系统建模

4.2.1螺旋桨建模

4.2.2电机建模

4.2.3电调建模

4.2.4电池建模

4.3性能估算

4.3.1求解问题1

4.3.2求解问题2

4.3.3求解问题3

4.3.4求解问题4

4.4实验测试

4.5附录

4.5.1求解螺旋桨拉力系数与转矩系数的详细步骤

4.5.2求解电机等效电压和电流的详细步骤

本章小结

习题4

参考文献

第二篇 建模篇

第5章 坐标系和姿态表示

5.1坐标系

5.2姿态表示

5.2.1欧拉角

5.2.2旋转矩阵

5.2.3四元数

本章小结

习题5

参考文献

第6章 动态模型和参数测量

6.1多旋翼控制模型

6.1.1总体描述

6.1.2多旋翼飞行控制刚体模型

6.1.3控制效率模型

6.1.4动力单元模型

6.2多旋翼气动阻力模型

6.2.1桨叶挥舞

6.2.2多旋翼气动阻力模型

6.3多旋翼模型参数测量

6.3.1重心位置

6.3.2重量

6.3.3转动惯量

6.3.4动力单元参数测量

本章小结

习题6

参考文献

第三篇 感知篇

第7章 传感器标定和测量模型

7.1三轴加速度计

7.1.1基本原理

7.1.2标定

7.1.3测量模型

7.2三轴陀螺仪

7.2.1基本原理

7.2.2标定

7.2.3测量模型

7.3三轴磁力计

7.3.1基本原理

7.3.2标定

7.4超声波测距仪

7.5气压计

7.6二维激光测距仪

7.7全球定位系统

7.7.1基本原理

7.7.2标定

7.7.3测量模型

7.7.4补充：经纬度距离和航向计算

7.8摄像机

7.8.1基本原理

7.8.2测量模型

7.8.3标定

7.8.4工具箱

本章小结

习题7

参考文献

第8章 可观性和卡尔曼滤波器

8.1可观性

8.1.1线性系统

8.1.2连续时间非线性系统

8.2卡尔曼滤波器

8.2.1目标

8.2.2预备知识

8.2.3理论推导

8.2.4多速率卡尔曼滤波器

8.3扩展卡尔曼滤波器

8.3.1基本原理

8.3.2理论推导

8.3.3隐式扩展卡尔曼滤波器

本章小结

习题8

参考文献

第9章 状态估计

9.1姿态估计

9.1.1测量原理

9.1.2线性互补滤波器

9.1.3非线性互补滤波器

9.1.4卡尔曼滤波器

9.2位置估计

9.2.1基于GPS的位置估计

9.2.2基于SLAM的位置估计

9.3速度估计

9.3.1基于光流的速度估计方法

9.3.2基于气动阻力模型的速度估计方法

9.4障碍估计

9.4.1延伸焦点计算

9.4.2碰撞时间计算

本章小结

习题9

参考文献

第四篇 控制篇

第10章 稳定性和可控性

10.1稳定性定义

10.2稳定性判据

10.2.1多旋翼的稳定性

10.2.2稳定性的一些结果

10.3可控性基本概念

10.3.1经典可控性

10.3.2正可控性

10.4多旋翼的可控性

10.4.1多旋翼模型建立

10.4.2经典可控性

10.4.3正可控性分析

10.4.4多旋翼系统可控性

10.4.5进一步说明

10.5附录：引理10.1的证明

本章小结

习题10

参考文献

第11章 底层飞行控制

11.1多旋翼底层飞行控制框架

11.2简化的线性模型

11.3位置控制

11.3.1基本概念

11.3.2欧拉角作为输出

11.3.3旋转矩阵作为输出

11.4姿态控制

11.4.1基本概念

11.4.2基于欧拉角的姿态控制

11.4.3基于旋转矩阵的姿态控制

11.4.4鲁棒姿态控制

11.5控制分配

11.5.1基本概念

11.5.2控制分配在自驾仪中的实现

11.6电机控制

11.6.1闭环控制

11.6.2开环控制

11.7综合仿真

11.7.1控制目标和系统参数设置

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

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

11.7.4鲁棒姿态控制

本章小结

习题11

参考文献

第12章 基于半自主自驾仪的位置控制

12.1问题描述

12.1.1带有半自主自驾仪的多旋翼控制结构

12.1.2三通道模型

12.1.3位置控制的目标

12.2系统辨识

12.2.1系统辨识步骤和工具

12.2.2系统辨识中用到的模型

12.3位置控制器的设计

12.3.1 PID控制器

12.3.2基于加性输出分解的动态逆控制器

12.4仿真

12.4.1系统辨识

12.4.2控制

12.4.3跟踪性能对比

本章小结

习题12

参考文献

第五篇 决策篇

第13章 任务决策

13.1全自主控制

13.1.1总体介绍

13.1.2任务规划

13.1.3路径规划

13.2半自主控制

13.2.1半自主控制的三种模式

13.2.2遥控

13.2.3自动控制

13.2.4遥控和自动控制间的切换逻辑

本章小结

习题13

参考文献

第14章 健康评估和失效保护

14.1决策的目的和意义

14.2安全问题

14.2.1通信故障

14.2.2传感器失效

14.2.3动力系统异常

14.3健康评估

14.3.1飞行前健康检查

14.3.2飞行中健康监测

14.4失效保护建议

14.4.1通信失效保护

14.4.2传感器失效保护

14.4.3动力系统失效保护

14.5半自主自驾仪安全逻辑设计

14.5.1需求描述

14.5.2多旋翼状态和飞行模式定义

14.5.3事件定义

14.5.4自驾仪逻辑设计

本章小结

习题14

参考文献

第15章 展望

15.1相关技术发展

15.1.1动力技术

15.1.2导航技术

15.1.3交互技术

15.1.4通信技术

15.1.5芯片技术

15.1.6软件平台技术

15.1.7空中交通管理技术

15.1.8小结

15.2需求和技术创新方向

15.2.1创新层面

15.2.2应用创新

15.2.3性能创新

15.3分析

15.3.1风险

15.3.2建议

15.4机遇和挑战

15.4.1机遇

15.4.2挑战

参考文献

附录A 中英文专业词汇对照表