{正版现货新书} 四旋翼飞行器飞行控制系统设计与数学仿真 9787122483355 徐军，杜曼曼，张卫忠编著

第1章 多旋翼飞行器现状、发展及本书内容

第2章 四旋翼飞行器基本组成、原理和性能计算

2.1 飞行器的基本组成

2.2 气动布局特点

2.3 产生升力的方法

2.4 产生力矩的方法

2.5 力、力矩及运动变量在参考坐标系中的表示

2.6 姿态运动和操纵原理

2.7 轨迹运动和操纵原理

2.8 基本性能计算

2.8.1 悬停性能

2.8.2 垂直飞行性能

2.8.3 前飞性能

2.9 四旋翼飞行器性能计算实例

2.9.1 四旋翼飞行器的有关数据

2.9.2 悬停性能计算

2.9.3 垂直飞行性能计算

2.9.4 前飞性能计算

2.9.5 性能数据分析和应用

第3章 刚体运动方程

3.1 建立运动方程的意义、假设和方法

3.2 四旋翼飞行器所受力和力矩

3.2.1 升力

3.2.2 阻力

3.2.3 力矩

3.3 悬停运动方程

3.3.1 机体坐标系下的力方程

3.3.2 机体坐标系下的力矩方程

3.3.3 运动学方程

3.3.4 几何关系方程

3.4 垂直运动方程

3.5 前飞运动方程

3.5.1 速度坐标系下的力方程

3.5.2 机体坐标系下的力矩方程

3.5.3 运动学方程

3.5.4 几何关系方程

第4章 平衡运动特性

4.1 悬停平衡特性

4.1.1 平衡运动表示和方程

4.1.2 平衡运动条件和性质

4.2 垂直运动平衡特性

4.2.1 平衡运动表示及方程

4.2.2 平衡运动条件和性质

4.3 前飞运动平衡特性

4.3.1 平衡运动表示及方程

4.3.2 前飞速度条件和性质

4.4 前飞纵向机动性

4.4.1 机动性和意义

4.4.2 纵向机动性运动描述和静操纵性

第5章 小扰动线性化运动方程和传递函数

5.1 小扰动线性化运动方程的建立方法、意义和条件

5.2 基准运动和小扰动运动的解耦

5.3 悬停小扰动线性化方程和传递函数

5.3.1 基准运动方程

5.3.2 小扰动线性化方程的推导

5.3.3 小扰动运动的状态方程

5.3.4 小扰动运动的传递函数

5.4 垂直运动小扰动线性化方程和传递函数

5.4.1 基准运动方程

5.4.2 小扰动线性化方程的推导

5.4.3 小扰动运动的状态方程

5.4.4 小扰动运动的传递函数

5.5 前飞小扰动线性化方程和传递函数

5.5.1 基准运动方程

5.5.2 小扰动线性化方程的推导

5.5.3 小扰动运动的状态方程

5.5.4 小扰动运动的传递函数

5.6 运动稳定性和操纵性

5.6.1 一些共性问题的讨论

5.6.2 悬停稳定性和操纵性

5.6.3 垂直运动稳定性和操纵性

5.6.4 前飞稳定性和操纵性

第6章 姿态角控制

6.1 一般性问题讨论

6.1.1 姿态角速度动力学响应模型

6.1.2 姿态角速度控制系统的控制律结构

6.1.3 确定姿态角速度控制律初始参数的方法

6.1.4 姿态角控制系统及控制律参数设计

6.1.5 姿态角控制系统的工程实施问题

6.2 俯仰角控制系统

6.2.1 俯仰角控制系统和控制律

6.2.2 俯仰角控制系统对阶跃输入的响应特性

6.2.3 俯仰角控制系统的控制指令分配

6.3 滚转角和航向角控制系统

6.4 不同飞行状态下姿态控制问题

第7章 垂直速度和高度控制

7.1 垂直速度控制系统

7.1.1 垂直速度控制

7.1.2 垂直运动数学模型和控制律及参数确定方法

7.1.3 输出控制分配

7.1.4 垂直速度控制律的工程实现

7.2 高度保持控制系统

7.2.1 高度保持控制

7.2.2 控制律设计和参数确定方法

7.3 高度预选控制

7.3.1 高度预选控制问题

7.3.2 高度预选控制的实现方法

7.4 设计与仿真实例：垂直速度和高度控制系统

7.4.1 垂直飞行运动方程

7.4.2 垂直速度控制系统设计与数学仿真

第8章 前飞及协调转弯和高度控制

8.1 前飞及协调转弯控制问题

8.2 实现协调转弯的条件

8.3 协调转弯运动数学模型

8.4 协调转弯的实现和侧滑角控制系统设计

8.5 侧滑角的测量

8.6 输出控制分配

8.7 高度控制问题

8.8 设计与仿真实例：前飞控制系统

8.8.1 姿态控制系统设计

8.8.2 高度控制系统设计

8.8.3 横侧向轨迹控制系统设计

8.8.4 数学仿真设计

8.8.5 数学仿真过程及结果分析

第9章 横侧向轨迹控制

9.1 横侧向轨迹控制和运动学模型

9.1.1 横侧向轨迹控制问题

9.1.2 横侧向轨迹运动学模型

9.2 用协调转弯对横侧向轨迹进行控制

9.3 用滚转角控制对横侧向轨迹进行控制

第10章 悬停控制

10.1 悬停控制问题和实现方法

10.2 基于姿态角控制系统的悬停控制

10.3 使用位移速度控制系统的悬停控制

10.4 在确定位置处的悬停控制

10.5 设计与仿真实例：悬停控制系统

10.5.1 基于姿态控制的悬停控制系统设计与数学仿真

10.5.2 基于速度控制的悬停控制系统设计与数学仿真

参考文献183

附录:

实例四旋翼飞行器数据和运动方程

第1章多旋翼飞行器现状、发展及本书内容

近二十年来，多旋翼无人飞行器(以下简称多旋翼飞行器)得到了极大的发展01-12]:从最初仅用于科学研究的工具和玩具，到目前已经在军用和民用航空领域得到了广泛的应用;从微小型的无人飞行器到今天大型可载人的有人驾驶飞行器。这表明多旋翼飞行器在技术和市场上取得了成功，

多旋翼飞行器的历史可以追溯到1907年，法国人布雷盖制造了第一架四旋翼飞行器，但直到20世纪50年代中期，四旋翼飞行器才真正实现了空中飞行[9]。其后虽然继续进行了研制，但由于当时的技术能力限制，多旋翼飞行器研制的经济性并不如单旋翼的直升机那样好，再加上单旋翼直升机执行任务的能力也完全能替代多旋翼飞行器，因此在这之后，多旋翼飞行器的技术方案基本被放弃了，并很少被关注。

直到20世纪90年代，由于微机电技术、无刷电机、大规模集成电路及高能量密度电池技术取得了长足进步，因此基于电驱动的多旋翼飞行器开始得到新的重视，并首先应用于玩具行业。而自2005年以来，由于基于微机电技术的微型惯性传感器开始普及，同时直流无刷电机技术和电子速度调节器的集成化愈发成熟，大量的货架产品降低了多旋翼飞行器的组装技术门槛;同时飞行控制系统软件代码的开源，使得多旋翼飞行器的研制变得容易了;并且由于飞行控制系统使得多旋翼飞行器的操纵变得简单，因此大量的微小型多旋翼飞行器快速进人市场，并得到了充分的普及。

从目前已有的产品上来看，多旋翼飞行器的起飞质量从几十克一直到几百千克级甚至吨级7.8]，旋翼的个数从四个一直到八个甚至更多，而且随着起飞质量的提高，旋翼的直径也在增加;并且旋翼一般都采用定距螺旋桨，同时由于进入了民用市场，相关的适航规范也被制订并发布。可以说，多旋翼飞行器在目前已经进入了一个新的阶段，也就是向着大型化发展。

必须看到，当前采用电池作为动力能源的多旋翼飞行器有着固有的技术瓶颈:一是电池的能量密度较低，导致飞行时间和飞行半径受限，有效载荷较小二是旋翼桨盘面积小，其载荷比较大，从而飞行时单位起飞质量的需用功率较大，且旋翼