多旋翼無人機系統(tǒng)與應用

第1章　緒論　/1
　參考文獻　/2

第2章　多旋翼無人機的飛行原理與動力學建模　/4
　2.1　多旋翼無人機的飛行原理　/4
　2.2　多旋翼無人機的動力學建?！?5
　　　2.2.1　坐標及坐標轉換關系　/5
　　　2.2.2　多旋翼無人機動力學方程　/7
　　　2.2.3　多旋翼無人機運動學方程　/9
　　　2.2.4　多旋翼無人機控制關系方程　/10
　　　2.2.5　多旋翼無人機運動方程組　/12
　　　2.2.6　多旋翼無人機的機動性能分析　/13
　2.3　多旋翼無人機穩(wěn)定飛行基本條件　/17
　　　2.3.1　無人機硬件可靠性　/17
　　　2.3.2　無人機軟件可靠性　/18
　參考文獻　/19

第3章　多旋翼無人機系統(tǒng)構成與實現(xiàn)　/20
　3.1　執(zhí)行單元　/20
　　　3.1.1　螺旋槳　/20
　　　3.1.2　電機與電調　/20
　3.2　飛行控制系統(tǒng)　/21
　3.3　地面站系統(tǒng)　/23
　3.4　導航系統(tǒng)　/25
　3.5　測控鏈路　/26
　　　3.5.1　長距離遙控遙測裝置　/26
　　　3.5.2　高清無線數(shù)字視頻發(fā)射機　/26
　　　3.5.3　手持高清無線視頻接收機　/28
　3.6　多旋翼無人機系統(tǒng)自主控制體系結構　/29
　參考文獻　/30

第4章　多旋翼無人機空氣動力學　/32
　4.1　概述　/32
　4.2　低雷諾數(shù)下的多旋翼系統(tǒng)　/33
　　　4.2.1　考慮空氣黏度的旋翼氣動理論計算　/33
　　　4.2.2　考慮旋翼間干擾的多旋翼系統(tǒng)　/36
　　　4.2.3　黏性效應和翼間干擾的影響　/40
　4.3　數(shù)值模擬方法及驗證　/40
　　　4.3.1　旋翼數(shù)值模擬方法　/41
　　　4.3.2　單旋翼數(shù)值模擬　/46
　　　4.3.3　單旋翼實驗驗證　/49
　4.4　共軸雙旋翼單元氣動特性分析　/53
　4.5　非平面式雙旋翼單元氣動特性分析　/64
　　　4.5.1　非平面雙旋翼實驗研究　/64
　　　4.5.2　非平面雙旋翼氣動特性數(shù)值模擬　/75
　4.6　非平面式雙旋翼單元來流實驗研究　/84
　　　4.6.1　實驗設計　/84
　　　4.6.2　非平面旋翼實驗結果分析　/85
　參考文獻　/98

第5章　多旋翼無人機導航信息融合　/100
　5.1　引言　/100
　5.2　傳感器特性分析與數(shù)據預處理　/101
　　　5.2.1　傳感器介紹與特性分析　/101
　　　5.2.2　傳感器誤差分析與校正　/104
　5.3　多旋翼無人機姿態(tài)信息融合　/116
　　　5.3.1　非線性姿態(tài)角信息融合系統(tǒng)建模　/117
　　　5.3.2　姿態(tài)信息融合算法設計　/118
　　　5.3.3　姿態(tài)信息融合實驗與分析　/121
　5.4　多旋翼無人機位置、速度信息融合　/124
　　　5.4.1　水平方向速度和位置信息融合　/125
　　　5.4.2　垂直方向速度和位置信息融合　/127
　5.5　低成本組合導航傳感器特性分析與預處理　/131
　　　5.5.1　組合導航傳感器特性分析　/132
　　　5.5.2　INS誤差源分析及預處理　/135
　　　5.5.3　磁力計/氣壓高度計/GNSS誤差建模和預處理　/141
　5.6　低成本組合導航信息融合　/144
　　　5.6.1　組合導航信息算法選定　/145
　　　5.6.2　高維數(shù)EKF算法設計　/147
　　　5.6.3　組合導航EKF初始對準及方差自適應整定　/155
　　　5.6.4　EKF-CPF動態(tài)容錯算法　/159
　　　5.6.5　組合導航EKF-CPF仿真設計與驗證　/161
　　　5.6.6　組合導航EKF-CPF算法實測分析　/171
　5.7　多旋翼無人機狀態(tài)感知　/174
　參考文獻　/178

第6章　多旋翼無人機姿態(tài)穩(wěn)定與航跡跟蹤控制　/180
　6.1　概述　/180
　6.2　多旋翼無人機姿態(tài)穩(wěn)定控制器設計與實驗　/180
　　　6.2.1　多旋翼無人機姿態(tài)穩(wěn)定控制模型　/181
　　　6.2.2　自適應徑向基神經網絡的反步滑模姿態(tài)穩(wěn)定控制器設計　/182
　　　6.2.3　自適應徑向基神經網絡的反步滑模姿態(tài)穩(wěn)定控制仿真驗證　/187
　6.3　多旋翼無人機航跡跟蹤控制器設計與實驗　/192
　　　6.3.1　自抗擾航跡跟蹤控制器　/192
　　　6.3.2　線性自抗擾航跡跟蹤控制器　/197
　　　6.3.3　傾斜轉彎模式自主軌跡跟蹤控制器　/204
　6.4　多旋翼無人機姿態(tài)抗飽和控制器設計與實驗　/210
　　　6.4.1　無人機偏航靜態(tài)抗飽和控制　/211
　　　6.4.2　無人機偏航抗積分飽和控制　/216
　參考文獻　/229

第7章　多旋翼無人機的故障容錯控制　/232
　7.1　概述　/232
　7.2　多旋翼無人機執(zhí)行單元的故障模型　/233
　　　7.2.1　直流電動機的數(shù)學模型　/233
　　　7.2.2　驅動電路板故障　/237
　　　7.2.3　旋翼的升力模型　/241
　　　7.2.4　執(zhí)行單元升力故障模型　/248
　7.3　十二旋翼無人機增益型故障容錯控制　/249
　　　7.3.1　增益型故障情況下十二旋翼無人機的數(shù)學模型　/249
　　　7.3.2　十二旋翼無人機增益型故障檢測算法設計　/250
　　　7.3.3　多旋翼無人機增益型故障重構容錯控制器設計　/252
　　　7.3.4　十二旋翼無人機增益型故障容錯控制仿真實驗　/255
　　　7.3.5　對比四旋翼無人機增益型故障容錯控制　/259
　7.4　十二旋翼無人機執(zhí)行單元失效型故障容錯控制　/262
　　　7.4.1　四旋翼無人機故障下的動力學特性　/263
　　　7.4.2　十二旋翼無人機的失效型故障下的動力學分析　/264
　　　7.4.3　十二旋翼無人機失效型故障的故障檢測算法　/266
　　　7.4.4　十二旋翼無人機失效型故障容錯控制仿真實驗　/267
　7.5　六旋翼無人機容錯控制　/268
　　　7.5.1　執(zhí)行單元故障檢測與診斷系統(tǒng)　/268
　　　7.5.2　基于最優(yōu)分類面的故障診斷算法　/270
　　　7.5.3　基于擴展卡爾曼濾波算法的故障觀測器　/273
　　　7.5.4　自重構控制算法　/281
　參考文獻　/287

第8章　多旋翼無人機載荷系統(tǒng)　/289
　8.1　光電載荷云臺設計　/289
　　　8.1.1　光電載荷云臺　/289
　　　8.1.2　光電載荷云臺靜力學分析　/289
　　　8.1.3　光電載荷云臺振動分析　/291
　　　8.1.4　光電載荷云臺結構優(yōu)化　/294
　　　8.1.5　光電載荷云臺控制系統(tǒng)設計　/297
　　　8.1.6　光電載荷云臺復合補償控制方法　/302
　　　8.1.7　系統(tǒng)設計與實驗分析　/326
　8.2　生物制劑投放裝置設計　/340
　8.3　農藥噴灑裝置設計　/341
　參考文獻　/343

第9章　多旋翼無人機應用示范　/345
　9.1　生物防治應用　/345
　　　9.1.1　基于多旋翼無人機的智能投放系統(tǒng)應用示范　/345
　　　9.1.2　基于多旋翼無人機的智能投放系統(tǒng)標準化操作流程　/348
　9.2　精準農業(yè)應用　/349
　　　9.2.1　多旋翼無人機光譜遙感系統(tǒng)　/350
　　　9.2.2　水稻氮元素光譜實驗分析　/351
　　　9.2.3　水稻葉片信息獲取與分析　/355
　　　9.2.4　基于多旋翼無人機的遙感數(shù)據采集系統(tǒng)標準化操作流程　/358
　參考文獻　/359

索引　/360