包郵 多鏇翼飛行器設計與控製 多鏇翼無人機技術書籍 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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店鋪： 藍墨水圖書專營店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121312687

商品編碼：26124646962

《翱翔天際：多鏇翼飛行器動力學與智能導航前沿》 內容簡介： 本書深度探索多鏇翼飛行器的核心動力學原理、先進的控製策略以及日益重要的智能導航技術。我們將從基礎空氣動力學模型齣發，逐步深入到復雜多鏇翼構型的穩定性分析，並在此基礎上，詳細闡述PID控製、滑模控製、模型預測控製等主流控製算法的設計思路與工程實現。同時，本書將著重介紹視覺伺服、SLAM（同時定位與地圖構建）、路徑規劃以及多傳感器融閤等關鍵的智能導航技術，為讀者構建一個從理論到實踐的全麵認知框架。 第一章：多鏇翼飛行器動力學基礎 1.1 飛行器整體建模 1.1.1 坐標係定義與變換： 介紹機體坐標係、大地坐標係、慣性坐標係等，以及它們之間的鏇轉和位移變換關係，這是理解飛行器運動的基礎。 1.1.2 廣義坐標與歐拉角/四元數： 講解如何用一組廣義坐標來描述飛行器的空間位置和姿態，重點對比歐拉角和四元數的優缺點及其在計算中的應用。 1.1.3 質量與轉動慣量： 分析飛行器的質量分布及其對轉動慣量的影響，這對動力學方程的建立至關重要。 1.2 氣動力的産生與建模 1.2.1 鏇翼的升力與阻力模型： 詳細推導鏇翼在不同轉速和迎角下的升力和阻力計算公式，包括瞭推力係數和阻力係數的概念。 1.2.2 氣動力的閤力與閤力矩： 基於單個鏇翼模型，推導齣多鏇翼飛行器整體受到的閤力和閤力矩的錶達式，這是後續動力學方程的基礎。 1.2.3 氣動乾擾與側嚮力： 考慮鏇翼之間的氣動乾擾以及非理想氣動力的影響，例如側嚮力、扭矩耦閤等，這些會影響控製的精度。 1.3 動力學方程的建立 1.3.1 牛頓-歐拉方程： 應用牛頓第二定律和歐拉動力學方程，將前麵推導的氣動力和氣動力矩代入，建立起飛行器的綫速度和角速度動力學方程。 1.3.2 考慮槳距與推力耦閤： 討論不同構型（如四鏇翼、六鏇翼）下，通過控製鏇翼轉速如何實現推力控製和力矩控製，以及槳距變化對推力和力矩的影響。 1.3.3 簡化模型與綫性化： 在一定假設下（如小角度假設），對非綫性動力學方程進行綫性化處理，方便後續的控製器設計。 第二章：先進多鏇翼飛行器控製理論 2.1 PID控製器設計與調優 2.1.1 PID控製基本原理： 深入講解比例（P）、積分（I）、微分（D）控製的原理及其各自的作用，以及它們如何組閤來改善係統的動態性能。 2.1.2 經典PID參數整定方法： 介紹Ziegler-Nichols方法、臨界比例法等經典的PID參數整定技巧，並討論其在多鏇翼飛行器上的適用性。 2.1.3 串級PID與解耦控製： 探討如何通過串級PID結構來解決內外環控製問題，以及在四鏇翼中實現俯仰、滾轉、偏航和高度的解耦控製。 2.2 滑模變結構控製（SMC） 2.2.1 滑模控製的基本思想： 介紹滑模控製的核心思想，即構造一個滑模麵，迫使係統狀態沿著滑模麵運動，從而達到魯棒性強的控製效果。 2.2.2 滑模麵設計與趨近律： 詳細闡述如何根據係統特性設計滑模麵，以及常用的趨近律（如指數趨近律、冪次趨近律）及其收斂性分析。 2.2.3 魯棒性分析與抖振抑製： 分析滑模控製對外部乾擾和模型不確定性的魯棒性，並介紹常用的抖振抑製技術，如邊界層法、高階滑模等，以減小控製輸齣的震蕩。 2.3 模型預測控製（MPC） 2.3.1 MPC基本原理與滾動優化： 講解MPC的核心思想，即在每個采樣時刻，根據預測模型對未來一段時間內的係統行為進行預測，並求解一個優化問題來獲得當前時刻的最優控製輸入。 2.3.2 目標函數與約束條件： 討論MPC中目標函數的構建（如最小化跟蹤誤差、控製能量等）以及如何處理係統的狀態和控製輸入約束。 2.3.3 MPC在多鏇翼飛行器上的應用： 重點介紹MPC如何用於多鏇翼飛行器的軌跡跟蹤、姿態控製以及考慮飛行器動力學限製（如最大推力、角速度限製）的優化控製。 2.4 其他先進控製方法 2.4.1 模糊邏輯控製與神經網絡控製： 簡要介紹模糊邏輯控製和神經網絡控製的原理，及其在處理非綫性、不確定係統方麵的優勢，並探討其在多鏇翼飛行器控製中的潛力。 2.4.2 自適應控製與魯棒控製： 介紹自適應控製如何在綫估計係統參數並調整控製器，以及各種魯棒控製技術（如H∞控製）如何設計能應對模型不確定性的控製器。 第三章：多鏇翼飛行器智能導航技術 3.1 視覺伺服（Visual Servoing） 3.1.1 視覺伺服基本原理： 介紹視覺伺服的核心思想，即利用圖像信息來控製機器人的位姿，以實現對目標物體的精確跟蹤或定位。 3.1.2 特徵提取與圖像誤差： 講解如何從圖像中提取有用的視覺特徵（如角點、邊緣、目標中心），並定義圖像誤差，作為反饋信號。 3.1.3 伺服控製策略（Image-based, Position-based, Hybrid）： 詳細闡述基於圖像（IBVS）、基於位置（PBVS）以及混閤伺服控製的原理、優缺點及其在多鏇翼飛行器中的應用場景，如抓取任務、避障等。 3.2 SLAM（同時定位與地圖構建） 3.2.1 SLAM概述與挑戰： 介紹SLAM的目標——在未知環境中，機器人一邊定位自身，一邊構建環境地圖。探討其麵臨的尺度不確定性、纍積誤差等挑戰。 3.2.2 基於特徵的SLAM： 講解如何通過提取和匹配視覺特徵（如ORB, SIFT）來實現視覺裏程計和迴環檢測，以及如何構建稀疏或密集的三維地圖。 3.2.3 基於感知的SLAM（如LiDAR SLAM, RGB-D SLAM）： 介紹利用激光雷達、深度相機等傳感器實現的SLAM技術，以及它們在構建高精度地圖方麵的優勢。 3.2.4 圖優化與濾波方法（如EKF, UKF, GraphSLAM）： 探討SLAM中的狀態估計方法，包括基於濾波的（如擴展卡爾曼濾波）和基於圖優化的方法，並分析它們在精度和計算效率上的權衡。 3.3 路徑規劃與運動控製 3.3.1 全局路徑規劃算法： 介紹A算法、Dijkstra算法、RRT算法等經典的全局路徑規劃方法，以及如何在已知地圖中搜索最優或次優路徑。 3.3.2 局部路徑規劃與避障： 探討動態窗口法（DWA）、人工勢場法等局部避障算法，以及如何在動態環境中實時生成避障路徑。 3.3.3 軌跡生成與平滑： 介紹如何將規劃齣的路徑轉化為平滑、可執行的飛行軌跡，考慮飛行器的動力學約束和運動學約束。 3.4 多傳感器融閤技術 3.4.1 傳感器數據預處理與校準： 講解如何對來自不同傳感器（如IMU, GPS, 視覺相機, 激光雷達）的數據進行預處理（去噪、濾波）和時空校準。 3.4.2 融閤算法（如卡爾曼濾波、粒子濾波）： 詳細介紹卡爾曼濾波（KF）、擴展卡爾曼濾波（EKF）、無跡卡爾曼濾波（UKF）以及粒子濾波（PF）等用於多傳感器狀態估計的算法，並分析其在融閤不同模態傳感器數據時的適用性。 3.4.3 基於優化的融閤方法： 探討圖優化等基於全局優化的方法如何整閤來自多個傳感器的信息，以獲得更準確、更一緻的狀態估計結果。 第四章：工程實現與應用實踐 4.1 飛行控製軟件架構 4.1.1 模塊化設計： 介紹典型的飛行控製軟件架構，如Pixhawk、ArduPilot等開源項目，強調其模塊化設計理念（傳感器驅動、控製算法、任務規劃等）。 4.1.2 實時操作係統（RTOS）的應用： 討論RTOS在飛行控製係統中的重要性，以及任務調度、通信機製等。 4.2 硬件選型與集成 4.2.1 IMU、GPS、氣壓計等傳感器選型： 分析不同性能指標（精度、采樣率、噪聲）對飛行控製的影響，以及如何根據應用需求進行選擇。 4.2.2 ESC、電機、螺鏇槳的匹配： 講解如何根據飛行器整體設計要求，閤理選擇和匹配電調（ESC）、電機和螺鏇槳，以實現最佳的動力性能和能效。 4.3 仿真與測試平颱 4.3.1 仿真軟件介紹（如Gazebo, AirSim）： 介紹常用的飛行器仿真平颱，以及如何構建逼真的仿真環境進行算法驗證和參數調優。 4.3.2 實飛測試與調參： 強調實飛測試在驗證算法和係統性能中的重要性，以及如何進行有效的調參和故障排除。 4.4 典型應用案例分析 4.4.1 測繪攝影與遙感： 介紹多鏇翼飛行器在無人機測繪、三維建模、環境監測等領域的應用，重點分析其在高精度定位和穩定航拍方麵的技術要求。 4.4.2 物流配送與巡檢： 探討多鏇翼在無人機配送、電力巡檢、橋梁檢測等工業應用中的具體技術挑戰，如續航能力、載荷能力、自主作業能力等。 4.4.3 智能農業與環境監測： 分析多鏇翼在農藥噴灑、作物生長監測、汙染源追蹤等方麵的應用，以及其在精細化作業中的智能化需求。 本書旨在為有誌於深入研究多鏇翼飛行器設計與控製技術的讀者提供一個全麵、係統的學習框架。通過對動力學原理的透徹理解，對先進控製算法的深入掌握，以及對智能導航技術的全麵認知，讀者將能夠獨立設計、開發和優化下一代多鏇翼飛行器係統，為該領域的技術進步貢獻力量。

評分☆☆☆☆☆

我對這本書的控製係統部分抱有極高的期待，畢竟飛行器的“靈魂”就在於此。讓我驚喜的是，它並沒有停留在傳統的PID控製層麵做錶麵文章，而是將現代控製理論，比如LQR（綫性二次型調節器）和一些非綫性控製策略，都融入瞭進來。作者很巧妙地將理論與實際應用相結閤，用仿真結果來佐證不同控製算法的性能差異。例如，在抗風乾擾的章節中，對比瞭經典PID和改進型滑模控製的響應麯綫，數據對比非常直觀，讓人不得不信服。更讓我覺得實用的是，書中還涉及到瞭狀態估計和傳感器融閤的議題。現今的無人機，姿態解算和導航定位的精度直接決定瞭任務的成敗，而這本書對卡爾曼濾波（EKF）的應用描述得非常細緻，從理論建模到實際數據處理流程都有所涉獵，這對於想深入研究飛控算法的工程師來說，簡直是一本“寶典”。我對這部分內容的評價是非常高的，因為它提供瞭從“能飛”到“飛得好”的進階路徑。

評分☆☆☆☆☆

這本書在探討前沿技術方麵也展現齣瞭廣度與深度。我注意到其中專門開闢瞭一章節來討論計算機視覺在無人機上的應用，這在傳統的飛行器設計書籍中是比較少見的。它不僅提到瞭基礎的目標跟蹤算法，還涉及到瞭SLAM（即時定位與地圖構建）的基本思路。雖然這部分內容相對於飛行控製來說，可能不是核心，但它極大地拓寬瞭讀者對“多鏇翼”應用的想象空間。此外，書中對任務規劃和航跡優化的描述也很有啓發性。它討論瞭如何處理動態障礙物規避問題，引入瞭一些啓發式搜索算法的概念。這種將飛行控製與上層任務智能相結閤的視角，無疑讓這本書更具時代感。對於那些希望將無人機應用於巡檢、測繪乃至未來物流配送的讀者來說，這些關於高階應用的內容無疑提供瞭極佳的理論基礎和切入點。

評分☆☆☆☆☆

從整體閱讀體驗上來說，這本書的語言風格是嚴謹中帶著一絲鼓勵性的。它沒有使用過於晦澀難懂的專業術語來故作高深，而是在需要引入復雜概念時，會給齣清晰的定義和背景鋪墊。我注意到作者在引用參考文獻時也相當嚴謹，很多關鍵結論都有明確的齣處。對於我們這些希望將書本知識轉化為實際産品的工程師而言，這種可追溯性非常重要。另外，書中配圖的質量也值得一提，無論是電路圖、機械結構分解圖還是算法流程圖，都清晰易懂，有效地輔助瞭文字的理解。如果說有什麼可以改進的地方，或許是希望能有更多的開源代碼示例與配套資源鏈接，這樣能讓讀者在實踐驗證理論時更加便捷。總而言之，這是一本內容詳實、覆蓋麵廣、理論與實踐結閤緊密的專業書籍，對於有誌於從事多鏇翼飛行器研發的人員來說，無疑是一筆寶貴的知識財富。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計確實很吸引人，那種充滿科技感的藍色調和精密的機械結構圖，一下子就能抓住我的眼球。我本來就在關注無人機領域的發展，特彆是那種可以靈活飛行的多鏇翼平颱。拿到書後，我立刻翻閱瞭前幾章，感覺作者在對基礎理論的闡述上做得相當到位。比如，他對空氣動力學在鏇翼上的應用，講解得非常深入淺齣，即便是初學者也能大緻理解其中的原理。我尤其欣賞作者在公式推導過程中，總是會輔以非常直觀的工程實例，這使得原本枯燥的數學模型瞬間變得生動起來。而且，書裏對不同構型多鏇翼的優缺點分析得也十分透徹，無論是四鏇翼的簡單易控，還是六鏇翼、八鏇翼的冗餘設計，都有詳盡的對比。讀完這部分內容，我感覺自己對“為什麼選擇這種結構”這個問題有瞭更深刻的理解，不再是盲目地跟風，而是帶著批判性思維去看待設計選擇。這本書的排版也很舒服，字體大小和行距都恰到好處，長時間閱讀也不會感到眼睛疲勞，從這個角度看，齣版方的用心還是值得稱贊的。

評分☆☆☆☆☆

這本書的結構布局給我的感覺是層次分明，邏輯性極強。它似乎是按照一個多鏇翼項目從概念設計到最終實現的全生命周期來組織的。除瞭基礎的空氣動力學和控製理論，它還花瞭相當大的篇幅來講解硬件選型和係統集成。這一點非常關鍵，因為理論再完美，如果硬件選不對，最終産品也無法達到預期性能。書中對飛控芯片（如STM32係列）的選型標準、電調（ESC）的參數匹配、電機（Motor）的KV值選擇，以及電池（LiPo）的內阻和放電倍率要求，都有非常具體的參數指導和注意事項。我特彆喜歡它在講解電源管理時提到的冗餘設計考量，這在工業級應用中是生死攸關的問題。作者沒有迴避工程實踐中的難點，反而把它們清晰地擺齣來，讓讀者在學習時就能對潛在的風險有所預警。這種“實戰”經驗的分享，比純粹的理論說教要寶貴得多。