无人驾驶旋翼飞行器系统

《无人驾驶旋翼飞行器系统》是来自2012年清华大学出版社出版的一部360百科图书，ISBN:9787302293880，其定维与价35.00元。

• 书名 无人驾驶旋翼飞行器系统
• 出版社 清华大学出版社
• 出版时间 2012年7月
• 页数 203 页
• 定价 35 元

内容

　　小型旋翼飞行器，如航模直升机，其飞行动力学特性与同类大型飞行器相似，但却拥有其自身独有的特性，如装配稳定杆、旋翼刚性大和内嵌偏航角速率反馈控制等。除此之外，有限来自的载荷量也增加了从小型旋翼飞行器升级成全功能无人飞行器的难度。根据其各种特性与限制，我们需要精心设计一套重量轻且有效的机载系统，配备相应的机载与地面站软件，以满足系统辨识和自动飞行的需蛋之胡镇雨味此计施求。

主要研究

　　《无人驾驶旋翼飞行器系统》将详细讨论这些问题。本专著还突出强调了基于视觉的地面目标跟踪、协同控制和多机编队飞行等技术的研究。

目录

　　中英文术语对照表

　　英文缩略语英文全称中文全称

　　A/DAnalog胶武划去序toDigital模/数转换

　　AHRSAttitudeandHeadingReferenceSystem航姿参考系统

　　AoAAngleofAttack攻角

　　CAMCA器镇正似士Merasoftwaremodule摄像机软件模块

　　CAMSHIFT来自ContinuouslyAdaptiveMeanSHIFT连续自适应均值漂移

　　CCDChargeCoupledDevice电荷耦合器件

　　CEPCircularErrorProbable圆概率误差

　　CFCompactFl360百科ash紧凑型闪存

　　所品难CGCenterofGravity重心

　　CI接免演振究FERComprehensiveIdentificationfromFrEquencyResponses频域综合辨识软件

　　CMOSComplementaryMetalOxideSemic读onductor互补对称穿金属氧化物半导体

　　CMMCoMMunicationsoftwaremodule通信软件模块

　　CORBACommonObjectRequestBrokerArchitecture通用对象需求代理结构

　　CPUCentralProcessingUnit中央处理单元

　　果他击数其倒CTLConTroLsoftwaremodule控制软件模块

　　D/ADigitaltoAnalog数/模转换

　　DAQDataAcQuisition数据采集软件模块

　　DARPADefenseAdvancedResearchPr张查龙米夜ojectsAgency美国国防部高级研究计划局

　　DCDirectCurrent直流

　　DGP气益SDifferenti料绿容施雨alGlobalPositi树着阳信父色够权统款货oningSystem差分诗检全球定位系统

　　DLGDataLoGgingsoftwaremodule数据记录软件模块

　　DoFD乐氢超士陆果奏egreeofFreedom自由度

　　DSPDigitalSignal断消货队四古妈方画节担Processing数字信号处理

　　ECEFEarthCenteredEa写点rthFixed矛地心固定坐标系统

　　EK脱振解施FExtendedKalmanFilter扩展卡尔曼滤波器

　　EMIElectroMagneticInterference电磁干扰

　　FPSFramesPerSecond帧/秒

　　GCSGroundCon干trolStation地面控制站

　　GPSGlobalPositioningSystem全球定位系统

　　GUIGraphicalUserInterface图形用户界面

　　HITLHardwareInTheLoopsimulation硬件在回路仿真

　　HSVHue,Saturation,Valuecolorspace色调/饱和度/灰度色彩空间

　　续表

　　英文缩略语英文全称中文全称

　　IMGIMaGesoftwaremodule图像处理软件模块

　　IMUInertialMeasurementUnit惯性测量单元

　　INSInertialNavigationSystem惯性导航系统

　　I/OInput/Outputport输入/输出端口

　　JPEGJointPhotographicExpertsGroup联合图像专家组

　　LiPoLithiumPolymerbattery锂聚合物电池

　　LMMLightweightMultiroleMissile轻量级多用途导弹

　　LQRLinearQuadraticRegulator线性二次型调节器

　　MAVMicroAerialVehicle微型飞行器

　　MEMSMicroElectronicMechanicalSystem微机电系统

　　MFCMicrosoftFoundationClass微软基础类

　　MIMOMultiInput/MultiOutput多入多出

　　MTEMissionTaskElement任务基元

　　NANotApplicable不可用

　　NAVNAVigationsoftwaremodule导航软件模块

　　NEDNorthEastDowncoordinatesystem北东地坐标系统

　　NiCdNickelCadmiumbattery镍铬电池

　　NiMhNickelMetalhydridebattery镍氢电池

　　NUSNationalUniversityofSingapore新加坡国立大学

　　OCPOpenControlPlatform开放式控制平台

　　OpenGLOpenGraphicalLibrary开放图形库

　　PCIPeripheralComponentInterconnect外围器件接口

　　PCMPulseCodeModulation脉冲编码调制

　　PDProportionalDerivative比例微分

　　PIDProportionalIntegralDerivative比例积分微分

　　PPMPulsePositionModulation脉冲位置调制

　　RCRadioControlled无线电操控的

　　RFIRadioFrequencyInterference射频干扰

　　RGBRed,Green,Bluecolorspace红/绿/蓝色彩空间

　　RPMRevolutionsPerMinute转/分

　　RPTRobustandPerfectTracking鲁棒与完全跟踪

　　RTKRealTimeKinematic实时运动

　　RTOSRealTimeOperatingSystem实时操作系统

　　SAVSAVesoftwaremodule存储软件模块

　　SBCSingleBoardComputer单板计算机

　　SISOSingleInput/SingleOutput单入单出

　　SVOSerVOsoftwaremodule伺服软件模块

　　TPPTipPathPlane桨尖轨迹平面

　　UAVUnmannedAerialVehicle无人飞行器

　　UKFUnscentedKalmanFilter无迹卡尔曼滤波器

　　VDEVirtualDesignEnvironment虚拟设计环境

　　WGSWorldGeodeticSystem世界地理系统

　　符号表

　　以下列出的是所有与旋翼飞行器飞行动力学建模有关的关键参数符号，同时给出相应的物理描述和单位(如果有)。

　　Abs从bs到as的耦合系数(s-1)

　　Alon从δlon到θcyc,as的连杆增益(rad)

　　as主旋翼桨叶一阶纵向挥舞角(rad)

　　Bas从as到bs的耦合系数(s-1)

　　Blat从δlat到θcyc,bs的连杆增益(rad)

　　bmr主旋翼桨叶数目

　　bs主旋翼桨叶一阶横向挥舞角(rad)

　　btr尾桨桨叶数目

　　CD0主旋翼桨叶阻力系数

　　Clon从δlon到稳定杆纵向桨距角的连杆增益(rad)

　　Clα,hf水平鳍尾的升力曲线斜率(rad-1)

　　Clα,mr主旋翼桨叶的升力曲线斜率(rad-1)

　　Clα,sb稳定杆桨片的升力曲线斜率(rad-1)

　　Clα,tr尾桨桨叶的升力曲线斜率(rad-1)

　　Clα,vf垂直鳍尾的升力曲线斜率(rad-1)

　　cmr主旋翼桨叶弦长(m)

　　cs稳定杆一阶纵向挥舞角(rad)

　　csb稳定杆桨片弦长(m)

　　ctr尾桨桨叶弦长(m)

　　Dhf水平鳍尾在重心后方的位置(m)

　　Dlat从δlat到稳定杆横向桨距角的连杆增益(rad)

　　Dtr尾桨桨毂在重心后方的位置(m)

　　Dvf垂直鳍尾在重心后方的位置(m)

　　ds稳定杆一阶横向挥舞角(rad)

　　emr主旋翼桨叶铰链有效偏置(m)

　　Fb机体轴系描述的气动力合力矢量(N)

　　Fb,g机体轴系描述的重力矢量(N)

　　Hmr主旋翼桨毂在重心上方的位置(m)

　　Htr尾桨桨毂在重心上方的位置(m)

　　Hvf垂直鳍尾在重心上方的位置(m)

　　g本地重力加速度(m/s2)

　　J机体转动惯量矩阵，对角阵，主对角线元素Jxx，Jyy，Jzz(kg·m2)

　　KI偏航角速率反馈控制器的积分增益

　　KP偏航角速率反馈控制器的比例增益

　　Ka偏航角速率反馈控制器的前向增益

　　Kcol从总距舵机偏转角到主旋翼桨叶总距角的增益

　　Kped从尾桨舵机偏转角到尾桨桨叶总距角的增益

　　Ksb从稳定杆挥舞角到主旋翼桨叶周期变距角的增益

　　Kβ主旋翼挥舞运动弹簧常数(N·m)

　　Lmr，Mmr，Nmr主旋翼产生的气动力矩在机体轴系X、Y、Z轴上的分量(N·m)

　　Lvf，Nvf垂直鳍尾产生的气动力矩在机体轴系X、Z轴上的分量(N·m)

　　Ltr，Ntr尾桨产生的气动力矩在机体轴系X、Z轴上的分量(N·m)

　　Mb机体轴系描述的气动力矩合力矩矢量(N·m)

　　Mhf水平鳍尾产生的气动力矩在机体轴系Y轴上的分量(N·m)

　　m无人飞行器总质量(kg)

　　ntr尾桨对主旋翼的变速比

　　p，q，r机体轴系描述的角速率(rad/s)

　　Pc主旋翼爬升功率(W)

　　Pi主旋翼诱导功率(W)

　　Pn本地NED轴系描述的位置矢量，组成元素xn，yn，zn(m)

　　Ppa主旋翼寄生功率(W)

　　Ppr主旋翼型阻功率(W)

　　Rn/b从机体轴系到NED轴系的旋转矩阵

　　Re雷诺数

　　Rmr主旋翼桨盘半径(m)

　　Rsb,in稳定杆桨盘内径(m)

　　Rsb,out稳定杆桨盘外径(m)

　　Rtr尾桨桨盘半径(m)

　　S从欧拉角导数到机体轴角速率的变换矩阵

　　Sfx机身纵向有效阻力面积(m2)

　　Sfy机身横向有效阻力面积(m2)

　　Sfz机身垂向有效阻力面积(m2)

　　Shf水平鳍尾有效面积(m2)

　　Svf垂直鳍尾有效面积(m2)

　　Tmr主旋翼拉力(N)

　　Ttr尾桨拉力(N)

　　Va机体轴系描述的空速矢量，各分量为ua，va，wa(m/s)

　　Vb机体轴系描述的地速矢量，各分量为u，v，w(m/s)

　　VnNED轴系描述的地速矢量，各分量为un，vn，wn(m/s)

　　Vwind机体轴系描述的风速矢量，各分量为uwind，vwind，wwind(m/s)

　　vi,mr主旋翼诱导速度(m/s)

　　vi,tr尾桨诱导速度(m/s)

　　vvf垂直鳍尾的本地横向空速(m/s)

　　v^2mr主旋翼拉力计算的中间变量

　　v^2tr尾桨拉力计算的中间变量

　　ωhf水平鳍尾的本地垂向空速(m/s)

　　x，y，z本地NED轴系位置坐标(m)

　　xn，yn，zn本地NED轴系位置坐标(m)

　　Xmr，Ymr，Zmr主旋翼产生的气动力在机体轴系X、Y、Z轴上的分量(N)

　　Xfus，Yfus，Zfus机身产生的气动力在机体轴系X、Y、Z轴上的分量(N)

　　Ytr尾桨产生的气动力在机体轴系Y轴上的分量(N)

　　Yvf垂直鳍尾产生的气动力在机体轴系Y轴上的分量(N)

　　Zhf水平鳍尾产生的气动力在机体轴系Z轴上的分量(N)

　　αst失速临界攻角(rad)

　　γmr主旋翼洛克数

　　γsb稳定杆洛克数

　　δcol标准化总距舵机输入[-1,1]

　　δlat标准化横滚舵机输入[-1,1]

　　δlon标准化俯仰舵机输入[-1,1]

　　δped标准化偏航角速率反馈控制器输入[-1,1]

　　δped,int偏航角速率反馈控制器的内部状态变量

　　δ-ped

　　尾桨舵机输入(rad)

　　θcol主旋翼总距角(rad)

　　θcyc,as主旋翼纵向桨距角(rad)

　　θcyc,bs主旋翼横向桨距角(rad)

　　θped尾桨总距角(rad)

　　λvf垂直鳍尾处于尾桨尾迹流标志

　　ρ空气密度(kg/m3)

　　τmr主旋翼裸桨时间常数(s)

　　τsb稳定杆时间常数(s)

　　,θ,ψ欧拉角(rad)

　　Ωmr主旋翼转速(rad/s)

　　Ωtr尾桨转速(rad/s)

　　ωbb/n机体轴系描述的角速度矢量，各分量为p，q，r(rad/s)

　　目录

　　第1章绪论

　　1.1引言

　　1.2小型旋翼飞行器简史

　　1.3基本组成

　　1.3.1无线电操控旋翼飞行器

　　1.3.2航空电子系统

　　1.3.3手动操作备份

　　1.3.4地面控制站

　　1.4软件系统设计与集成

　　1.4.1实时机载软件系统

　　1.4.2地面站软件系统

　　1.5飞行动力学建模

　　1.5.1基理建模方法

　　1.5.2系统与参数辨识

　　1.6飞行控制系统

　　1.7应用举例

　　1.8各章总览

　　第2章坐标系统与变换

　　2.1引言

　　2.2坐标系统

　　2.2.1大地坐标系统

　　2.2.2地心固定坐标系统

　　2.2.3本地NED坐标系统

　　2.2.4机载NED坐标系统

　　2.2.5机体轴坐标系统

　　2.3坐标转换

　　2.3.1基本知识

　　2.3.2坐标变换

　　第3章平台设计与构建

　　3.1引言

　　3.2虚拟设计环境的选择

　　3.3部件的选择

　　3.3.1无线电操控直升机

　　3.3.2飞行控制计算机

　　3.3.3导航传感器

　　3.3.4外围传感器

　　3.3.5失效保护舵机控制器

　　3.3.6无线调制解调器

　　3.3.7电池

　　3.3.8视觉信息处理计算机

　　3.3.9视觉传感器

　　3.3.10图像采集卡

　　3.3.11云台伺服机构

　　3.3.12视频发射与接收

　　3.3.13手动控制

　　3.3.14地面控制站

　　3.4航电系统设计与集成

　　3.4.1布局设计

　　3.4.2减振设计

　　3.4.3供电设计

　　3.4.4屏蔽设计

　　3.5性能评估

　　第4章软件系统设计与集成

　　4.1引言

　　4.2机载软件系统

　　4.2.1结构设计

　　4.2.2任务管理

　　4.2.3自动控制实现

　　4.2.4应急处理

　　4.2.5视觉处理软件

　　4.3地面站软件系统

　　4.3.1地面站软件层次结构

　　4.3.2三维视图开发

　　4.4软件系统评估

　　第5章测量信号增强

　　5.1引言

　　5.2扩展卡尔曼滤波器

　　5.3GPS 辅助INS动态模型

　　5.3.1航姿参考系统动态模型

　　5.3.2INS(或惯导系统动态模型)

　　5.4扩展卡尔曼滤波器设计

　　5.4.1基于加速度计的航姿参考系统扩展卡尔曼滤波器

　　5.4.2基于磁力计的航姿参考系统扩展卡尔曼滤波器

　　5.4.3GPS/INS导航系统的扩展卡尔曼滤波器

　　5.5性能评估

　　第6章飞行动力学建模

　　6.1引言

　　6.2模型结构

　　6.2.1机体运动学特性

　　6.2.2机体动力学特性

　　6.2.3主旋翼挥舞动力学特性

　　6.2.4偏航角速率反馈控制器

　　6.3参数确定

　　6.3.1直接测量

　　6.3.2地面实验

　　6.3.3基于风洞数据估计参数

　　6.3.4飞行实验

　　6.3.5精细调整

　　6.4模型验证

　　6.5飞行包线确认

　　第7章内环飞行控制

　　7.1引言

　　7.2H∞控制技术

　　7.3内环控制系统设计

　　7.3.1模型线性化

　　7.3.2问题的描述

　　7.3.3设计指标的选择

　　7.3.4H∞控制律

　　7.4性能评估

　　第8章外环飞行控制

　　8.1引言

　　8.2鲁棒与完全跟踪控制

　　8.3外环控制系统设计

　　8.4性能评估

　　第9章飞行仿真与实验

　　9.1引言

　　9.2飞行规划

　　9.2.1前飞起/停

　　9.2.2悬停

　　9.2.3后飞起/停

　　9.2.4悬停旋转

　　9.2.5垂向机动

　　9.2.6侧向重定位

　　9.2.7旋转定标

　　9.2.8滑雪

　　9.2.9向心回转

　　9.2.10任务基元的衔接

　　9.3硬件在回路仿真设置

　　9.4仿真与飞行实验结果

　　第10章多无人机编队飞行

　　10.1引言

　　10.2长机僚机编队

　　10.2.1编队飞行坐标系统

　　10.2.2运动学模型

　　10.3碰撞回避

　　10.4飞行实验结果

　　第11章基于视觉的目标跟踪

　　11.1引言

　　11.2视觉跟踪中的坐标系统

　　11.3摄像机标定

　　11.3.1摄像机模型

　　11.3.2内参数估计

　　11.3.3畸变补偿

　　11.3.4简化的摄像机模型

　　11.4基于视觉的地面目标跟踪

　　11.4.1目标检测

　　11.4.2图像跟踪

　　11.4.3目标跟踪控制

　　11.5实验结果

　　参考文献