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智能機器人控制系統設計教程--多旋翼無人機系統(普通高等教育機器人工程系列教材)

  • 作者：編者:李擎|責編:潘斯斯//任俊//霍明亮
  • 出版社：科學
  • ISBN：9787030652607
  • 出版日期：2020/06/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：269
人民幣：RMB 88 元      售價：元
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內容大鋼
    本書是根據自動化專業工程教育專業認證、新工科建設等需求而編寫的，旨在提高學生在機器人控制系統設計方面的能力，進而培養學生解決複雜工程問題的能力。本書以多旋翼飛行器為對象，全書分為3部分，共13章。其中，基礎篇由第1?3章組成，主要講解機器人控制系統涉及的數學基礎及其基本要點。設計篇包括第4?9章，詳細介紹多旋翼飛行器的運動學方程、動力系統建模、姿態測量、姿態估計、控制器設計與穩定控制。實踐篇為第10?13章，以Pixhawk飛控系統為例，從控制器硬體系統設計、軟體設計、模擬與實驗四方面進行詳細的闡述，使讀者能夠快速地掌握多旋翼飛行器控制系統的開發思路、設計步驟及解決方案等。
    本書可作為機器人工程、智能製造工程、人工智慧、自動化等專業高年級本科生及研究生教材，也可作為相關領域科研人員與工程技術人員的參考用書。
作者介紹
編者:李擎|責編:潘斯斯//任俊//霍明亮
目錄
基礎篇
第1章  智能機器人緒論
  1.1  定義
  1.2  歷史
  1.3  分類和應用
  1.4  近年來的研究和發展
  1.5  未來研究和發展
  1.6  習題
第2章  坐標變換的原理和方法
  2.1  矢量運算與矩陣運算的關係
  2.2  坐標變換
    2.2.1  坐標變換矩陣
    2.2.2  坐標變換矩陣的傳遞特性
    2.2.3  基元變換矩陣
    2.2.4  坐標變換的一般情況
    2.2.5  由兩矢量的分量列陣求坐標變換矩陣
  2.3  坐標系旋轉的效應
    2.3.1  在旋轉坐標系中矢量的導數
    2.3.2  變換矩陣的變化率
  2.4  習題
第3章  四元數理論及應用
  3.1  四元數的定義和性質
  3.2  以四元數表示剛體的有限轉動
  3.3  用四元數表示坐標系的旋轉
  3.4  由四元數構成坐標變換矩陣
  3.5  三個或更多坐標系的關係
  3.6  以四元數表示的運動學方程
  3.7  習題
設計篇
第4章  飛行機器人的運動學方程
  4.1  基本假設與速度三角形
  4.2  坐標系和運動變數定義
  4.3  質心運動方程
    4.3.1  一般形式
    4.3.2  在地理坐標系中的運動方程
    4.3.3  在機體坐標系中的運動方程
  4.4  旋轉運動
    4.4.1  旋轉的運動學方程
    4.4.2  姿態表示和運動學方程的多種方式討論
  4.5  習題
第5章  飛行機器人的動力系統建模
  5.1  飛行機器人氣動布局
  5.2  總體描述
    5.2.1  動力系統
    5.2.2  求解懸停時間
  5.3  飛行機器人動力系統模型
    5.3.1  螺旋槳模型
    5.3.2  電機模型
    5.3.3  電調模型
    5.3.4  電池模型

  5.4  動力系統性能計算與實驗驗證
  5.5  習題
第6章  飛行機器人姿態測量
  6.1  空氣動力學參數測量
    6.1.1  飛行高度測量
    6.1.2  空速測量
    6.1.3  俯仰角、滾轉角和偏航角的測量
  6.2  飛行機器人慣性量測量
    6.2.1  加速度測量
    6.2.2  角速度測量
  6.3  飛行機器人方位角測量
    6.3.1  航向陀螺儀測量
    6.3.2  陀螺磁羅盤測量
  6.4  飛行機器人位置測量
    6.4.1  飛行機器人的定位
    6.4.2  無線電測距
  6.5  習題
第7章  飛行機器人姿態估計
  7.1  空氣動力學參數的估計
  7.2  慣性量、方向角、位置估計
  7.3  位姿估計器設計
  7.4  習題
第8章  飛行機器人PID 控制器設計
  8.1  PID 的形式及其表示法
    8.1.1  模擬PID 控制
    8.1.2  數字PID 控制
  8.2  PID 控制的局限
  8.3  PID 演算法的改進
  8.4  串級PID 控制器
  8.5  飛行機器人PID 參數調試
    8.5.1  PID 控制中各參數的作用
    8.5.2  PID 參數調試的模型建立
    8.5.3  PID 參數的調試步驟
  8.6  習題
第9章  飛行機器人懸停穩定控制
  9.1  飛行機器人懸停穩定控制演算法設計
    9.1.1  PID 演算法
    9.1.2  LQG 演算法
  9.2  飛行機器人懸停穩定控制的實驗平台
    9.2.1  飛行機器人懸停實時控制系統
    9.2.2  飛行機器人懸停穩定控制實驗結果
  9.3  習題
實踐篇
第10章  飛行機器人控制器硬體系統設計
  10.1  控制器需求分析
  10.2  整體設計
  10.3  主控系統設計
  10.4  電源管理系統設計
    10.4.1  整體設計
    10.4.2  主控系統電源設計

    10.4.3  USB 電源設計
    10.4.4  動力系統電源設計
    10.4.5  備用電源設計
  10.5  姿態測量系統設計
    10.5.1  俯仰、偏航、翻滾角度測量設計
    10.5.2  速度、加速度測量設計
    10.5.3  位置測量設計
  10.6  通信系統設計
  10.7  Pixhawk 硬體設計實例
  10.8  習題
第11章  飛行機器人控制器軟體系統設計
  11.1  軟體系統架構與NuttX 實時系統
    11.1.1  整體架構
    11.1.2  NuttX 系統設計
    11.1.3  μORB 對象模型設計
  11.2  飛行控制棧設計與實現
  11.3  飛行控制演算法設計與實現
    11.3.1  PID 速度位置雙閉環控制設計與實現
    11.3.2  自抗擾演算法設計與實現
    11.3.3  模糊自適應姿態控制演算法設計與實現
  11.4  Pixhawk 軟體設計實例
  11.5  習題
第12章  飛行機器人模擬
  12.1  基礎模擬
    12.1.1  環境搭建
    12.1.2  MATLAB 飛行機器人模擬平台
  12.2  Gazebo 模擬
  12.3  HITL 模擬
  12.4  ROS 介面
  12.5  習題
第13章  飛行機器人HMI 系統設計實例
  13.1  功能設計
    13.1.1  用戶操作層的設計
    13.1.2  數據通信層的設計
    13.1.3  數據管理層的設計
  13.2  架構及編程語言
  13.3  軟體開發與調試
    13.3.1  用戶操作層開發與調試
    13.3.2  數據通信模塊開發與調試
    13.3.3  數據管理模塊開發與調試
  13.4  系統聯調與優化
  13.5  習題
參考文獻
附錄 參考答案
第1章  參考答案
第2章  參考答案
第3章  參考答案
第4章  參考答案
第5章  參考答案
第6章  參考答案

第7章  參考答案
第8章  參考答案
第9章  參考答案
第10章  參考答案
第11章  參考答案
第12章  參考答案
第13章  參考答案

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