目錄
第1章 課程介紹 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 什么是多旋翼飛行器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
1.1.1 常見飛行器分類. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.2 無人駕駛飛機(jī)和航空模型飛機(jī). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2 為什么選擇多旋翼飛行器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 本書內(nèi)容. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3.2 實(shí)驗(yàn)課程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3.3 主要特色. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.4 工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)覆蓋介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .10
第2 章實(shí)驗(yàn)平臺(tái)配置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)總體介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1.1 硬件平臺(tái). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1.2 軟件平臺(tái). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.1.3 軟件/硬件關(guān)系. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.2 軟件包安裝方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.2.1 安裝步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.2.2 高級(jí)設(shè)置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2.3 安裝完成效果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.4 軟件簡(jiǎn)要介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3 硬件平臺(tái)配置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
2.3.1 遙控器配置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.3.2 Pixhawk 自駕儀系統(tǒng)配置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3.3 機(jī)架和動(dòng)力系統(tǒng)配置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 33

第3 章實(shí)驗(yàn)平臺(tái)使用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)總體介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.1.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)組成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.1.2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)優(yōu)勢(shì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.2 控制器設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.2.1 控制器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.2.2 多旋翼模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.2.3 FlightGear 接口. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.3 PSP 工具箱. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.3.1 Simulink Pixhawk Target Blocks 模塊庫介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.3.2 工具箱中各模塊的使用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.3.3 Simulink 配置實(shí)現(xiàn)PSP 工具箱自動(dòng)代碼生成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57
3.4 Pixhawk 硬件系統(tǒng). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.4.1 硬件系統(tǒng)組成與連線. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.4.2 遙控器基本操作方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.4.3 地面站下載固件方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.4.4 Pixhawk 自駕儀半物理仿真模式設(shè)置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63
3.4.5 遙控器配置與校準(zhǔn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64
3.4.6 飛行模式設(shè)置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.5 硬件在環(huán)仿真器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.5.1 CopterSim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.5.2 3D Display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.5.3 硬件在環(huán)飛行測(cè)試. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .69
第4 章實(shí)驗(yàn)流程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.1 實(shí)驗(yàn)流程總體介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.2 控制LED 燈實(shí)驗(yàn)操作具體流程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.2.1 LED 燈實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.2.2 設(shè)計(jì)LED 燈控制模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73
4.2.3 控制器代碼生成與固件下載. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.2.4 實(shí)驗(yàn)效果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4.3 姿態(tài)控制實(shí)驗(yàn)操作具體流程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4.3.1 基于Simulink 的算法設(shè)計(jì)與仿真階段. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80
4.3.2 代碼生成與配置階段. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.3.3 硬件在環(huán)仿真階段. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84
4.3.4 實(shí)際飛行實(shí)驗(yàn)階段與結(jié)果對(duì)比. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

第5 章動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
5.1 動(dòng)力系統(tǒng)之實(shí)驗(yàn)原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
5.1.1 動(dòng)力系統(tǒng). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
5.1.2 旋翼和機(jī)架半徑. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .99
5.1.3 動(dòng)力系統(tǒng)建模. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . .100
5.2 動(dòng)力系統(tǒng)之基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
5.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
5.2.2 配置步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
5.2.3 注意事項(xiàng). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
5.3 動(dòng)力系統(tǒng)之分析實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
5.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
5.3.2 計(jì)算步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
5.3.3 分析步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
5.4 動(dòng)力系統(tǒng)之設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
5.4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
5.4.2 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
5.4.3 注意事項(xiàng). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
5.5 小結(jié). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

第6 章動(dòng)態(tài)建模實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
6.1 實(shí)驗(yàn)原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
6.1.1 坐標(biāo)系. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
6.1.2 姿態(tài)表示. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
6.1.3 多旋翼飛行控制剛體模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
6.1.4 控制效率模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141
6.1.5 動(dòng)力單元模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .143
6.1.6 空氣動(dòng)力學(xué)模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
6.2 動(dòng)態(tài)建模之基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
6.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
6.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

6.3 動(dòng)態(tài)建模之分析實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
6.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
6.3.2 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
6.4 動(dòng)態(tài)建模之設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
6.4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
6.4.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
6.4.3 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
6.4.4 注意事項(xiàng). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
6.5 小結(jié). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . 165

第7 章傳感器標(biāo)定實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .166
7.1 傳感器標(biāo)定之實(shí)驗(yàn)原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
7.1.1 三軸加速度計(jì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .167
7.1.2 三軸磁力計(jì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
7.2 傳感器標(biāo)定之基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
7.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
7.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
7.3 傳感器標(biāo)定之分析實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
7.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
7.3.2 實(shí)驗(yàn)分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
7.3.3 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
7.4 傳感器標(biāo)定之設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
7.4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
7.4.2 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
7.5 小結(jié). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
第8 章濾波器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .184
8.1 濾波器設(shè)計(jì)之實(shí)驗(yàn)原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
8.1.1 測(cè)量原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
8.1.2 線性互補(bǔ)濾波器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
8.1.3 卡爾曼濾波器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .187
8.1.4 擴(kuò)展卡爾曼濾波器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
8.2 濾波器設(shè)計(jì)之基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
8.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
8.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
8.2.3 注意事項(xiàng). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
8.3 濾波器設(shè)計(jì)之分析實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
8.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
8.3.2 實(shí)驗(yàn)分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
8.4 濾波器設(shè)計(jì)之設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
8.4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
8.4.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
8.4.3 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
8.5 小結(jié). . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

第9 章姿態(tài)控制器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
9.1 姿態(tài)控制器設(shè)計(jì)之實(shí)驗(yàn)原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
9.1.1 姿態(tài)控制. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
9.1.2 控制分配在自駕儀中的實(shí)現(xiàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
9.2 姿態(tài)控制器設(shè)計(jì)之基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
9.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
9.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
9.3 姿態(tài)控制器設(shè)計(jì)之分析實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
9.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
9.3.2 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
9.4 姿態(tài)控制器設(shè)計(jì)之設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
9.4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
9.4.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
9.4.3 仿真實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .229
9.4.4 實(shí)飛實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .230
9.5 小結(jié). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235

第10 章定點(diǎn)位置控制器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
10.1 定點(diǎn)位置控制器設(shè)計(jì)之實(shí)驗(yàn)原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
10.1.1 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
10.1.2 傳統(tǒng)PID 控制器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
10.1.3 開源自駕儀中的PID 控制器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
10.1.4 加飽和的PID 控制器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
10.2 定點(diǎn)位置控制器設(shè)計(jì)之基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
10.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
10.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
10.3 定點(diǎn)位置控制器設(shè)計(jì)之分析實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
10.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
10.3.2 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
10.3.3 注意事項(xiàng). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
10.4 定點(diǎn)位置控制器設(shè)計(jì)之設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
10.4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
10.4.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
10.4.3 仿真實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .258
10.4.4 實(shí)飛實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .259
10.5 小結(jié). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
第11 章半自主控制模式設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn). . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
11.1 半自主控制模式設(shè)計(jì)之實(shí)驗(yàn)原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
11.1.1 半自主控制. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .263
11.1.2 遙控. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
11.1.3 自動(dòng)控制. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
11.1.4 遙控與自動(dòng)控制間的切換邏輯. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
11.2 半自主控制模式設(shè)計(jì)之基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
11.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
11.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
11.3 半自主控制模式設(shè)計(jì)之分析實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
11.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
11.3.2 實(shí)驗(yàn)分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
11.3.3 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
11.4 半自主控制模式設(shè)計(jì)之設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
11.4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
11.4.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
11.4.3 仿真實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .285
11.4.4 實(shí)飛實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .288
11.5 小結(jié). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
第12 章失效保護(hù)邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
12.1 失效保護(hù)邏輯設(shè)計(jì)之實(shí)驗(yàn)原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .292
12.1.1 安全問題. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
12.1.2 失效保護(hù)建議. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .294
12.1.3 半自主自駕儀安全邏輯設(shè)計(jì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
12.2 失效保護(hù)邏輯設(shè)計(jì)之基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .302
12.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
12.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
12.3 失效保護(hù)邏輯設(shè)計(jì)之分析實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .307
12.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
12.3.2 實(shí)驗(yàn)分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
12.3.3 實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
12.3.4 注意事項(xiàng). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
12.4 失效保護(hù)邏輯設(shè)計(jì)之設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .311
12.4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
12.4.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
12.4.3 仿真實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .315
12.4.4 實(shí)飛實(shí)驗(yàn)步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .316
12.5 小結(jié). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318
參考文獻(xiàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
附錄A RflySim 平臺(tái)高級(jí)功能介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320
A.1 RlySim 平臺(tái)高級(jí)功能的獲取方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320
A.2 自定義多旋翼仿真模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
A.3 設(shè)定仿真的多旋翼的初始狀態(tài). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
A.4 基于UE4 的三維視景介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
A.5 基于UE4 開發(fā)三維場(chǎng)景. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
A.6 其他類型多旋翼的硬件在環(huán)仿真. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
A.7 其他機(jī)型的硬件在環(huán)仿真. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
A.8 多機(jī)集群仿真. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
A.9 仿真模式設(shè)置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
A.10 多計(jì)算機(jī)分布式仿真. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .332
A.11 多機(jī)集群的Simulink 控制. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
A.12 基于視覺的控制接口. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .334
附錄B 教師如何利用此書. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
B.1 修改動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和建模實(shí)驗(yàn)的目標(biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
B.1.1 修改多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
B.1.2 修改多旋翼建模實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
B.2 增加新實(shí)驗(yàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337