無人機：嵌入式控制（簡體書）

洛薩諾所著的《無人機--嵌入式控制(精)》是一 本論述小型無人機飛行控制和視覺導航專項技術的專 著，主要內容包括兩大部 分。第一部分針對雙旋翼、傾轉機身、傾轉旋翼、四 旋翼、八旋翼等不同類型的微小型無 人機，討論了無人機建模、飛行控制律設計、飛行控 制性能改善等技術和方法，對部分典 型的無人機開發了飛行實驗模型機，並給出了實際飛 行實驗結果，驗證了無人機建模、飛 行控制策略的有效性。第二部分重點研究了無人機在 沒有衛星導航手段可以利用的條件下 自主飛行的問題。採用基於視頻流處理的視覺定位方 法，利用單攝像頭、雙攝像頭等實現 微小型無人機二維或三維定位。完成自主航跡控制。
開發了典型無人機基於視覺的自主飛 行實驗系統，並給出了飛行實驗結果。

第1章 氣動佈局與動力學模型
1.1 氣動佈局
1.2 動力學模型
1.2.1 牛頓-歐拉方法
1.2.2 歐拉-拉格朗日方法
1.2.3 四元數方法
1.2.4 例子：四旋翼無人直升機動力學模型
參考文獻
第2章 針對二維垂直起降飛機穩定的嵌套飽和狀態控制
2.1 引言
2.2 技術發展
2.3 二維垂直起降飛機模型
2.4 控制策略
2.4.1 垂直位移y的控制
2.4.2 滾轉角θ和水準位移x的控制
2.5 二維垂直起降飛機穩定的其他控制策略
2.6 實驗結果
2.7 小結
參考文獻
第3章 雙旋翼垂直起降微型無人機設計、建模與控制
3.1 引言
3.2 動力學模型
3.2.1 運動學
3.2.2 動力學
3.2.3 控制分析模型
3.3 控制策略
3.3.1 高度控制
3.3.2 水準運動控制
3.3.3 姿態控制
3.4 實驗裝置
3.4.1 機載飛行系統
3.4.2 地面視覺系統
3.4.3 實驗結果
3.5 小結
參考文獻
第4章 雙旋翼無人機自主懸停飛行
4.1 引言
4.2 雙旋翼無人機
4.2.1 描述
4.2.2 動力學模型
4.3 控制演算法設計
4.4 實驗平臺
4.4.1 即時PC控制系統(PCCS)
4.4.2 實驗結果
4.5 小結
參考文獻
第5章 可傾轉機身無人機建模與控制
5.1 引言
5.2 可傾轉機身無人機
5.2.1 垂直飛行模式
……
第6章 不同傾轉旋翼無人機的控制
第7章 利用驅動電機電流回饋改進四旋翼無人機的姿態穩定性
第8章 微型旋翼無人機魯棒控制設計技術：模擬與實驗結果
第9章 採用單攝像頭的四旋翼無人機懸停穩定飛行
第10章 基於視覺定位控制的小型雙旋翼垂直起降無人機
第11章 基於視頻流的小型無人機自主三維定位與控制
第12章 基於立體視覺和視頻流的八旋翼無人機即時穩定控制
第13章 三維定位
第14章 有風條件下自主飛行無人機的飛行重規劃

7．1引言
近年來，微型自主飛行無人機的應用顯著增多，這些應用都建立在無人機姿態穩定的基礎上。如果無人機俯仰角和偏航角的控制精度不高，無人機就會產生漂移，偏離預期的位置。本章介紹一種獨創的方法，可有效提高姿態穩定性。這一技術採用低成本的器件，是基於電機電樞電流回饋實現的。通過實驗驗證表明：採用該技術的控制器對外部擾動具有良好的魯棒性。
提高航空飛行器姿態穩定性的研究較少，大部分研究成果是針對航太飛行器的，如衛星[WER78]。在文獻fLIM03，ROT081中，提出了使用一種動量輪的方式來提高雙自旋四旋翼無人機姿態穩定性。文獻[JAR08]提出了另一種方法，即採用感測器融合技術來提高無人機的姿態穩定性。這種方法基於擴展卡爾曼濾波器技術，利用了源自慣性測量單元(IMU)和全球定位系統fGPS)的資訊。本章各節主要研究提高姿態的穩定性，介紹一種供無人機使用的新型嵌入式控制系統，它不但利用基本感測器如IMU，也利用電機電樞電流，這種控制策略可以使無人機在原點附近獲得良好的姿態穩定性。無人機姿態控制的改進提高了無人機系統的自主性，能夠適應更高的姿態控制要求。
標準四旋翼無人機控制系統的主要性能主要依賴於四個驅動器具有相同的特性，即對於一個給定的控制輸入信號，每個旋翼應產生相同的轉速。對於採用低成本的元器件系統來說，這個要求不切實際。因此，主要方法是在每個驅動器上增加一個控制環，使得對於任何給定輸入每個驅動器上產生幾乎相同的電樞電流，從而保證了旋翼轉速的一致性。這個附加的內控制環可以顯著提高四旋翼無人機的姿態穩定性。
本章結構：7．2節描述無刷直流電機(BLDC)的性能以及相應的速度控制器；7．3節介紹四旋翼機的動力學模型；7．4節介紹控制策略；7．5節介紹嵌入式控制系統的組成結構；7．6節介紹實驗結果；7．7節進行總結。7．2無刷直流電機及速度控制器
無刷直流電機也稱為梯形反電動勢電機(EMF)，是一個永磁同步電機，其磁場在氣隙中均勻分佈，當電機勻速轉動時，反電動勢是一個梯形狀[KRA02，KRl01]。使用永磁場勵磁的無刷直流電機取代了繞組式的電磁鐵，它需要額外的電源。此外，使用電子換向器代替機械換向器(圖7．1和圖7．2)，使得電機電樞可安裝在定子上。這樣散熱更好，並且允許採用更大的工作電壓。無刷直流電機的主要特性是通過檢測轉子(或磁極)的位置，產畢用於速度控制的換流器控制信號。