內容簡介
本書系統介紹了動手製作（DIY）一個微型四旋翼飛行器的理論知識及實踐方法，主要目的是使讀者熟悉並掌握四旋翼飛行器的飛行控制及組裝原理，熟悉並掌握航電設備的使用。本書以四旋翼飛行器涉及的嵌入式系統基本概念、原理、定律和嵌入式系統軟/硬體開發方法為主線，以“實際、實用、實踐”為原則，淡化理論深度，突出工程套用，構建科學、協調、可操作的內容體系，知識結構合理，注重課程交叉，及時引入課程最新發展成果。
目錄
第1章 緒論
1.1 飛行器分類
1.2 無人機的概念
1.3 無人機自主飛行
1.3.1 自主飛行概念
1.3.2 無人機自主控制等級
1.3.3 無人機模組化結構
1.4 國際空中機器人大賽
1.5 開源飛控
1.6 飛行器控制涉及的知識
第2章 空間坐標系及姿態角描述
2.1 滿足右手定則的坐標系
2.2 方向餘弦陣
2.2.1 二維坐標旋轉
2.2.2 三維坐標旋轉
2.3 歐拉角
2.4 由等效旋轉矢量到四元數
2.4.1 向量點乘和叉乘
2.4.2 等效旋轉矢量
2.4.3 複數形式四元數
2.5 四元數、歐拉角以及方向餘弦陣對比
第3章 四旋翼飛行器數學模型
3.1 飛行要素
3.1.1 大氣飛行環境
3.1.2 伯努利定理
3.1.3 固定翼飛機的平飛
3.2 四旋翼飛行器的飛行原理
3.3 四旋翼飛行器的數學模型
3.3.1 數學模型概述
3.3.2 建模假設條件
3.3.3 動力子系統建模
3.3.4 動力學模型
3.3.5 運動學模型
3.3.6 模型的簡化
3.4 四旋翼飛行器的特點
第4章 感測器及姿態角測量
4.1 基本概念
4.2 MEMS
4.3 陀螺儀
4.3.1 機械陀螺儀原理
4.3.2 MEMS陀螺儀
4.3.3 ITG3200套用
4.4 加速度計
4.4.1 加速度計原理
4.4.2 LIS3VDQ結構
4.4.3 加速度計標定
4.5 磁羅盤
4.5.1 磁羅盤原理
4.5.2 磁羅盤LSM303DLH
4.5.3 磁羅盤標定
4.6 GPS
4.7 姿態角測量公式
4.7.1 俯仰角和滾轉角測量
4.7.2 偏航角測量
第5章 卡爾曼濾波
5.1 線性系統狀態能觀
5.2 卡爾曼濾波原理
5.2.1 數學基礎
5.2.2 卡爾曼濾波算法
5.2.3 卡爾曼濾波案例1
5.2.4 卡爾曼濾波案例2
5.2.5 參數分析
5.2.6 擴展卡爾曼濾波
5.3 卡爾曼濾波在姿態解算中的套用
5.3.1 四元數微分方程
5.3.2 狀態模型
5.3.3 測量模型
5.3.4 卡爾曼濾波算法步驟
5.3.5 四旋翼姿態解算代碼實現
第6章 動力系統
6.1 電動機
6.1.1 有刷電動機
6.1.2 空心杯電動機
6.1.3 無刷電動機特點
6.1.4 無刷電動機結構
6.1.5 無刷電動機工作原理
6.1.6 無刷電動機參數
6.2 電調
6.2.1 電調功能
6.2.2 電調原理
6.2.3 電調參數
6.3 電池
6.3.1 鋰電池簡介
6.3.2 電池參數
6.3.3 電池使用注意事項
6.4 螺旋槳
6.4.1 螺旋槳的作用
6.4.2 螺旋槳的分類
6.4.3 螺旋槳的參數
6.5 導線
6.6 機架
第7章 嵌入式主控系統
7.1 微型計算機的組成
7.2 CM3體系結構
7.3 CM3暫存器
7.4 STM32的存儲結構
7.4.1 匯流排接口
7.4.2 CM3存儲器組織
7.4.3 STM32存儲器映射
7.4.4 大端和小端
7.4.5 位元組對齊
7.4.6 動態記憶體
7.5 ARM指令集
7.6 STM32F1和STM32F4的區別
7.7 STM32的選型
7.8 嵌入式系統分層結構
第8章 PID控制算法
8.1 控制的基本過程
8.2 四旋翼飛行器PID控制器原理
8.2.1 PID控制基本理論
8.2.2 控制規律的選擇
8.2.3 四旋翼飛行器的串級PID控制
8.3 PID參數整定
8.3.1 PID參數對系統性能的影響
8.3.2 參數整定基本概念
8.3.3 單環PID參數整定
8.3.4 串級PID參數整定
第9章 嵌入式作業系統
9.1 作業系統基本概念
9.1.1 作業系統功能
9.1.2 作業系統工作過程
9.1.3 前後台系統
9.1.4 實時作業系統
9.1.5 通用作業系統與實時作業系統的比較
9.2 飛行器與作業系統
9.3 作業系統中的任務
9.3.1 任務的特性
9.3.2 多任務的實現
9.3.3 任務劃分的目標
9.4 FreeRTOS作業系統簡介
9.5 FreeRTOS中的任務管理
9.5.1 FreeRTOS中的任務
9.5.2 相對延
9.5.3 絕對延
9.6 FreeRTOS中的互斥信號量
9.6.1 互斥信號量的概念
9.6.2 互斥信號量的套用
9.7 FreeRTOS中的任務通信
9.7.1 佇列概念
9.7.2 佇列通信案例
9.8 飛控作業系統中的任務及其通信
第10章 無線通信
10.1 無線通信原理
10.2 無線電波
10.2.1 無線通信按頻率分類
10.2.2 2.4GHz無線技術簡介
10.2.3 2.4GHz無線通信擴頻技術
10..2..4 2.4GHz無線技術特點
10.3 手持遙控器工作原理
10.3.1 發射機
10.3.2 接收機
10.3.3 設備使用中需注意的問題
10.4 飛行器的其他無線通信
第11章 飛手實訓
11.1 無人機就業職位要求
11.2 飛手練習方法
11.3 民用無人機空中交通管理辦法
11.4 飛行時的注意事項
11.4.1 人
11.4.2 機
11.4.3 環境
11.5 飛行器檢修及保養
附錄A 橢球相關程式
附錄B 卡爾曼濾波代碼
附錄C PID參數對系統性能影響試驗代碼
參考文獻
