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多旋翼飞行器设计与控制
第4次开课
开课时间: 2020年09月14日 ~ 2021年03月15日
学时安排: 2
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spContent=空中机器人&多旋翼飞行器最佳入门课程
空中机器人&多旋翼飞行器最佳入门课程
—— 课程团队
课程概述

本门课程讲授多旋翼设计、动态模型建立、状态估计、控制和决策等方面的基础知识。涉及到空气流体力学、电机、电路、材料结构、理论力学、以及导航、制导与控制各个学科的基础知识,具有基础性和系统性两个特色。因此,有利于学生将已学知识融会贯通,着重培养学生解决问题的综合能力。
(1)基础性 
本课程力求绝大部分多旋翼涉及的内容能够包含,使得具有自动化专业本科知识的学生就能够听懂这门课。
(2)系统性 
本课程目的是介绍多旋翼飞行器系统性的全貌,而不仅仅是某一个技术点。

先修课程与专业基础:自动控制原理,航空航天概论、理论力学、线性系统(建议)
课件下载地址:https://rfly.buaa.edu.cn/course

授课目标

对多旋翼、无人机和自动驾驶技术感兴趣想要入门的人群;具备航空和自动化专业背景的学生、工程师或管理者。

课程大纲

第1讲:绪论

1.1本门课的安排

1.2前言

1.3基本概念

1.4多旋翼操控和评价

1.5多旋翼技术发展历史

第1讲:绪论测验

第2讲:基本组成

2.1前言

2.2总体介绍

2.3机架

2.4动力系统

2.5指挥控制系统

2.6本讲小结

第2讲:基本组成测验

第3讲:机架设计

3.1前言

3.2布局设计

3.3结构设计

3.4本讲小结

第3讲:机架设计测验

第4讲:动力系统建模和估算

4.1前言

4.2总体描述

4.3动力系统模型

4.4性能计算和实验验证

4.5评估网站 Flyeval.com介绍

4.6本讲小结

第4讲:动力系统建模和估算测验

第5讲:坐标系和姿态表示

5.1前言

5.2坐标系

5.3欧拉角

5.4旋转矩阵

5.5四元数

5.6本讲小结

第5讲:坐标系和姿态表示测验

第6讲:动态模型和参数测量

6.1前言

6.2多旋翼控制模型

6.3多旋翼气动阻力模型

6.4多旋翼模型参数测量

6.5本讲小结

第6讲:动态模型和参数测量测验

第7讲:传感器的校正和测量模型

7.1前言

7.2三轴加速计

7.3三轴陀螺仪

7.4三轴磁力计

7.5超声波测距仪

7.6气压计

7.7二维激光测距仪

7.8全球定位系统(GPS)

7.9摄像机

7.10本讲小结

第7讲:传感器的校正和测量模型测验

第8讲:可观性和卡尔曼滤波器

8.1前言

8.2可观性

8.3卡尔曼滤波器

8.4多速率卡尔曼滤波器

8.5扩展卡尔曼滤波器

8.6本讲小结

第8讲:可观性和卡尔曼滤波器测验

第9讲:状态估计

9.1前言

9.2姿态估计

9.3位置估计

9.4速度估计

9.5障碍估计

9.6本讲小结

第9讲:状态估计测验

第10讲:稳定性与控制性

10.1前言

10.2稳定的定义

10.3稳定性判据

10.4可控性的基本概念

10.5多旋翼飞行器的可控性

10.6本讲小结

第10讲:稳定性与控制性测验

第11讲:底层飞行控制

11.1前言

11.2多旋翼底层控制框架和模型化简

11.3位置控制

11.4姿态控制

11.5控制分配

11.6电机控制

11.7本讲小结

第11讲:底层飞行控制测验

第12讲:基于半自主自驾仪的位置控制

12.1前言

12.2问题描述

12.3系统辨识

12.4位置控制器设计

12.5仿真研究

12.6本讲小结

第12讲:基于半自主自驾仪的位置控制测验

第13讲:任务决策

13.1前言

13.2全自动控制

13.3半自动控制

13.4本讲小结

第13讲:任务决策测验

第14讲:健康评估和失效保护

14.1前言

14.2决策层的目的和意义

14.3安全问题

14.4健康评估

14.5失效保护

14.6安全决策实现

14.7本讲小结

第14讲:健康评估和失效保护测验

第15讲:展望

15.1前言

15.2新技术展望

15.3需求和技术创新方向

15.4风险和建议

15.5机遇和挑战

第15讲:展望测验

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预备知识

先修课程与专业基础:自动控制原理,航空航天概论、理论力学、线性系统(建议)

证书要求

85分及以上可以获得优秀证书;70-84 可以获得合格证书。平台不再支持免费电子证书,只提供认证证书(需要付费)。

参考资料

课程参考书:1. 《多旋翼飞行器设计与控制》全权著,杜光勋,赵峙尧,戴训华,任锦瑞,邓恒译. 电子工业出版社, 2018版; 2.《多旋翼飞行器设计与控制实践》全权、戴训华、王帅著. 电子工业出版社, 2020版.

北京航空航天大学
1 位授课老师
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