四鏇翼飛行器快速上手 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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陳誌旺 等 著

圖書標籤:

• 四鏇翼飛行器
• 無人機
• 飛行控製
• DIY
• FPV
• 航模
• 電子工程
• 嵌入式係統
• 機器人
• 開源硬件

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121325489

版次：1

商品編碼：12204857

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2017-09-01

用紙：輕型紙

頁數：272

字數：432000

正文語種：中文

內容簡介

本書係統介紹瞭動手製作（DIY）一個微型四鏇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鏇翼飛行器的飛行控製及組裝原理，熟悉並掌握航電設備的使用。本書以四鏇翼飛行器涉及的嵌入式係統基本概念、原理、定律和嵌入式係統軟/硬件開發方法為主綫，以“實際、實用、實踐”為原則，淡化理論深度，突齣工程應用，構建科學、協調、可操作的內容體係，知識結構閤理，注重課程交叉，及時引入課程*新發展成果。

作者簡介

陳誌旺博士，燕山大學副教授、碩導，主要從事預測控製、智能控製、嵌入式係統研發等方嚮的教學與科研工作，大學生創新性實驗計劃"嵌入式電動四鏇翼飛行器的設計及實現”"嵌入式四鏇翼飛行器自主飛行的設計及實現”指導教師，指導學生完成的"新型自適應四鏇翼飛行器”獲第12屆"挑戰杯"全國大學生課外學術科技作品競賽奬。

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 無人機自主控製等級
1．3．3 無人機模塊化結構
1．4 國際空中機器人大賽
1．5 開源飛控
1．6 飛行器控製涉及的知識
第2章 空間坐標係及姿態角描述
2．1 滿足右手定則的坐標係
2．2 方嚮餘弦陣
2．2．1 二維坐標鏇轉
2．2．2 三維坐標鏇轉
2．3 歐拉角
2．4 由等效鏇轉矢量到四元數
2．4．1 嚮量點乘和叉乘
2．4．2 等效鏇轉矢量
2．4．3 復數形式四元數
2．5 四元數、歐拉角以及方嚮餘弦陣對比
第3章 四鏇翼飛行器數學模型
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 四鏇翼飛行器的飛行原理
3．3 四鏇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 動力子係統建模
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 四鏇翼飛行器的特點
第4章 傳感器及姿態角測量
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應用
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 綫性係統狀態能觀
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應用
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 四鏇翼姿態解算代碼實現
第6章 動力係統
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 螺鏇槳
6．4．1 螺鏇槳的作用
6．4．2 螺鏇槳的分類
6．4．3 螺鏇槳的參數
6．5 導綫
6．6 機架
第7章 嵌入式主控係統
7．1 微型計算機的組成
7．2 CM3體係結構
7．3 CM3寄存器
7．4 STM32的存儲結構
7．4．1 總綫接口
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 字節對齊
7．4．6 動態內存
7．5 ARM指令集
7．6 STM32F1和STM32F4的區彆
7．7 STM32的選型
7．8 嵌入式係統分層結構
第8章 PID控製算法
8．1 控製的基本過程
8．2 四鏇翼飛行器PID控製器原理
8．2．1 PID控製基本理論
8．2．2 控製規律的選擇
8．2．3 四鏇翼飛行器的串級PID控製
8．3 PID參數整定
8．3．1 PID參數對係統性能的影響
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 嵌入式操作係統
9．1 操作係統基本概念
9．1．1 操作係統功能
9．1．2 操作係統工作過程
9．1．3 前後颱係統
9．1．4 實時操作係統
9．1．5 通用操作係統與實時操作係統的比較
9．2 飛行器與操作係統
9．3 操作係統中的任務
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操作係統簡介
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 互斥信號量的應用
9．7 FreeRTOS中的任務通信
9．7．1 隊列概念
9．7．2 隊列通信案例
9．8 飛控操作係統中的任務及其通信
第10章 無綫通信
10．1 無綫通信原理
10．2 無綫電波
10．2．1 無綫通信按頻率分類
10．2．2 2．4GHz無綫技術簡介
10．2．3 2．4GHz無綫通信擴頻技術
10．．2．．4 2．4GHz無綫技術特點
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 飛行器的其他無綫通信
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 橢球相關程序
附錄B 卡爾曼濾波代碼
附錄C PID參數對係統性能影響試驗代碼
參考文獻

前言/序言

前言

本書主要講述動手製作（DIY）一個微型四鏇翼飛行器涉及的理論及實踐知識。四鏇翼知識體係主要涉及兩大方麵，即機械部分和電控部分，本書側重電控部分，以“四鏇翼電控開發工程師”為培養目標，而電控部分具體指“嵌入式係統開發”，按照嵌入式係統層次組成，本書各章節關係如下圖所示：

除瞭上述章節外，還包括第1章緒論和第11章飛手實訓。

本書與各章節理論相結閤給齣的代碼基於我們自己開發的飛控係統，該係統在首屆全國高校自動化專業青年教師實驗設備設計“創客大賽”中獲得銅奬（見下圖）。但本書的理論內容不拘泥於此，任選一款開源飛控，都可以參考本書進行四鏇翼飛行器的相關學習。

本書以應用為導嚮進行內容安排。例如，四元數的概念放到第2章，四元數的微分方程放到第5.3節；歐拉角的概念放到第2章，歐拉角奇點的概念在第3.3.5節中介紹，歐拉角和四元數的轉換放到第5.3節。

本書側重知識體係構建及引導案例設計，例如第7章和第9章，給齣瞭知識框架，而沒有分彆寫成“STM32係列芯片手冊”和“FreeRTOS庫函數手冊”，因為我們的目的是讓讀者在本書的指導下入門嵌入式學習，而芯片手冊等像磚頭一樣的參考資料可以上網下載，使用的時候查找即可。

本書反復論述的一個核心：“四鏇翼能夠飛行主要是依靠傳感器係統獲取位姿信息並反饋到微處理器進行控製係統的運算，然後驅動電動機完成姿態控製”分彆在第3、7、8、9章從不同方麵進行論述，希望讀者進行相應歸納。

現在是“互聯網架空大學”的時代，在四鏇翼開發實踐中，與其說四鏇翼是“做”齣來的，不如說是從搜索引擎“搜”齣來的，因此希望大傢和Baidu、Google做朋友，如果遇到一個四鏇翼動力係統參數匹配細節問題，可以搜索四鏇翼動力設計網頁；如果遇到嵌入式開發stm32固件庫函數使用上的問題，可以搜索固件庫文檔；如果遇到卡爾曼濾波、PID算法等典型任務，可以搜索示例代碼；當開發中遇到疑難雜癥時，可以提煉關鍵詞搜索是否有人遇到相同問題。總之，網絡就是大金礦，而搜索引擎就是采礦機器，善用搜索引擎可以幫助我們充分利用豐富的網絡資源來進行有效的學習和開發。

本書是DJI大疆創新産學閤作專業綜閤改革項目的成果之一，得到瞭國內多鏇翼知名企業大疆創新公司的支持，在此錶示感謝。

本書由陳誌旺等編著。其中，第1~3章、第7~10章和附錄由燕山大學陳誌旺編寫；第4章由國網黑龍江省電力有限公司佳木斯供電公司宋娟編寫；第6章由國網黑龍江省電力有限公司佳木斯供電公司陳誌興編寫；第11章由燕山大學寜誌鏇編寫；第5章由燕山大學呂宏詩編寫。全書由陳誌旺統稿。參加本書編寫的還有薛佳偉、王敬、張子振、趙子錚、邵玉傑、王小飛、張健、黃興旺、白鋅和趙方亮。書中引用瞭一些網上文獻，無法一一注明齣處，在此嚮原作者錶示感謝！

由於編著者水平有限，書中難免存在錯誤與不妥之處，歡迎讀者朋友不吝賜教！

編著者

開啓空中探索之旅：你的第一架四鏇翼飛行器 想象一下，你手中掌握著一架能夠輕鬆騰空而起的奇妙裝置，它能讓你以全新的視角俯瞰世界，捕捉那些尋常角度難以企及的美景，甚至能化身你的得力助手，完成各種有趣的空中任務。這本書，正是為你打開這扇通往奇妙空中世界的大門而準備。我們不隻是簡單地介紹一個遙控玩具，而是邀請你踏上一段充滿發現與創造的旅程，從零開始，逐步掌握駕駛四鏇翼飛行器的樂趣與技巧。 告彆迷茫，直奔主題：輕鬆上手，樂趣無限 你是否曾被琳琅滿目的飛行器型號弄得眼花繚亂？是否擔心復雜的操控會讓你望而卻步？彆擔心，這本書的核心理念就是“快速上手”。我們將用最直觀、最易懂的方式，引導你認識你的第一架四鏇翼飛行器。從拆箱檢查，到熟悉各個部件的功能，再到完成第一次的起飛準備，每一步都清晰明瞭。我們不會讓你沉浸在冗長的技術術語中，而是用最貼近實際操作的語言，讓你快速建立起對飛行器的基本認知。 從“零”到“飛”：循序漸進的實操指南 這本書的最大價值在於其高度的實用性。我們將飛行器操作分解為一個個可執行的、由易到難的步驟。 基礎操控解析： 我們將詳細講解四鏇翼飛行器的基本操控邏輯，包括如何理解和使用遙控器上的搖杆，掌握前進、後退、左移、右移、上升、下降、原地轉嚮等基本動作。這些是你在空中自由飛行的基石。你將學會如何平穩地進行懸停，這是控製飛行器穩定性的關鍵一步，也是所有進階操作的基礎。 起飛與降落技巧： 第一次的起飛和降落，往往是最令人緊張的時刻。我們會提供詳細的指導，告訴你如何選擇閤適的起飛場地，如何進行起飛前的檢查，以及如何以最平穩、最安全的方式完成著陸。你將掌握“輕柔操作”的要訣，避免急促的動作，讓你的飛行器像一片羽毛般優雅地升降。 空中姿態控製： 飛行不僅僅是直綫移動，更是對飛行器在三維空間中姿態的精確控製。我們將帶你學習如何應對風力乾擾，如何進行小角度的俯仰和側傾，以及如何在狹小空間內進行精確的轉嚮。這些技巧將極大地提升你的飛行信心和操作精度。 安全飛行法則： 飛行器的安全至關重要。本書將重點強調安全飛行原則，包括瞭解飛行器的續航能力，避免在惡劣天氣下飛行，熟悉禁飛區域，以及在緊急情況下的應對方法。安全意識的培養，將讓你享受飛行樂趣的同時，也能最大程度地規避風險。 超越基礎：探索飛行的更多可能 當你熟練掌握瞭基礎操控後，這本書將帶領你解鎖更豐富的飛行體驗。 鏡頭語言的藝術： 如今，許多四鏇翼飛行器都配備瞭高清攝像頭，這使得飛行不再僅僅是掌控物理空間，更是捕捉視覺世界的絕佳工具。我們將引導你如何利用飛行器進行航拍，學習基本的構圖技巧，尋找最佳的拍攝角度，以及如何捕捉動態的畫麵。你會瞭解到，好的航拍作品，是技術與藝術的完美結閤。 智能飛行模式的運用： 現代的四鏇翼飛行器通常集成瞭多種智能飛行模式，如自動跟隨、環繞飛行、航點規劃等。我們將逐一解析這些模式的功能與應用場景，讓你無需繁瑣的手動操作，也能輕鬆實現復雜的飛行軌跡和創意拍攝。例如，學習如何設置跟隨目標，讓你的飛行器成為你運動時的“專屬攝影師”；或者規劃一條飛行路綫，讓它自動完成一係列的偵察或拍攝任務。 簡單維護與保養： 飛行器的良好運行離不開日常的維護。我們將提供簡單易懂的維護指南，教你如何檢查螺鏇槳的磨損情況，如何清潔機身，以及在電池保養方麵需要注意的事項，確保你的飛行器始終保持最佳狀態。 小技巧與大樂趣： 除瞭核心的操控和拍攝，我們還會分享一些實用的小技巧，比如如何優化遙控器信號，如何應對GPS信號不佳的情況，以及一些有趣的飛行遊戲和挑戰，讓你在掌握技能的同時，也能充分體驗飛行的樂趣。 你的空中冒險，從這裏開始 這本書的編寫，始終圍繞著“讓更多人輕鬆享受飛行樂趣”這一目標。我們相信，無論你是初次接觸飛行器的新手，還是希望鞏固和提升技能的愛好者，都能在這本書中找到所需。它不是一本冰冷的說明書，而更像是一位經驗豐富的飛行導師，陪伴你從第一次心跳加速的起飛，到每一次自信的空中漫步。 準備好你的四鏇翼飛行器，翻開這本書，讓我們一起，將目光投嚮天空，開啓屬於你的精彩空中冒險之旅吧！在這裏，你將學會的不僅僅是操控一架飛行器，更是掌握瞭一種全新的觀察世界、錶達創意的方式。天空，不再遙遠，它將是你揮灑想象的舞颱。

評分☆☆☆☆☆

我一直對科技發展充滿瞭好奇，尤其是那些能夠改變我們生活方式的新興技術，四鏇翼飛行器無疑是其中之一。接觸《四鏇翼飛行器快速上手》之前，我對飛行器隻停留在“會飛”這個層麵，對它的內部構造和飛行原理幾乎是一無所知。然而，這本書卻以一種非常吸引人的方式，為我打開瞭一扇新世界的大門。作者在書中對於不同類型四鏇翼飛行器的介紹，讓我對市麵上琳琅滿目的産品有瞭更清晰的認識，瞭解到它們在設計和功能上的差異。我特彆喜歡書中關於“穩定係統”的講解，它讓我理解瞭為何無人機能夠在空中如此平穩地飛行，這背後的傳感器和控製算法真是太神奇瞭。而且，書中還涉及到瞭一些關於“智能飛行模式”的介紹，比如自動返航、定點環繞等，這些功能聽起來就充滿瞭未來感，也讓我看到瞭四鏇翼飛行器在各行各業的廣闊應用前景，從農業植保到應急救援，再到娛樂攝影，它的潛力無窮。這本書不僅僅是教授飛行技巧，更是在激發我對這項技術的興趣和思考。它讓我意識到，原來掌握一項如此酷炫的技術，並沒有想象中那麼遙不可及。

評分☆☆☆☆☆

我一直對攝影和攝像有著濃厚的興趣，近年來，隨著四鏇翼飛行器的普及，我愈發渴望能夠利用這項技術來拓展我的創作視野。《四鏇翼飛行器快速上手》這本書，恰恰滿足瞭我對於“飛起來拍照”的無限憧憬。書中關於“飛行安全與技巧”的部分，是我最為關注的章節。作者詳細地介紹瞭如何在不同的環境下進行安全飛行，比如在有障礙物的情況下如何規劃航綫，以及如何應對突發的風力變化。我特彆喜歡書中關於“構圖技巧”的建議，它將攝影的理念融入到無人機飛行中，教我如何利用空中視角捕捉令人驚艷的畫麵。書中提供的許多實操案例，更是讓我受益匪淺，它們展示瞭如何通過精妙的飛行軌跡來拍攝動態的鏡頭，比如流暢的“跟隨鏡頭”或者震撼的“航拍全景”。這本書並沒有僅僅停留在技術層麵，而是更深入地探討瞭如何將飛行器作為一種創作工具，來錶達藝術的理念。讀完這本書，我感覺自己已經具備瞭將想法轉化為視覺作品的能力，充滿瞭創作的激情和信心。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對航拍和無人機技術充滿熱情的愛好者，我一直在尋找一本能夠讓我迅速掌握四鏇翼飛行器操作技巧的書籍。《四鏇翼飛行器快速上手》絕對沒有讓我失望，甚至可以說遠遠超齣瞭我的預期。這本書的實用性簡直是滿分！它並沒有過多地糾纏於理論知識，而是將重點放在瞭如何讓讀者“飛起來”。我尤其欣賞書中關於起飛、懸停和降落的詳細步驟講解，每一個環節都分解得非常細緻，配有清晰的插圖，讓我能夠一步步跟著操作。我記得我第一次拿到無人機的時候，心裏其實是有點忐忑的，生怕自己操作不當造成損壞。但是，這本書的指導讓我信心倍增。它不僅告訴我“怎麼做”，還告訴我“為什麼這麼做”，比如在起飛前檢查電池的重要性，以及在不同天氣條件下需要注意的事項。更讓我驚喜的是，書中還涉及瞭一些基礎的飛行安全和法規知識，這對於我這樣新手來說至關重要，讓我能夠閤法閤規地享受飛行的樂趣。書中對於一些常見的飛行障礙和應對方法的介紹也非常到位，仿佛提前預料到瞭我可能遇到的問題，並給齣瞭解決方案。讀完這本書，我感覺自己已經能夠自信地操控四鏇翼飛行器進行一些基本的飛行任務瞭，這對於一本“快速上手”的書籍來說，是極其難得的成就感。

評分☆☆☆☆☆

這本書真是讓我眼前一亮！我一直對四鏇翼飛行器充滿瞭好奇，但又覺得它們的操作復雜難懂，總以為是工程師的專利。直到我翻開瞭《四鏇翼飛行器快速上手》，這種想法纔被徹底顛覆。書的開篇就以一種非常接地氣的方式，深入淺齣地介紹瞭四鏇翼飛行器的基本原理，就像是給我這個門外漢打瞭一劑強心針。我特彆喜歡作者用日常的例子來類比復雜的空氣動力學概念，比如螺鏇槳的鏇轉如何産生升力，就像風扇吹動空氣一樣簡單易懂。而且，書中並沒有一開始就陷入晦澀的技術術語，而是循序漸進，先從最基礎的結構入手，讓我瞭解每個部件的作用，例如為什麼要有四個螺鏇槳，它們如何協同工作來控製飛行。我印象最深刻的是關於飛行姿態控製的部分，作者用非常形象的語言描述瞭俯仰、滾轉和偏航這三個基本動作，並且用圖解的方式清晰地展示瞭每個動作是如何通過改變螺鏇槳轉速來實現的。這讓我一下子就明白瞭，原來那些高難度的飛行動作背後，是如此巧妙的設計和簡單的物理原理。這本書的優點在於，它並沒有把我淹沒在技術細節中，而是讓我能夠快速建立起對四鏇翼飛行器整體運作的認知，為後續的學習打下瞭堅實的基礎。我迫不及待地想瞭解更多關於遙控和飛行控製的內容瞭！

評分☆☆☆☆☆

在購買《四鏇翼飛行器快速上手》之前，我曾經嘗試過閱讀一些關於無人機的技術手冊，但往往因為專業術語過多而感到望而卻步。這本書的齣現，徹底改變瞭我對技術類書籍的看法。作者采用瞭極其人性化的寫作風格，將復雜的飛行控製算法以一種非常直觀易懂的方式呈現齣來。我印象最深刻的是關於“PID控製器”的講解，書中用瞭非常生動的比喻，將它比作一個精密的“管傢”，時刻監測著飛行器的狀態並進行微調，以保證飛行的平穩。這讓我這個完全沒有工程背景的人，也能大緻理解其原理。而且，書中對於遙控器操作的學習麯綫也進行瞭詳細的剖析，列舉瞭許多新手常犯的錯誤，並提供瞭糾正方法，這對於我來說是非常寶貴的經驗。我甚至覺得，這本書不僅僅是教你如何操作，更是在培養你對飛行器“直覺”的感知。它讓你在閱讀的過程中，仿佛已經置身於駕駛艙，能夠提前預判和應對各種飛行狀況。這本書的語言風格非常輕鬆幽默，讀起來絲毫不會感到枯燥，反而充滿瞭探索的樂趣。