固定翼无人机控制律和状态观测器的设计 : 仿真和试验

第1章 引言 1.1 无人机分类 1.2 固定翼无人机的非军事应用 1.3 固定翼无人机的控制系统 1.4 固定翼无人机状态观测器 第2章 空气动力学基础 2.1 空气动力学基本原理 2.1.1 基本大气 2.1.2 大气压强 2.1.3 标准大气模型 2.1.4 大气温度 2.1.5 大气密度 2.1.6 机翼 2.1.7 伯努利定理 2.1.8 压心 2.2 飞行中的作用力 2.2.1 阻力 2.2.2 推力 2.2.3 升力 2.3 机体坐标系 2.3.1 飞机操纵面 2.3.2 飞机结构 2.4 小结 第3章 固定翼无人机运动方程 3.1 固定翼无人机的控制面 3.2 固定翼无人机常用坐标系 3.3 固定翼无人机的状态变量 3.4 刚体的运动 3.5 运动学模型 3.6 固定翼无人机的解耦模型 3.6.1 纵向（俯仰）运动 3.6.2 横侧向运动 3.6.3 变量的替换 3.7 小结 第4章 线性控制器 4.1 PD和PID控制器 4.2 LQR控制器 4.3 具有离散卡尔曼滤波器的LQR控制器 4.4 小结 第5章 非线性控制器 5.1 嵌套饱和控制器 5.2 反步控制器 5.3 滑模控制器 5.4 带滑动模态的嵌套饱和控制器 5.5 具有二阶滑模的嵌套饱和控制器 5.6 含高阶滑模的嵌套饱和控制器 5.7 滑模反步控制器 5.8 二阶滑模反步控制器 5.9 高阶滑模反步控制器 5.10 基于滑模理论梯度法的MIT规则 5.11 小结 第6章 状态观测器 6.1 控制理论中的状态观测器概念和应用 6.2 互补滤波器 6.3 滑模观测器 6.3.1 滑模面 6.3.2 剪切效应和滑动面 6.3.3 系统阻尼 6.4 非线性扩展状态观测器 6.5 反步观测器 6.6 观测器仿真结果 6.6.1 带观测器的PD控制器 6.6.2 带观测器的反步控制器 6.6.3 带观测器的滚转通道PD控制仿真 6.6.4 带观测器的偏航通道PD控制仿真 6.6.5 带观测器的高度PD控制仿真 6.6.6 带观测器的滚转通道反步控制仿真 6.6.7 带观测器的偏航通道反步控制仿真 6.6.8 带观测器的高度反步控制仿真 6.7 小结 第7章 试验机及试验结果 7.1 试验平台 7.2 电机和舵机 7.3 惯性测量单元（IMU） 7.4 电台 7.5 光耦合模块 7.6 微控制器和高度计 7.7 Rabbit 6000微处理器 7.8 锂电池 7.9 线性/非线性控制器试验结果 7.9.1 PD控制器 7.9.2 PID控制器 7.9.3 LQR控制器 7.9.4 含离散卡尔曼滤波器的LQR控制器 7.9.5 反步控制器 7.10 线性和非线性观测器试验结果 7.10.1 Luenberger观测器+PD控制 7.10.2 滑模观测器（SMO）+PD控制 7.10.3 NESO（非线性扩展状态观测器）+PD控制 7.10.4 SMO（滑模状态观测器）+反步控制 7.10.5 NESO（非线性扩展状态观测器）+反步控制 7.11 小结 附录A 数学基础 附录B 运动学和动力学基础 附录C Lyapunov稳定性 附录D 线性/非线性控制器基础 附录E 离散卡尔曼滤波器 附录F 线性/非线性控制器（嵌入式系统程序） 附录G 线性/非线性状态观测器（嵌入式系统程序） 附录H MATLAB程序 附录I 高度计程序 参考文献