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無人機仿真技術 版權信息
- ISBN：9787115637819
- 條形碼：9787115637819 ; 978-7-115-63781-9
- 裝幀：平裝
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
無人機仿真技術 本書特色
1.本書以新技術應用能力和專業綜合素質的培養為主線，合理構架人才的知識結構，培養扎實的基礎理論知識，提升無人機系統設計應用能力，適應無人機產業鏈生產制造企業系統測試，駕駛員等崗位需要的高端技術技能人才。
2.本書利用慕課平臺開放課程《無人機仿真技術》資源庫資源提供多種形式的資源編寫，配套資源豐富。
3.工業和信息化部“十四五”規劃教材
無人機仿真技術 內容簡介
本書系統闡述了無人機系統仿真的基礎理論和方法，集基礎性、前沿性、實用性為一體。全書共7 章，主 要內容包括無人機結構與飛行原理、多旋翼無人機設計、4 旋翼無人機三維建模、無人機飛行控制系統、4 旋 翼無人機氣動模型仿真系統、遙控器調試及仿真飛行操作、航線規劃智能仿真飛行等。 本書可作為高等院校無人機相關專業、電子信息工程技術專業無人機方向相關課程等的教材，也可作為社 會從事或準備從事無人機仿真技術工作人員的業務技能培訓用書。
無人機仿真技術 目錄
第 1章 無人機結構與飛行原理 ........................................................................................... 1
1.1 固定翼無人機結構與飛行原理 ……………………………………………………………………… 1
1.1.1 固定翼無人機的結構 …………………………………………………………………………… 1
1.1.2 翼型 ……………………………………………………………………………………………… 7
1.1.3 固定翼無人機飛行原理 ……………………………………………………………………… 10
1.2 多旋翼無人機結構與飛行原理 …………………………………………………………………… 14
1.2.1 多旋翼無人機的結構 ………………………………………………………………………… 15
1.2.2 遙控裝置 ……………………………………………………………………………………… 24
1.2.3 多旋翼無人機的飛行原理 …………………………………………………………………… 26
1.2.4 多旋翼無人機的調試 ………………………………………………………………………… 32
1.2.5 基本操作要求和日常維護 …………………………………………………………………… 34
1.3 直升無人機結構與飛行原理 ……………………………………………………………………… 35
1.3.1 直升無人機的結構 …………………………………………………………………………… 36
1.3.2 直升無人機的飛行原理 ……………………………………………………………………… 38
1.3.3 旋翼機的飛行原理 …………………………………………………………………………… 41
思考與練習 ………………………………………………………………………………………………… 42
第 2章 多旋翼無人機設計 .................................................................................................44
2.1 總體參數設計 ……………………………………………………………………………………… 44
2.1.1 多旋翼無人機各部分質量 …………………………………………………………………… 44
2.1.2 整機功重比 …………………………………………………………………………………… 45
2.1.3 鋰聚合物電池能量質量比 …………………………………………………………………… 46
2.1.4 載重、航時、總重相互關系計算 …………………………………………………………… 46
2.2 飛行平臺設計 ……………………………………………………………………………………… 47
無人機仿真技術
2
2.2.1 氣動布局選擇（動力分攤） ………………………………………………………………… 47
2.2.2 動力組選型 …………………………………………………………………………………… 48
2.2.3 重要尺寸的確定 ……………………………………………………………………………… 51
思考與練習 ………………………………………………………………………………………………… 52
第3章 4旋翼無人機三維建模 ..........................................................................................53
3.1 SolidWorks基礎 ……………………………………………………………………………………… 54
3.1.1 模型設計 ……………………………………………………………………………………… 54
3.1.2 用戶界面 ……………………………………………………………………………………… 55
3.1.3 草圖 …………………………………………………………………………………………… 57
3.1.4 拉伸 …………………………………………………………………………………………… 65
3.1.5 裝配體 ………………………………………………………………………………………… 66
3.1.6 工程圖 ………………………………………………………………………………………… 67
3.2 三維零件建模 ……………………………………………………………………………………… 67
3.2.1 中心板三維建模 ……………………………………………………………………………… 67
3.2.2 腳架三維建模 ………………………………………………………………………………… 72
3.2.3 海綿三維建模 ………………………………………………………………………………… 73
3.2.4 電機三維建模 ………………………………………………………………………………… 76
3.3 三維模型整機裝配 ………………………………………………………………………………… 80
3.3.1 標準配合 ……………………………………………………………………………………… 80
3.3.2 高級配合 …………………………………………………………………………………… 81
3.3.3 裝配體設計 …………………………………………………………………………………… 81
思考與練習 ………………………………………………………………………………………………… 85
第4章 無人機飛行控制系統 .............................................................................................86
4.1 飛行控制系統概述 ………………………………………………………………………………… 86
4.1.1 飛行控制系統的發展 ………………………………………………………………………… 86
4.1.2 飛行控制系統的基本任務 …………………………………………………………………… 87
4.2 飛行控制系統的組成 ……………………………………………………………………………… 87
4.2.1 主控模塊 ……………………………………………………………………………………… 87
4.2.2 傳感器 ………………………………………………………………………………………… 88
目 錄
3
4.2.3 數據存儲模塊 ………………………………………………………………………………… 91
4.2.4 舵機信號輸入與輸出模塊 …………………………………………………………………… 91
4.3 飛行控制軟件功能模塊 …………………………………………………………………………… 92
4.4 姿態 ………………………………………………………………………………………………… 94
4.5 無人機姿態控制 …………………………………………………………………………………… 97
4.5.1 PID控制原理和特點 ………………………………………………………………………… 97
4.5.2 PID 控制方法 ………………………………………………………………………………… 98
4.5.3 4旋翼無人機中的PID ………………………………………………………………………… 102
思考與練習 ………………………………………………………………………………………………… 108
第5章 4旋翼無人機氣動模型仿真系統 ....................................................................... 109
5.1 X-Plane飛行模擬軟件介紹 ………………………………………………………………………… 109
5.2 Plane Maker基本功能介紹 ………………………………………………………………………… 113
5.2.1 Plane Maker簡介 ……………………………………………………………………………… 113
5.2.2 Plane Maker界面 ……………………………………………………………………………… 113
5.3 無人機氣動模型仿真系統 ………………………………………………………………………… 118
5.3.1 氣動模型準備 ………………………………………………………………………………… 119
5.3.2 F450型多旋翼機身氣動建模 ………………………………………………………………… 120
5.3.3 支臂的氣動建模 ……………………………………………………………………………… 125
5.3.4 發動機的氣動建模 …………………………………………………………………………… 126
5.3.5 塑造腳架氣動模型 …………………………………………………………………………… 129
5.4 仿真效果輸出報告 ………………………………………………………………………………… 132
思考與練習 ………………………………………………………………………………………………… 133
第6章 遙控器調試及仿真飛行操作 .............................................................................. 134
6.1 仿真系統的具體實施過程 ………………………………………………………………………… 134
6.2 仿真系統使用說明 ………………………………………………………………………………… 137
6.2.1 仿真套件組成 ………………………………………………………………………………… 137
6.2.2 遙控器組成 ………………………………………………………………………………… 138
6.2.3 飛行模式 ……………………………………………………………………………………… 138
6.2.4 遙控器使用及配對 ………………………………………………………………………… 139
無人機仿真技術
4
6.3 虛擬仿真試驗操作及仿真效果 …………………………………………………………………… 142
思考與練習 ………………………………………………………………………………………………… 144
第7章 航線規劃智能仿真飛行 ...................................................................................... 145
7.1 無人機地面站系統功能簡介 ……………………………………………………………………… 145
7.1.1 地面站的組成 ………………………………………………………………………………… 145
7.1.2 地面站功能 …………………………………………………………………………………… 148
7.1.3 地面站分類 …………………………………………………………………………………… 151
7.1.4 地面站相關理論知識 ………………………………………………………………………… 152
7.2 植保作業仿真 ……………………………………………………………………………………… 155
思考與練習 ………………………………………………………………………………………………… 162
參考文獻............................................................................................................................. 164
1.1 固定翼無人機結構與飛行原理 ……………………………………………………………………… 1
1.1.1 固定翼無人機的結構 …………………………………………………………………………… 1
1.1.2 翼型 ……………………………………………………………………………………………… 7
1.1.3 固定翼無人機飛行原理 ……………………………………………………………………… 10
1.2 多旋翼無人機結構與飛行原理 …………………………………………………………………… 14
1.2.1 多旋翼無人機的結構 ………………………………………………………………………… 15
1.2.2 遙控裝置 ……………………………………………………………………………………… 24
1.2.3 多旋翼無人機的飛行原理 …………………………………………………………………… 26
1.2.4 多旋翼無人機的調試 ………………………………………………………………………… 32
1.2.5 基本操作要求和日常維護 …………………………………………………………………… 34
1.3 直升無人機結構與飛行原理 ……………………………………………………………………… 35
1.3.1 直升無人機的結構 …………………………………………………………………………… 36
1.3.2 直升無人機的飛行原理 ……………………………………………………………………… 38
1.3.3 旋翼機的飛行原理 …………………………………………………………………………… 41
思考與練習 ………………………………………………………………………………………………… 42
第 2章 多旋翼無人機設計 .................................................................................................44
2.1 總體參數設計 ……………………………………………………………………………………… 44
2.1.1 多旋翼無人機各部分質量 …………………………………………………………………… 44
2.1.2 整機功重比 …………………………………………………………………………………… 45
2.1.3 鋰聚合物電池能量質量比 …………………………………………………………………… 46
2.1.4 載重、航時、總重相互關系計算 …………………………………………………………… 46
2.2 飛行平臺設計 ……………………………………………………………………………………… 47
無人機仿真技術
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2.2.1 氣動布局選擇（動力分攤） ………………………………………………………………… 47
2.2.2 動力組選型 …………………………………………………………………………………… 48
2.2.3 重要尺寸的確定 ……………………………………………………………………………… 51
思考與練習 ………………………………………………………………………………………………… 52
第3章 4旋翼無人機三維建模 ..........................................................................................53
3.1 SolidWorks基礎 ……………………………………………………………………………………… 54
3.1.1 模型設計 ……………………………………………………………………………………… 54
3.1.2 用戶界面 ……………………………………………………………………………………… 55
3.1.3 草圖 …………………………………………………………………………………………… 57
3.1.4 拉伸 …………………………………………………………………………………………… 65
3.1.5 裝配體 ………………………………………………………………………………………… 66
3.1.6 工程圖 ………………………………………………………………………………………… 67
3.2 三維零件建模 ……………………………………………………………………………………… 67
3.2.1 中心板三維建模 ……………………………………………………………………………… 67
3.2.2 腳架三維建模 ………………………………………………………………………………… 72
3.2.3 海綿三維建模 ………………………………………………………………………………… 73
3.2.4 電機三維建模 ………………………………………………………………………………… 76
3.3 三維模型整機裝配 ………………………………………………………………………………… 80
3.3.1 標準配合 ……………………………………………………………………………………… 80
3.3.2 高級配合 …………………………………………………………………………………… 81
3.3.3 裝配體設計 …………………………………………………………………………………… 81
思考與練習 ………………………………………………………………………………………………… 85
第4章 無人機飛行控制系統 .............................................................................................86
4.1 飛行控制系統概述 ………………………………………………………………………………… 86
4.1.1 飛行控制系統的發展 ………………………………………………………………………… 86
4.1.2 飛行控制系統的基本任務 …………………………………………………………………… 87
4.2 飛行控制系統的組成 ……………………………………………………………………………… 87
4.2.1 主控模塊 ……………………………………………………………………………………… 87
4.2.2 傳感器 ………………………………………………………………………………………… 88
目 錄
3
4.2.3 數據存儲模塊 ………………………………………………………………………………… 91
4.2.4 舵機信號輸入與輸出模塊 …………………………………………………………………… 91
4.3 飛行控制軟件功能模塊 …………………………………………………………………………… 92
4.4 姿態 ………………………………………………………………………………………………… 94
4.5 無人機姿態控制 …………………………………………………………………………………… 97
4.5.1 PID控制原理和特點 ………………………………………………………………………… 97
4.5.2 PID 控制方法 ………………………………………………………………………………… 98
4.5.3 4旋翼無人機中的PID ………………………………………………………………………… 102
思考與練習 ………………………………………………………………………………………………… 108
第5章 4旋翼無人機氣動模型仿真系統 ....................................................................... 109
5.1 X-Plane飛行模擬軟件介紹 ………………………………………………………………………… 109
5.2 Plane Maker基本功能介紹 ………………………………………………………………………… 113
5.2.1 Plane Maker簡介 ……………………………………………………………………………… 113
5.2.2 Plane Maker界面 ……………………………………………………………………………… 113
5.3 無人機氣動模型仿真系統 ………………………………………………………………………… 118
5.3.1 氣動模型準備 ………………………………………………………………………………… 119
5.3.2 F450型多旋翼機身氣動建模 ………………………………………………………………… 120
5.3.3 支臂的氣動建模 ……………………………………………………………………………… 125
5.3.4 發動機的氣動建模 …………………………………………………………………………… 126
5.3.5 塑造腳架氣動模型 …………………………………………………………………………… 129
5.4 仿真效果輸出報告 ………………………………………………………………………………… 132
思考與練習 ………………………………………………………………………………………………… 133
第6章 遙控器調試及仿真飛行操作 .............................................................................. 134
6.1 仿真系統的具體實施過程 ………………………………………………………………………… 134
6.2 仿真系統使用說明 ………………………………………………………………………………… 137
6.2.1 仿真套件組成 ………………………………………………………………………………… 137
6.2.2 遙控器組成 ………………………………………………………………………………… 138
6.2.3 飛行模式 ……………………………………………………………………………………… 138
6.2.4 遙控器使用及配對 ………………………………………………………………………… 139
無人機仿真技術
4
6.3 虛擬仿真試驗操作及仿真效果 …………………………………………………………………… 142
思考與練習 ………………………………………………………………………………………………… 144
第7章 航線規劃智能仿真飛行 ...................................................................................... 145
7.1 無人機地面站系統功能簡介 ……………………………………………………………………… 145
7.1.1 地面站的組成 ………………………………………………………………………………… 145
7.1.2 地面站功能 …………………………………………………………………………………… 148
7.1.3 地面站分類 …………………………………………………………………………………… 151
7.1.4 地面站相關理論知識 ………………………………………………………………………… 152
7.2 植保作業仿真 ……………………………………………………………………………………… 155
思考與練習 ………………………………………………………………………………………………… 162
參考文獻............................................................................................................................. 164
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無人機仿真技術 作者簡介
張琪，南京工業職業技術大學航空學院副院長，分管技能大賽、省大創、校企合作、實訓室建設、資產管理、繼續教育、社會服務、實驗實訓室環境及培訓安全穩定。協助院長做好國際合作與交流工作。聯系電子信息工程系。
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