多旋翼无人机设计/普通高等教育创新型人才培养规划教材_陈阳，梁建宏著_9787512427037

　　《多旋翼无人机设计/普通高等教育创新型人才培养规划教材》从介绍多旋翼无人机各子系统的组成出发，结合理论知识设置了多个实验测试环节，包含机身机械结构子系统、电机／螺旋桨子系统、电源子系统、传感器子系统、控制子系统等主要系统模块。《多旋翼无人机设计/普通高等教育创新型人才培养规划教材》旨在帮助学生进行基于模块化的子系统学习以掌握多旋翼无人机设计中的关键技术及方法，并最终具备形成飞行器总系统的能力。《多旋翼无人机设计/普通高等教育创新型人才培养规划教材》具有基础性、实践性、系统性等特点。
　　《多旋翼无人机设计/普通高等教育创新型人才培养规划教材》可作为高年级本科生教材，还可作为该领域研究的入门指南，亦可作为多旋翼飞行器工程师的自学教材。

　　目前，无人机在公共安全、消费等领域得到越来越广泛的应用，并且作为一种智能设备，其将在农业植保、国土监测、企业服务等领域得到越来越多的关注。然而，由于无人机开发具有一定的技术门槛，仅有少数一些院校能够进行与无人机相关的科学研究活动，对于具有电子、信息、控制等专业的众多院校而言，其进行无人机平台开发具有一定的难度。鉴于此，我们希望能够推出一套无人机专业课程建设方案，以期推动无人机教学在各大高校的普及，进而促进无人机在应用领域的发展。
　　从航空飞行器的发展历程来看，按照产生升力原理的不同，航空飞行器主要分为轻于空气的航空飞行器和重于空气的航空飞行器两大类。前者靠空气静浮力升空，包括气球、飞艇等；后者靠空气动力克服重力升空，包括固定翼飞行器、旋翼飞行器及扑翼飞行器。其中，固定翼飞行器续航时间最长、飞行效率最高、载荷最大，但它需要助跑起飞，降落时必须滑行；扑翼飞行器更多的是从仿生角度模仿鸟类的飞行；旋翼飞行器虽然不具备固定翼飞行器足够长的续航时间，但它垂直起降的优点适合场地有限的飞行，相较于固定翼飞行器，旋翼飞行器更适合于无人机专业建设，利于实验实训的开展。
　　就旋翼飞行器而言，可分为单旋翼飞行器和多旋翼飞行器两种。其中，单旋翼飞行器主要是我们常见的直升机，此种飞行器机械结构复杂，维护较为困难；多旋翼飞行器主要有三旋翼、四旋翼、六旋翼、八旋翼等。多旋翼飞行器由于其结构紧凑，2005-2013年期间，国内外许多高校、企业等的科研团队针对多旋翼的自主飞行控制进行了深入研究，证明其相较于单旋翼飞行器具有更好的安全性与操作性，并且可控性好。
　　自2013年起，多旋翼飞行器在消费级市场迎来了爆发式发展，目前在消费级无人飞行器市场占据了很大的份额，国内包括大疆、极飞、零度智控、科比特、亿航等从事无人机研发生产的厂商在该领域做了大量的工作，对推动我国多旋翼飞行器的发展做出了突出的贡献。
　　多旋翼飞行器的使用者主要有两类：第一类是单纯的任务载荷使用者，主要是直接基于前述厂商提供的多旋翼飞行器平台实现航拍、植保、监控等任务；第二类是包括本专科院校师生在内的极客与爱好者，利用前述厂商提供的机械、动力配件，结合自身在飞行器导航、制导与控制方面的兴趣，自己动手制作多旋翼飞行器。对于第一类使用者，主要是向其提供一套使用便捷的飞行器系统；对于第二类使用者，则涉及包括机械、动力、电子、控制、软件等多学科的设计与测试。
　　综上所述，选用多旋翼飞行器作为无人机专业的切入点具有理论与市场基础。
　　从逆向设计来看，多旋翼无人机的设计主要包括系统的总体方案设计及各子系统的详细设计。总体方案设计主要是对需求分析进行学科专业分解，形成各个子系统方案，而后针对子系统进行详细设计。多旋翼无人机系统可分解为如下子系统：机身机械结构子系统、电机／螺旋桨子系统、电源子系统、传感器子系统、控制子系统、数据链路子系统。就开设无人机专业课程而言，可以从介绍多旋翼无人机子系统出发，结合理论知识设置各个子系统的实验测试环节，帮助学生基于模块化建立起多旋翼无人机设计中关键技术的认知及解决方法，最终形成飞行器总系统。
　　全书内容如下：
　　第1章无人机概述：主要讲述无人机、多旋翼无人机的概念；重点是帮助学生建立起多旋翼无人机的基本概念并确立总体设计原则，使其能够对多旋翼无人机的性能进行分析评价。
　　第2章多旋翼无人机的机械结构：主要讲述多旋翼无人机结构设计的要求及材料选择，振动的来源及减振措施；重点是帮助学生确立结构设计的原则以及选择减振方法。
　　第3章多旋翼无人机动力系统：主要讲述不同的动力电池、无刷电机、螺旋桨，并进行动力系统建模；重点是帮助学生认识不同类型电池的特性，掌握无刷电机的参数及螺旋桨升力、扭矩参数的测试及动力系统建模方法。
　　第4章多旋翼无人机传感系统：主要讲述无人机导航需要的加速度计、陀螺仪、磁强计、GPS接收机、气压高度计、超声测距与光流测速等传感器的原理与使用，并介绍组合导航算法；重点是帮助学生理解并掌握不同传感器的使用方法及工程注意事项。
　　第5章多旋翼无人机飞行控制系统：主要讲述多旋翼无人机动力学建模、参数辨识、姿态稳定控制方法设计及仿真；重点是帮助学生掌握飞行控制的基本规律及现有自驾仪的参数调整方法。
　　第6章多旋翼无人机的发展与展望：主要讲述多旋翼无人机的先进控制方法及视觉导航发展；重点是帮助学生跟踪未来发展趋势。
　　本书由陈阳、梁建宏编著，其中，第1、2、6章由梁建宏编写，第3、4、5章及附录由陈阳编写。北京博创尚和科技有限公司在测试平台上给予了很大的支持，在此表示衷心的感谢！
　　本书涉及工程领域的多个学科，由于作者水平有限，错漏之处在所难免，恳请广大读者批评指正。关于本书的任何建议和疑问，请读者与作者联系。
　　作者
　　2018年3月

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