- 高等教育出版社
- 9787040630541
- 1
- 529124
- 平装
- 16开
- 2024-09-23
- 160
- 128
本书是一本探索利用元宇宙和虚拟现实技术来讲述自动控制原理的“元形态教材”。通过在元宇宙中构建虚拟校园学习环境，学生可在虚拟教室、虚拟实验室、虚拟图书馆和虚拟操场等元宇宙环境中学习系统与控制的理论知识并动手实践完成相关控制实验。同时本书以四旋翼无人机的飞行控制作为贯穿全书的实例，从应用需求的角度，以“极点”为核心，介绍了系统与控制的基础内容，将经典控制理论和现代控制理论融合统一。
本书共分为5章。第1章为绪论，介绍系统与控制的基本概念以及作为实例背景的无人机、作为虚拟平台的元宇宙；第2章介绍四旋翼无人机系统的运动学模型、动力学模型和力与力矩模型的详细推导过程，并给出微分方程和状态空间两种不同的模型表示方法；第3章则介绍了系统平衡点的概念以及非线性模型的线性化方法，并推导出以传递函数形式描述的无人机线性化模型；第4章阐述控制理论中的系统分析与设计方法，给出了系统的稳态和动态性能指标以及基于极点配置的PID控制器设计方法；第5章作为控制系统的实践章节，在介绍本书配套的元宇宙实验环境“元宇宙无人机控制实验室”基础上，给出了无人机高度控制任务和无人机位置控制任务两个基础实验任务，以及无人机轨迹跟踪控制任务和无人机路径规划控制任务两个综合实验任务。
本书可作为普通高校、高职高专院校的自动化类、电气类、机械类以及需要对系统与控制有所认识的其他专业学习系统与控制理论及技术的教材和参考书，也可以作为成人高等教育相关课程的教材，还可以供有关科研人员和工程技术人员参考。
前辅文
1 系统与控制、无人机、元宇宙
1.1 系统、控制与控制系统
1.2 无人机与无人机控制系统
1.3 元宇宙、虚拟现实与虚拟校园
1.4 控制系统基本知识
1.4.1 开环控制系统与闭环控制系统
1.4.2 单输入单输出系统与多输入多输出系统
1.4.3 线性系统与非线性系统
1.4.4 单闭环系统与串级控制系统
1.4.5 控制系统的评价指标
1.4.6 控制系统的多样性
1.5 本章小结
2 四旋翼无人机的建模与仿真
2.1 四旋翼无人机运动状态的数学描述
2.1.1 参考坐标系
2.1.2 无人机运动状态描述
2.1.3 旋转矩阵——坐标系旋转的数学描述
2.2 无人机运动学建模
2.2.1 平动运动学
2.2.2 姿态运动学
2.3 无人机动力学建模
2.3.1 平动动力学
2.3.2 姿态动力学
2.4 无人机力与力矩分析
2.5 无人机动态系统模型的数值仿真
2.5.1 无人机的常微分方程模型
2.5.2 无人机的状态空间模型
2.5.3 微分方程的数值仿真方法
2.5.4 恒定升力下无人机运动的数值仿真
2.6 本章小结
3 四旋翼无人机系统的设计模型
3.1 非线性系统的线性化
3.2 无人机系统的线性化
3.2.1 无人机系统的平衡点
3.2.2 无人机的线性化状态空间模型
3.3 传递函数模型
3.3.1 传递函数的定义
3.3.2 状态空间模型转换为传递函数
3.3.3 四旋翼无人机的传递函数模型
3.4 本章小结
4 四旋翼无人机的控制系统设计
4.1 四旋翼无人机的控制系统
4.2 控制系统的期望特性
4.2.1 控制系统的稳定性
4.2.2 控制系统的动态特性
4.2.3 控制系统的稳态特性
4.3 PID控制器
4.4 基于极点配置的PID控制器设计
4.4.1 动态性能指标和闭环极点的关系
4.4.2 基于动态性能指标的闭环极点位置
4.4.3 二阶环节的PID控制器设计
4.5 无人机高度控制系统设计
4.6 无人机定点控制系统设计
4.6.1 内外环控制结构
4.6.2 内环控制器设计
4.6.3 外环控制器设计
4.7 本章小结
5 系统与控制的综合应用
5.1 元宇宙无人机控制实验室
5.1.1 元宇宙无人机控制实验室组成部分
5.1.2 元宇宙无人机控制实验室操作方法
5.2 无人机的基础控制任务
5.2.1 无人机高度控制任务
5.2.2 无人机位置控制任务
5.3 无人机的综合控制任务
5.3.1 无人机轨迹跟踪控制任务
5.3.2 无人机路径规划控制任务
5.4 本章小结
附录
参考文献
