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鲍凯 著

图书标签:

• 四轴飞行器
• 无人机
• 航拍
• 飞行技巧
• DIY
• 遥控模型
• 电子爱好
• 入门教程
• 飞行安全
• 户外活动

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302392521

版次：1

商品编码：11702873

品牌：清华大学

包装：平装

开本：16开

出版时间：2015-06-01

用纸：胶版纸

页数：181

字数：192000

编辑推荐

适读人群 ：飞行器爱好者、航模爱好者
　　

　　一本书四轴飞行器制作图书全程图解，彩色印刷

　　手把手带你从无到有制作一个四轴飞行器

　　详细介绍了四轴飞行器制作的全过程，包括选材、组装、调试和飞行等环节

　　详细介绍了常见的飞行控制方式，如起飞、升降、俯仰、偏航和翻滚等

　　引入虚拟飞行模式，帮助读者快速积累航模遥控器的使用经验

内容简介

本书是一本四轴飞行器专业教程。本书按照大多数人的认知和操作方式，讲解了如何玩转四轴飞行器。书中提供了一些专业术语讲解，帮助读者熟悉四轴飞行器的相关理论。另外，对书中的相关操作使用了大量的图片来指导读者识别各种器件，并讲解如何组装和操作自己的四轴飞行器。
　　本书共6章。第1章介绍了飞行器的定义和分类，并引出了本书中要讲解的四轴飞行器。第2章介绍了在制作四轴飞行器时需要用到的各种器材，告知读者应该如何选择这些东西。第3章介绍了如何组装四轴飞行器，让读者亲历四轴飞行器的安装过程。第4章介绍了四轴飞行器的标准调试步骤。第5章介绍了有桨调试（本章内容需要注意安全）。第6章介绍了使用模拟器在电脑上练习操作四轴的方式。
　　本书非常适合没有任何基础，也没有专人指导，而需要独立完成四轴飞行器的组装和操作的入门人员。也适合想初步了解和学习四轴飞行器的飞行器爱好者。

作者简介

　　鲍凯，工程师、飞行器爱好者。现就职于某软件公司，担任移动技术研究员，负责Android、可穿戴设备和网络视频等领域的研发。对电子制作与设计有着浓厚的兴趣，大学期间曾经多次参加各种电子竞赛，并获得过相应奖项。

　　

内页插图

目录

1.1 飞行器的历史

　　1.1.1 飞行器的定义

　　1.1.2 飞行器的发展

1.2 飞行器的分类

　　1.2.1 航空器

　　1.2.2 航天器

　　1.2.3 火箭和导弹

1.3 四轴飞行器的原理和组成

　　1.3.1 四轴飞行器的实现原理

　　1.3.2 四轴飞行器的安装平台——机架

　　1.3.3 四轴飞行器的控制系统——飞行控制器

　　1.3.4 四轴飞行器的动力——电机与电调

　　1.3.5 四轴飞行器的感知器官——传感器

2.1 机架的选择

　　2.1.1 机架的种类

　　2.1.2 推荐机架

　　2.1.3 机架的选择原则

2.2 飞控板的选择

　　2.2.1 飞控板的作用

　　2.2.2 KK飞控板

　　2.2.3 FF飞控板

　　2.2.4 玉兔二代飞控板

　　2.2.5 MWC飞控板

　　2.2.6 APM飞控板

　　2.2.7 NAZA（哪吒）飞控板

　　2.2.8 零度飞控板

　　2.2.9 WooKong-M飞控板

　　2.2.10 飞控板的选择原则

2.3 电调、电机和桨片的选择

　　2.3.1 电调、电机和桨片的作用

　　2.3.2 电调、电机和桨片的种类

　　2.3.3 电调、电机和桨片的选择

2.4 遥控器的选择

　　2.4.1 遥控器的种类

　　2.4.2 选择合适的遥控器

3.1 机架的组装

　　3.1.1 首先组装机架的原因

　　3.1.2 F450机架的组装

　　3.1.3 组装完成后的思考

3.2 整体组装前的准备

　　3.2.1 线路的焊接

　　3.2.2 线路的走线方式

3.3 整体组装

　　3.3.1 安装机架、电机和电调

　　3.3.2 安装飞控

4.1 无桨调试的主要作用

　　4.1.1 无桨调试的原因

　　4.1.2 无桨调试的目的

4.2 调试方式

　　4.2.1 调试步骤1——连接线路

　　4.2.2 调试步骤2——发射机检查

　　4.2.3 调试步骤3——接通电源，匹配接收机

　　4.2.4 调试步骤4——检查电机转动是否正常

　　4.2.5 调试完成后的检查工作

4.3 注意事项

　　4.3.1 安装完成后的检查内容

　　4.3.2 调试过程与注意事项

5.1 有桨调试的作用

　　5.1.1 有桨调试注意事项

　　5.1.2 有桨调试前的检查

5.2 调试方式

　　5.2.1 调试步骤

　　5.2.2 调试完成后的首飞

　　5.2.3 首飞测试

5.3 新手基础操作练习

　　5.3.1 起飞与降落练习

　　5.3.2 升降练习

　　5.3.3 俯仰练习（前行与后退）

　　5.3.4 偏航练习

　　5.3.5 翻滚练习

5.4 日常飞行练习

　　5.4.1 悬停

　　5.4.2 直线飞行

　　5.4.3 曲线飞行

　　5.4.4 爬升练习

　　5.4.5 下降练习

6.1 模拟器的种类

　　6.1.1 Phoenix

　　6.1.2 RealFlight

　　6.1.3 XTR

6.2 凤凰模拟器的安装

6.3 凤凰模拟器的使用

　　6.3.1 首次启动Phoenix

　　6.3.2 选择飞机

　　6.3.3 修改遥控器控制

6.4 模拟器练习与现实操作的差异

前言/序言

前　　言
　　
　　
　　随着国内电子制造业的发展，与电子产品相关的设计和手工制作越来越受到人们的欢迎。最热门的设计和制作包括机器人、3D打印和四轴飞行器。其中，四轴飞行器由航模发展而来，具备更广泛的群众基础。同时，其制作相对简单，所以更为人们喜欢。而国内四轴飞行器经过几年的发展，其对应的器件也极为丰富。但是在该领域，大家都属于自我摸索，缺少系统的相关资料。尤其是对于初学者，往往会走很多弯路，多花费了大量的时间和金钱。很多爱好者由于缺少辅导，最终放弃了四轴飞行器的制作。
　　笔者结合自己的实际经验编写了本书，以给四轴飞行器入门人员和爱好者提供必要的帮助，减少他们的摸索时间。本书详细讲解了四轴飞行器的全部流程，包括材料选择、组装、无桨调试、有桨调试、日常飞行训练和模拟训练。针对常见问题，本书对比分析了各类器件，并以大量图片的形式展现组装过程。同时，本书还讲解了四轴飞行器常见的飞行方式。通过本书的学习，读者可以更为快捷地拥有并操控自己的四轴飞行器。
本书特色
　　1．国内第一本介绍四轴飞行器制作图书
　　电子制作的三大热点中的机器人制作、3D打印均有对应的图书。而从航模发展而来的四轴飞行器却缺少系统化的教材。本书作为国内第一本四轴飞行器图书，将填补国内图书市场的空白，帮助更多的爱好者投入四轴飞行器制作和使用的领域。
　　2．本书全程讲解手工制作过程
　　本书针对四轴飞行器的制作难点，详细讲解如何从无到有制作一个四轴飞行器。内容包括选材、组装、无桨调试和有桨调试等各个环节，帮助读者顺利完成每个制作环节。
　　3．详细讲解飞行控制
　　飞行控制是四轴飞行器使用的最重要环节。操作不当，会造成部件损伤，甚至是彻底损毁。为了避免读者出现此类问题，本书详细讲解常见的飞行控制方式，如起飞、升降、俯仰、偏航和翻滚等。
　　4．引入虚拟飞行模式
　　为了训练读者使用遥控器的经验，本书专门介绍航模模拟器的使用方式。通过虚拟的飞行，帮助读者突破场地限制和电池损耗等实际问题。
本书内容及体系结构
　　第1章　什么是飞行器
　　本章主要介绍了飞行器的种类，同时介绍了四轴飞行器的飞行原理和组成部分。通过学习本章内容，读者可以了解飞行器的种类，了解四轴飞行器的组成部分。
　　第2章　四轴飞行器的材料准备
　　本章按照四轴飞行器的不同部件进行分类，并在不同的分类中讲解了其中部件的种类，然后告诉读者如何选择自己需要的四轴飞行器。通过学习本章内容，读者可以了解四轴飞行器各部分的器材及如何选择。
　　第3章　硬件的组装
　　本章主要介绍如何组装F450类的四轴飞行器。通过学习和实践组装，可以让读者了解组装的难度，并了解各个部分之间的连接方式，从而为以后的四轴飞行器的深入学习打下　 基础。
　　第4章　无桨调试
　　本章主要介绍了如何连接线路，如何烧录KK飞控的程序，如何进行飞行前的无桨调试。通过本章的学习，读者可以了解飞控、电调和电机之间的连接方式，学会如何操作遥控器来控制飞行器。
　　第5章　有桨调试
　　本章主要介绍了调试已经安装上螺旋桨的四轴飞行器。重点讲解了桨的安装方式、有桨调试的步骤和一些常规的飞行器操作练习。通过本章的学习，读者可以学会有桨调试步骤，完成一些基本的飞行器动作操控。
　　第6章　航模模拟器的使用
　　本章主要介绍了模拟器的种类和安装方式，以及在模拟器中完成四轴飞行器的训练。通过本章的学习，读者可以知道如何使用模拟器，明白一些常规操作的方式。
学习建议和注意事项
* 学习本书时，第1章和第2章的内容是必须阅读的内容。这两章是四轴飞行器的基础内容，对于初学者这两章必须看，而且是必须首先看的内容。
* 在阅读过第2章内容后，读者可以选择自己喜欢的设备进行组装，不过仍希望读者可以选择与本书介绍的相同的设备。因为不同的设备组装方式可能有些不同，所以读者需要判断自己动手能力是否很强，然后考虑是否需要跟随本书买同样的设备。
* 第3~5章的内容，是在拥有了与本书介绍的相同设备时才有同样的操作，而对于不同的设备，其操作有一些地方不太相同，需要读者自行判断。
* 读者如果喜欢航模的话，最好购买一套模拟器，这将会减小很大一部分的成本。
* 本书中的所有操作都具有一定的危险性，所以建议16周岁以上的人群使用。16~18周岁之间的人需要有成人陪同一起制作和操控，而且成人在操作时也务必注意保护自己和孩子的安全。
本书读者对象
* 想要了解四轴飞行器的人员；
* 想要学习四轴飞行器制作，但是无从入手的人员；
* 已经购买四轴飞行器套件，但是无法完成正常组装的人员；
* 使用KK飞控时，不会初步调试的人员；
* 想要学习模拟器使用的人员。
本书售后服务方式
　　玩四轴飞行器需要实际的摸索和实践，希望读者仔细阅读书中的内容，不要放过任何细节，这样才会少走弯路。另外，我们也提供了以下交流和沟通的方式：
* 提供技术论坛http://www.wanjuanchina.net，读者可以将学习过程中遇到的问题发布到论坛上以获得帮助。
* 提供QQ交流群336212690，读者申请加入该群后便可以和作者及广大读者交流学习心得，解决学习中遇到的各种问题。
* 提供book@wanjuanchina.net和bookservice2008@163.com服务邮箱，读者可以将自己的疑问发电子邮件以获取帮助。
本书作者
　　本书主要由鲍凯编写。其他参与编写的人员有吴振华、辛立伟、熊新奇、徐彬、晏景现、杨光磊、杨艳玲、俞晶磊、张建辉、张健、张林、张迎春、张之超、赵红梅、赵永源。
　　希望读者在本书的带领下，能少走弯路，顺利组装并操控自己的四轴飞行器。
　　
　　
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玩转四轴飞行器
　　
　前言
　　
IV
　　
　　
III
　　
　　
　　
　　
　　
　　

书名： 飞控背后的硬核原理与实践：从零开始构建你的高性能自主飞行系统 图书简介： 这本厚重的工程专著，聚焦于四轴飞行器（多旋翼系统）飞行动力学控制、高性能传感器融合、复杂任务自主导航与规划的底层理论与工程实现。它并非一本面向初学者的“如何组装和简单飞控”的入门手册，而是深入到系统工程师、高级硬件爱好者以及航空航天专业学生对飞行控制核心机制的终极探究。全书以严谨的数学模型为基础，辅以大量实际的软硬件接口设计细节，旨在构建一个具备环境感知、精确姿态保持、复杂路径跟踪及自主避障能力的先进飞行平台。 第一部分：飞行器空气动力学与动力学建模（理论基石） 本部分奠定了理解飞行控制的物理基础。我们首先剖析了多旋翼系统（特别是四旋翼）的非线性空气动力学特性。这包括对桨叶气动力的精确计算模型，考虑了桨叶几何参数、来流速度、攻角变化对推力和力矩的影响。不同于简化的线性模型，本书详细推导了包含非线性干扰力的完整六自由度（6-DOF）运动方程。 重点内容包括： 1. 非线性动力学推导： 详细解析了牛顿-欧拉方程在多旋翼平台上的具体应用，建立了包含重力、空气阻力、侧滑阻力和桨叶耦合效应的完整动力学模型。 2. 静力学与动力学平衡分析： 探讨了在不同工况（悬停、爬升、侧飞）下，电机推力分配矩阵的求解与优化，以及如何处理快速变化的载荷对系统动态响应的影响。 3. 气动耦合与参数辨识： 介绍了如何通过风洞实验或地面测试数据，利用迭代最小二乘法等先进算法对模型中的未知空气动力学系数（如阻力系数、诱导阻力系数）进行精确辨识，为后续控制器设计提供准确的参数集。 第二部分：高精度姿态与位置控制系统设计（控制核心） 这是全书的工程核心，专注于如何设计出能够在强风干扰下依然保持稳定和高精度的闭环控制系统。我们避开了传统PID控制的表面讨论，直接深入到现代控制理论在飞行控制领域的应用。 1. 姿态控制： 四元数与旋转向量： 详细阐述了使用四元数（Quaternion）进行姿态表示的优势，避免了万向节死锁问题，并推导了四元数微分方程。 基于反馈线性化的控制律： 利用微分平坦性原理，设计了输入输出线性化控制器，实现了对姿态角速度的精确解耦控制。 鲁棒性增强： 引入了$H_{infty}$控制和滑模控制（SMC）的设计方法，用以应对模型不确定性和外部扰动，并对比了它们在计算复杂度与控制性能上的权衡。 2. 位置与轨迹跟踪： 级联控制结构： 采用典型的内外环级联结构，外部环负责位置和速度的解算与解算，内部环负责姿态角的精确跟踪。 LQR/LQG优化设计： 采用最优控制理论，通过求解黎卡提方程设计了线性二次调节器（LQR），并结合卡尔曼滤波（Kalman Filter）实现了线性二次高斯控制（LQG），以最小化系统误差协方差。 前馈补偿： 设计了基于期望加速度的前馈控制器，显著提高了系统对高频指令的响应速度和跟踪精度。 第三部分：高性能状态估计与传感器融合（感知引擎） 飞行器的性能高度依赖于对自身状态（位置、速度、姿态、偏差）的精确估计。本部分深入探讨了多源异构传感器数据的融合技术。 1. 惯性测量单元（IMU）数据处理： 误差模型建立： 详细分析了陀螺仪和加速度计的噪声特性（Allan方差分析），并建立了包括零偏、尺度因子误差在内的完整误差模型。 互补滤波与扩展卡尔曼滤波（EKF）： 详细推导了EKF在线性化误差状态下的传播和更新过程，并特别关注了在四旋翼快速机动时，如何优化雅可比矩阵的计算以保证滤波的实时性和稳定性。 2. 多传感器融合： GNSS/视觉/激光雷达数据融合： 针对高动态环境下的定位挑战，介绍了基于因子图优化（Factor Graph Optimization）的后端优化方法，以及如何将GNSS、视觉里程计（VIO）的观测值作为EKF或粒子滤波器的额外量测更新，实现厘米级的鲁棒定位。 地磁场与视觉惯性匹配： 探讨了如何利用地磁场信息校正长时间漂移的偏航角，以及利用特征点匹配（如ORB-SLAM2的输出）来约束IMU积分误差的先进技术。 第四部分：自主导航、避障与任务规划（环境交互） 本部分将理论与实际任务相结合，讨论如何在复杂的、未知或动态变化的环境中实现可靠的自主飞行。 1. 全局与局部路径规划： 基于采样的规划： 深入讲解了快速搜索随机树（RRT）算法及其在三维空间中的优化变体，用于生成满足动力学约束的平滑轨迹。 基于图搜索的全局规划： 详细分析了A算法和D Lite算法在栅格地图或三角网格地图上的高效应用，以及如何实时更新障碍物信息。 2. 实时避障与运动控制： 势场法与时间弹性带（Teb）局部规划器： 探讨了如何将环境信息转化为虚拟力场或成本函数，实现对预规划轨迹的局部修正和避障。 动力学约束下的轨迹优化： 介绍了二次规划（QP）在保证电机限制、翻滚角限制等约束下，将离散的路径点优化为连续、可执行的平滑轨迹的方法。 第五部分：嵌入式系统实现与高频飞控框架 最后一部分聚焦于将复杂的控制算法高效部署到实时嵌入式硬件上的工程实践。 1. 实时操作系统（RTOS）选择与调度： 比较了FreeRTOS、 NuttX等在低延迟飞行控制任务中的适用性，重点讨论了任务优先级反转、中断延迟的分析与优化。 2. 硬件接口与高速数据流： 详细讲解了PWM信号生成（如使用定时器的高精度计数器模式）、SPI/I2C总线驱动IMU和GPS模块的协议细节，以及如何构建高效的数据采集流水线。 3. 飞控软件架构： 提出了一个模块化、可扩展的飞控软件架构范例，强调了控制律（Control Law）、状态估计（Estimator）和硬件抽象层（HAL）之间的清晰分离和高频耦合（通常工作在400Hz至1kHz）。 本书特点： 数学严谨性： 所有控制律和滤波算法均基于详细的数学推导，而非简单的公式引用。 工程深度： 包含大量实际参数设定、噪声模型分析和常见工程问题的解决方案。 前沿技术覆盖： 不局限于经典PID，重点涵盖了LQR、H无穷、EKF/UKF、RRT等现代控制与规划技术在飞行器上的应用。 本书适合具备微积分、线性代数基础，并渴望深入理解并自主开发下一代高性能飞行控制系统的研发人员和高级工程师。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事节奏掌握得非常巧妙，它不像某些技术书籍那样上来就给你一堆公式和晦涩的定义，而是采用了一种循序渐进的“项目导向型”教学法。最让我印象深刻的是它讲解姿态控制算法的那几个章节，作者没有直接抛出复杂的卡尔曼滤波或PID控制的最终公式，而是先通过一个虚拟的飞行场景来解释为什么需要这些算法，接着再用非常生活化的比喻来解释背后的数学原理。这种方式极大地降低了技术门槛，让我这个数学功底不算扎实的人也能跟得上思路。而且，书中穿插了大量的“实战经验谈”，比如在特定天气条件下如何调整桨距、如何识别电机发热的早期信号等，这些细节恰恰是你在标准教材里找不到的，却是在实际飞行中决定成败的关键。阅读过程中，我常常会停下来，拿出纸笔，对照着书中的提示，在脑子里模拟操作，这种沉浸式的学习体验，让我感觉自己仿佛有一位经验丰富的老手在旁边手把手指导。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计简直太抓人眼球了，那种充满科技感的线条和鲜明的色彩搭配，一下子就让人对里面的内容充满了期待。我拿到书的时候，首先被它厚实的纸张和精良的印刷质量所震撼，这绝对不是那种廉价的科普读物能比拟的。内页的排版也极其考究，图文并茂的布局，让原本可能枯燥的理论知识变得生动有趣起来。特别是那些复杂的电路图和结构分解图，标注得异常清晰，即便是像我这种对电子工程半路出家的爱好者，也能大致摸清门道。我本来以为这会是一本纯理论堆砌的“砖头书”，结果翻开目录才发现，它竟然非常注重实操环节，从基础的材料采购到最后的调试飞行，每一步都有详尽的步骤说明和注意事项。这种兼顾深度与广度的编排方式，让我觉得作者对这个领域绝对是浸淫已久，才能提炼出如此精炼又实用的内容。光是初读目录和前言，就已经能感受到作者那种希望读者真正“上手”而不是“纸上谈兵”的诚恳态度。

评分☆☆☆☆☆

这本书在结构设计上的严谨性，几乎可以拿来当作教材使用了。它不仅仅关注飞行器本身，还拓展到了更广阔的应用领域和安全规范。比如，其中有一章专门讨论了航拍稳定系统的选择与校准，分析了不同类型云台对画面抖动的抑制效果，这对我这种有轻度航拍摄影需求的人来说，提供了非常实用的参考价值。更让我赞赏的是，作者并未回避技术升级带来的挑战，书中对最新的传感器技术和通信协议的介绍非常及时和客观，既肯定了新技术的优势，也点明了其局限性，让读者能够做出基于当前技术水平的最优决策。阅读完后，我感觉自己建立了一个关于无人机技术的完整知识框架，从基础的空气动力学到复杂的飞控逻辑，再到后期的维护保养，知识点之间逻辑衔接流畅自然，很少出现跳跃感，这体现了作者深厚的知识体系和高超的教学组织能力。

评分☆☆☆☆☆

我向来对那些只会罗列参数的书籍感到厌烦，但这本书的独特之处在于它对“为什么”的深度挖掘。比如，它没有止步于告诉你“你需要选择4S电池”，而是详细对比了2S、3S、4S电池在能量密度、电压平台稳定性以及对电机响应速度的具体影响，甚至还附带了简单的能量转换效率图表。这种刨根问底的写作风格，让读者不仅学会了“做什么”，更理解了“为什么这么做”。特别是关于飞控固件刷写和参数配置的部分，我以前总是靠着网络论坛里零散的帖子摸索，效率低下且充满风险。然而，这本书提供了一套近乎标准化的流程图，清晰地标注了每一步可能出现的错误代码及其对应的解决方案。这对于那些希望自己动手打造一架高性能飞行器的发烧友来说，简直是无价之宝，它极大地节省了试错成本，让整个构建过程变得可预测和可控。

评分☆☆☆☆☆

这本书最大的亮点在于它成功地平衡了理论的深度和实践的可操作性。我特别喜欢其中关于故障排查的章节，它不是笼统地说“检查线路”，而是细致到“如果电机反转，请检查ESC的正负极连接或者飞控输出通道是否反向设置”，这种精细到每一个螺丝和每一个代码参数的指导，对于初学者来说，简直就是定心丸。读完后，我不再是被动地跟随教程操作，而是真正理解了背后的运行机制，这使得我在面对突发状况时，能够迅速定位问题并加以解决。此外，书中对不同应用场景（竞速、航拍、测绘）的配置侧重点进行了对比分析，这使得读者可以根据自己的兴趣方向，快速定制出最适合自己的飞行平台。总而言之，这本书超越了一般的入门指南，更像是一部浓缩了多年实践智慧的工具书，它真正教会了读者如何“驾驭”科技，而不是仅仅“操作”工具。

评分☆☆☆☆☆

孩子学习需要的书，京东送货快，质量保证，以后需要还会在京东买。

评分☆☆☆☆☆

书的质量特别好，很喜欢。

评分☆☆☆☆☆

书的印刷质量很好，送过来也没什么问题，有点小破损，感觉质量还不错，配套的光盘里面东西很全

评分☆☆☆☆☆

专业必备，质量很好，脉络清晰

评分☆☆☆☆☆

书还不错，简单明了

评分☆☆☆☆☆

最近在学51，买本书来看看，这本书是推荐的，好好研究一下。

评分☆☆☆☆☆

深入浅出，适合初学者学习。

评分☆☆☆☆☆

非常满意 包装完美

评分☆☆☆☆☆

只能说有帮助，书编的很烂！