赠书丨《多旋翼飞行器设计与控制》

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赠书丨《多旋翼飞行器设计与控制》

2018 年 3 月 30 日 无人机 北归卜一凡

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新一波的赠书活动开启啦~~

这次是《多旋翼飞行器设计与控制》中文版

由北航教授全权编纂

一起来看看吧

由上图不难看出作者对这本书的自信，硬质的封面可以保证在频繁翻阅本书的时候不受到损伤，翻开第一页就惊呆了，这本书太接地气了，很简单明了的阐述了中国旋翼机起步时间。↓↓↓↓↓↓↓↓

本次与出版社合作，提供 5个赠书名额，转发朋友圈并评论本条链接，留言关于你心中的无人机公众号应该怎么做。 点赞前五名获赠本书一本。活动截至2018年4月8日17点。

本书主要内容如下：

很高兴告诉大家，《多旋翼飞行器设计与控制》中文版（英文版于2017年7月已经在Springer出版），在杜光勋博士、赵峙尧博士、戴训华、任锦瑞和邓恒等同学的努力下，经过近一年的反复修订，终于面市了。中文版目前在亚马逊、当当、京东、天猫（电子工业出版社旗舰店）等网站进行销售。

简介

书中有选择性地加入我们截止到2016年6月的工作，大于50%的工作是我们独立工作，包括：第一、十五章（介绍和展望）,第四章，第六章50%内容（模型参数测量方面），第十章70%内容（可控性），第十一章包含加性分解工作（鲁棒的姿态控制方面），第十二章，第十三章（算法基本完全独立完成），第十四章50%内容（失效保护的自动机设计）。

本书得到了领域专家的推荐。

This introductory text is a welcome addition to the literature on multicopter design and control, on which the author is an acknowledged authority. The book is directed to advanced undergraduate and beginning graduate students in aeronautical and control (or electrical) engineering, as well as to multicopter designers and hobbyists.

本书作者是多旋翼飞行器设计与控制领域的公认专家，他写的这本入门教科书是对多旋翼飞行器设计与控制相关文献的一个很好的补充。本书适用于航空和控制（或电子）工程领域的高年级本科生和低年级研究生，以及多旋翼飞行器设计师和业余爱好者。

------- W. Murray Wonham, 多伦多大学教授，IEEE终身会士，IEEE控制系统科学和工程学奖获得者，美国工程院外籍院士。

This is the single best introduction to multicopter control. Clear, comprehensive and progressing from basic principles to advanced techniques, it's a must read for anyone hoping to learn how to design flying robots.

这是一本多旋翼飞行器控制最佳入门的教科书。本书清晰和全面，涵盖了从基本原理到高级技术的发展过程，这对任何希望学习如何设计飞行机器人的人来说是一本必读教材。

------- Chris Anderson, 3D Robotics CEO，美国《连线》杂志前任主编

中文版序

多旋翼飞行器因其易用性、高可靠性以及易维护性，在军用和民用领域得到了广泛的应用。纵观多旋翼飞行器在工业界的发展历史，德国的公司主导了早期的发展，而之后，特别是从2013年开始，多旋翼飞行器发展的主导地位转移到了中国。在国内，一大批航模爱好者、不同领域的软硬件工程师和飞行控制专业人才等纷纷加入，围绕多旋翼飞行器的相关创意、技术、产品、应用、投资和政策等层出不穷，可以说当今中国是世界上微小型多旋翼飞行器研发最为活跃的国家。

多旋翼飞行器在行业应用上的高速发展离不开开源飞控的支持。无论是借助开源飞控还是全自主开发，都需要研发者对多旋翼飞行器设计、建模、感知、控制和决策等全面掌握，才能够真正将飞行器做好。然而，目前微小型飞行器开发不少始于小微企业，与传统的航空院所不同的是：人员少、经验少和资源少等。因此，业内迫切需要一大批能够挑起大梁的总工程师和全栈式工程师。

人才缺乏的一个重要原因是多旋翼飞行器发展太快，而相应教材和课程没有跟进。在这种形式下，作者于2015年年初开始准备课程，并于2016年上半年在北京航空航天大学开课。与此同时，英文教科书也一直在急锣密鼓而持续地撰写和修订。在英文书稿基本定稿的情况下，考虑到让国内更多同行能够及时和更方便阅读，作者邀请杜光勋博士负责中文翻译工作，并于2016年9月在北京航空航天大学可靠飞行控制研究组内展开。具体的翻译工作安排为，杜光勋博士负责第1,10,12章，赵峙尧负责第13,14,15章，戴训华负责第2,3,4章，任锦瑞负责第5,6,11章，以及邓恒负责第7,8,9章，最后由杜光勋博士统稿。他们为此花费了大量的时间和巨大的心血，在翻译的同时也给本书提出了很多有益的反馈，这里表示我衷心的感谢。除此之外，可靠飞行控制研究组的史东杰、蔡阳光、颜江、傅嘉宁、郭正龙、张婧、骆遥、马海彪、张贺鹏和杜百会等同学也参与了中文翻译的一些工作，这里对他们也深表感谢。

由于本书跨度较大，涉及较多新的专业词汇及新的概念。加上作者和组内同学水平有限，书中若有不当之处，恳请读者指正。我们会不断改进，精益求精，为中国的航空事业贡献自己的一份力量。

英文版

英文版序

飞行一直是人类的梦想。早在公元5世纪，中国就已经发明了风筝。自从15世纪末开始，列奥纳多·达·芬奇 (Leonardo da Vinci) 手绘了大量的飞行机器和装置的设计图纸，包括扑翼飞机、固定翼滑翔机、旋翼机、降落伞等等。1903年12月17日, 莱特兄弟（the Wright brothers）发明并成功制作了世界上第一架飞机，并且实现了有动力且重于空气飞行器的第一次有人操控飞行。自1903年开始，在随后的一百年里，出现了各种各样的飞行器。然而，只有极少的人能够有机会驾驶并体验操控飞行的乐趣。飞行器和驾驶员还是那么神秘，直到小型和微型多旋翼飞行器通过遥控玩具市场走近消费者。这主要归功于该飞行器的易用性、高可靠性、以及易维护性。这些特性极大地提高了用户的飞行体验。目前，很难找到一种飞行器能够像多旋翼飞行器那么简单易用。正因为如此，它们让越来越多的人真正驾驶并享受到了飞行的乐趣。除了作为遥控玩具外，多旋翼飞行器也作为无人机在一些商业应用中发挥了作用，包括监控、搜寻、以及救援等等。现在，多旋翼飞行器已经确立了他们在小型无人机市场的主导地位。不管是定义为遥控玩具还是无人机，多旋翼飞行器都可以作为一个合适的研究对象供学生们研究。这是因为，学生有机会在较短的时间内经历从设计到飞行测试的全过程。另一个原因就是，学生可以通过阅读多旋翼飞行器开源代码，并与业内人士交流互动来加深他们对基本原理的理解。

概要

作为北京航空航天大学教学课程的一个成果，这本书目的是为高年级本科生以及研究生提供一本教材或者入门指南，并且为多旋翼飞行器工程师提供一本自学教材。为了覆盖多旋翼飞行器硬件和算法的大部分设计内容，本书共有十五章，分为多旋翼飞行器硬件设计、建模、感知、控制和决策五部分。本书也可以作为其他无人飞行系统的补充阅读材料。本书旨在将多旋翼飞行器工程实践中应用的设计原则组织起来，并强调基础概念的重要性，具有以下四个突出的特点。

（1）基础性和实用性

本书能够自包含多旋翼涉及的大部分内容，使得读者只需要具有电子工程学（Electronic Engineering, EE）背景就能够看懂这本书。多旋翼飞行器的组成从其功能和关键参数说起，多旋翼飞行器的设计从原理说起，建模从最基本的理论力学内容说起，状态估计部分从传感器的测量原理说起。在介绍多旋翼控制之前，本书介绍了可控性和稳定性概念。另外，大部分方法具有基础和实用性，并紧密结合了目前经常使用的开源自驾仪。

（2）综合性和系统性

本书致力于全面介绍多旋翼飞行器系统，而不仅仅是关注某一个技术点。通常在实际工作中，仅仅了解某个技术点并不能满足用户的需求，也无法解决一个复杂的实际问题。另外一方面，通过相关技术的改进或者方案的改进，可以避免在单个技术点上下太多功夫。比如：通过传感器或机械结构设计的改进，可以避免设计非常复杂的控制器来解决时滞和振动问题。对于一个大学生，已经掌握了基本的理论知识，比如数学、空气动力学、材料、结构、电子、滤波优化和控制理论等方面的知识。它们分别对应着大量的课程。本书希望将把这些知识串联起来，为全栈式开发者提供基础。

本书的准备和书写过程对我来说是一个艰难的过程。幸运的是，软件与控制实验室从2007年开始就支持多旋翼飞行器的相关研究。那时，我还是一名学生（自2010年起本人继续作为老师留在实验室继续相关研究）。张瑞峰和我全身心投入到制作我们自己的四旋翼。这使我亲身经历了小型多旋翼飞行器的黄金发展时期。另外，幸运的是，开源自驾仪（如APM和PX4）的开发团队无私地分享他们的设计文档，以及全世界的研究者们提供了大量的技术论文供我们参考。更重要的是，本书的完成离不开来自北航可靠飞行控制研究组(http://rfly.buaa.edu.cn)的同学们的支持和帮助。非常感谢：任锦瑞、赵峙尧、杜光勋、戴训华、魏子博、邓恒、史东杰、蔡阳光、颜江、董洪信、傅嘉宁、郭正龙、张婧、骆遥、郑帅勇、张小威、马海彪、张贺鹏和杜百会为本书准备材料，审阅各个章节，并且对相关内容进行仿真。我还要感谢我的同事奚知宇副教授、研究生Usman Arif，Hanna Tereshchenko和本科生肖昆对本书的校对工作和提出的建议。我还想感谢北京航空航天大学的霍伟教授、李大伟高级工程师、大疆创新科技的于云、以及中航工业信息技术中心的朱亮博士对本书提出的宝贵意见和建议。本书曾在北京航空航天大学和中国人民解放军国防科学技术大学的课程上，以讲义的形式使用，学生们提供了非常宝贵的反馈意见，在此一并感谢。最后，感谢郭祥为本书每章封面画的插画。

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