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商品描述
本書系統闡述了四旋翼無人機在動態環境中的軌跡規劃與跟蹤控制技術，圍繞感知、規劃與控制的核心挑戰，構建從基礎建模到實際執行的全技術鏈條。全書首先基於牛頓－歐拉方程建立非線性動力學模型，分析四旋翼的欠驅動特性與微分平坦性；隨後探討了視覺／激光SLAM與多傳感器融合的定位方法，以及不同環境表征對規劃的影響；進而提出“路徑搜索—參數化—優化”的軌跡生成框架，涵蓋基於搜索／采樣的初解生成與多目標約束優化；最後對比工業級閉式控制與前沿優化驅動方法，解決覆雜擾動下的跟蹤問題。 本書適合無人機、無人系統、智能控制、多智能體系統、網絡化控制等領域的研究人員，以及從事航空等行業的決策與控制工程師閱讀學習。
目錄大綱
第1章 概述
1.1 無人機應用領域
1.2 四旋翼無人機優勢及其智能自主性
第2章 四旋翼無人機建模
2.1 四旋翼無人機占用空間建模
2.1.1 球體模型
2.1.2 橢球體模型
2.1.3 長方體模型
2.1.4 體素模型
2.1.5 凸多面體模型
2.2 微分平坦下的四旋翼無人機動力學建模
2.2.1 四旋翼無人機的非線性動力學模型
2.2.2 四旋翼無人機的微分平坦變化
2.3 考慮旋翼阻力的四旋翼無人機動力學建模
2.3.1 旋翼阻力作用下的四旋翼無人機非線性模型
2.3.2 旋翼阻力作用下的四旋翼無人機微分平坦線性變換
參考文獻
第3章 四旋翼無人機定位
3.1 基於GPS的四旋翼無人機定位
3.1.1 GPS基本組成部分與定位原理
3.1.2 四旋翼無人機的GPS定位系統
3.2 基於視覺的四旋翼無人機定位
3.2.1 前端視覺裏程計
3.2.2 後端優化
3.3 基於激光雷達的四旋翼無人機定位
3.3.1 LOAM（lidar odometry and mapping）定位算法
3.3.2 FAST-LIO算法
參考文獻
第4章 四旋翼無人機導航常用地圖
4.1 尺度地圖
4.1.1 點雲地圖
4.1.2 柵格地圖
4.1.3 特征地圖
4.2 拓撲地圖
4.3 語義地圖
參考文獻
第5章 四旋翼無人機前端路徑規劃算法
5.1 基於圖搜索的前端路徑規劃方法
5.1.1 圖搜索基礎知識
5.1.2 經典圖搜索類算法
5.1.3 圖搜索類算法改進
5.2 基於采樣的前端路徑搜索方法
5.2.1 采樣搜索基礎知識
5.2.2 經典采樣搜索類算法
5.2.3 采樣搜索類算法改進
5.3 基於運動學模型的前端路徑規劃方法
5.3.1 運動學模型基礎知識
5.3.2 經典基於運動學模型路徑算法
5.3.3 運動學模型搜索類算法改進
參考文獻
第6章 四旋翼無人機後端優化問題與常用軌跡類
6.1 優化問題構建
6.2 後端軌跡優化常用軌跡類
6.2.1 多項式曲線
6.2.2 貝塞爾曲線
6.2.3 B樣條曲線
6.2.4 MINVO曲線
6.2.5 MINCO曲線
6.3 軌跡類對比
參考文獻
第7章 四旋翼無人機後端軌跡優化約束構建
7.1 基於可行空間構建的避障約束構建
7.1.1 安全飛行走廊
7.1.2 維諾圖
7.2 基於障礙物建模的避障約束構建
7.2.1 基於球形或橢球的障礙物建模
7.2.2 基於構造實體幾何的障礙物建模
7.2.3 基於符號距離的障礙物建模
7.3 驅動器限位約束構建
參考文獻
第8章 閉式軌跡跟蹤控制策略
8.1 經典PID軌跡跟蹤控制
8.1.1 控制效果可視化
8.1.2 Gazebo半實物仿真驗證
8.2 SE（3）軌跡跟蹤控制
8.2.1 姿態控制器設計
8.2.2 位置控制器設計
參考文獻
第9章 優化求解的軌跡跟蹤控制策略
9.1 基於LQR的軌跡跟蹤控制
9.1.1 LQR控制基礎知識
9.1.2 LQR軌跡跟蹤策略
9.1.3 LQR＋PI跟蹤控制
9.1.4 基於卡爾曼濾波的LQR軌跡跟蹤
9.2 基於MPC的軌跡跟蹤控制
9.2.1 MPC控制基礎知識
9.2.2 MPC軌跡跟蹤策略
9.2.3 RMPC軌跡跟蹤策略
9.2.4 EMPC軌跡跟蹤策略
9.3 基於數據驅動的軌跡跟蹤控制
9.3.1 基於數據驅動的MPC軌跡跟蹤策略
9.3.2 基於神經網絡的軌跡跟蹤策略
9.3.3 基於強化學習的軌跡跟蹤策略
參考文獻
