本书系统介绍微小型固定翼无人机开发，旨在帮助零基础或有一定基础的读者迅速掌握无人机飞行控制的理论与实践。本书共十章，每章以实验驱动，内容循序渐进，注重理论与实践的结合。本书采用案例教学的形式，通过理论与实验结合，培养读者的工程实践能力和创新思维，使其能快速成长为无人机领域的全栈式工程师。 本书特别适合高等院校航空航天、自动化、计算机、机械工程等专业的学生，以及相关领域的研究人员和从业工程师阅读。

全权，北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，教授，博导。长时间从事可靠飞行控制和健康评估等方向研究。作为第一作者，完成英文著作三部，中文著作两部，其中一部被认为是多旋翼首本入门书和空中机器人领域必读书，一部获得“工信部十四五规划教材”支持。主持开发flyeval.com多旋翼评估和设计平台和rflysim.com仿真平台，发表文章100多篇，其中包含The International Journal of Robotics Research， IEEE Transactions on Robotics，IEEE Transactions on Automatic Control等顶级或主流期刊在内的70多篇SCI杂志论文，入选年度世界前2%科学家版单，论文入选领跑者5000-中国精品科技期刊顶尖学术论文。

第一章 绪论 / 1
1.1 基本概念 / 1
1.1.1 组成和分类 / 1
1.1.2 布局 / 3
1.1.3 翼型和机翼形状 / 6
1.1.4 动力系统 / 9
1.2 飞行原理 / 12
1.2.1 气动规律 / 12
1.2.2 气动力简述 / 14
1.2.3 受力分析 / 17
1.2.4 稳定性分析 / 18
1.3 设计理念的发展 / 20
1.3.1 手动控制技术（开始于 20 世纪初） / 21
1.3.2 自动控制技术（开始于 20 世纪 30 年代） / 21
1.3.3 主动控制技术（开始于 20 世纪 60—70 年代） / 22
1.3.4 ADA 控制技术（开始于 2010 年代） / 23
1.4 本书的写作结构 /24
1.5 课后习题 / 25
第二章 实验平台配置及开发过程 / 27
2.1 实验平台及开发过程总体介绍 / 27
2.1.1 软件平台 / 27
2.1.2 硬件平台 / 29
2.1.3 软/硬件总体关系 / 31
2.1.4 开发过程总体介绍 / 32
2.2 软件平台安装及配置 / 34
2.2.1 软件平台安装步骤 / 34
2.2.2 高级设置 / 36
2.2.3 安装完成效果 / 37
2.2.4 基本软件检查 / 39
2.2.5 RflySim 工具链其他功能 / 40
2.3 快速入门实验 / 41
2.3.1 核心软件介绍与使用 / 41
2.3.2 自动代码生成功能介绍 / 43
2.3.3 基于视觉反馈的控制实验 / 45
2.3.4 集群控制实验 / 48
第三章 平飞性能评估实验 / 50
3.1 平飞性能评估之实验原理 / 50
3.1.1 平飞性能分析 / 50
3.1.2 动力系统建模 / 53
3.1.3 飞行包线 / 57
3.2 平飞性能评估之基础实验 / 58
3.2.1 实验配置和目标 / 58
3.2.2 实验步骤 / 59
3.3 平飞性能评估之分析实验 / 63
3.3.1 实验配置和目标 / 63
3.3.2 实验步骤 / 64
3.4 平飞性能评估之设计实验 / 68
3.4.1 实验配置和目标 / 68
3.4.2 实验步骤 / 68
3.5 课后习题 / 70
第四章 受控动态系统建模实验 / 72
4.1 受控动态系统建模之实验原理 / 72
4.1.1 坐标系 / 72
4.1.2 运动学与动力学 / 78
4.1.3 力与力矩 / 79
4.1.4 配平与线性化 / 82
4.1.5 横侧向运动分析 / 91
4.1.6 模态分析 / 93
4.2 受控动态系统建模之基础实验 / 94
4.2.1 实验配置和目标 / 94
4.2.2 实验步骤 / 95
4.3 受控动态系统建模之分析实验 / 102
4.3.1 实验配置和目标 / 102
4.3.2 实验步骤 / 102
4.4 受控动态系统建模之设计实验 / 109
4.4.1 实验配置和目标 / 109
4.4.2 实验设计 / 110
4.4.3 实验步骤 / 111
4.5 课后习题 / 118
第五章 系统辨识实验 / 121
5.1 系统辨识实验之实验原理 / 121
5.1.1 系统辨识步骤 / 121
5.1.2 制导模型辨识 / 122
5.1.3 气动参数获取 / 123
5.2 系统辨识实验之基础实验 / 128
5.2.1 实验配置和目标 / 128
5.2.2 实验步骤 / 129
5.3 系统辨识实验之分析实验 / 134
5.3.1 实验配置和目标 / 134
5.3.2 实验步骤 / 135
5.4 系统辨识实验之设计实验 / 140
5.4.1 实验配置和目标 / 140
5.4.2 实验设计 / 140
5.4.3 实验步骤 / 141
5.5 系统辨识实验之硬件在环仿真实验 / 145
5.5.1 制导模型辨识硬件在环仿真实验 / 145
5.5.2 气动参数辨识硬件在环仿真实验 / 149
5.6 课后习题 / 153
第六章 底层飞行控制实验 / 155
6.1 底层飞行控制之实验原理 / 155
6.1.1 姿态控制 / 156
6.1.2 高度和速度控制 / 168
6.1.3 PID 控制原理和调试步骤 / 173
6.1.4 增益调度控制 / 174
6.1.5 飞行品质 / 175
6.2 底层飞行控制之基础实验 / 176
6.2.1 实验配置和目标 / 176
6.2.2 实验步骤 / 176
6.3 底层飞行控制之分析实验 / 180
6.3.1 实验配置和目标 / 180
6.3.2 实验步骤 / 181
6.4 底层飞行控制之设计实验 / 190
6.4.1 实验配置和目标 / 190
6.4.2 实验设计 / 190
6.4.3 实验步骤 / 191
6.5 底层飞行控制之硬件在环仿真实验 / 197
6.5.1 实验配置和目标 / 197
6.5.2 实验步骤 / 197
6.6 课后习题 / 202
第七章 路径跟随与规划实验 / 203
7.1 路径跟随与规划之实验原理 / 203
7.1.1 L1 直线跟随 / 203
7.1.2 偏距圆弧跟随 / 204
7.1.3 路径跟随指令与固定翼底层飞控模型的关联 / 205
7.1.4 Dubins 曲线 / 206
7.1.5 路径长度计算 / 207
7.1.6 相关发展 / 211
7.2 路径跟随与规划之基础实验 / 212
7.2.1 实验配置和目标 / 212
7.2.2 实验步骤 / 212
7.3 路径跟随与规划之分析实验 / 221
7.3.1 实验配置和目标 / 221
7.3.2 实验步骤 / 221
7.4 路径跟随与规划之设计实验 / 225
7.4.1 实验配置和目标 / 225
7.4.2 实验设计 / 226
7.4.3 实验步骤 / 229
7.5 课后习题 / 234
第八章 轨迹规划与微分平坦控制实验 / 236
8.1 轨迹规划与微分平坦控制之实验原理 / 236
8.1.1 协调飞行模型 / 236
8.1.2 微分平坦控制与轨迹跟踪 / 237
8.1.3 轨迹规划 / 239
8.1.4 B-样条轨迹生成 / 241
8.1.5 相关发展 / 249
8.2 微分平坦控制之基础实验 / 249
8.2.1 实验配置和目标 / 249
8.2.2 实验步骤 / 250
8.3 微分平坦控制之分析实验 / 254
8.3.1 实验配置和目标 / 254
8.3.2 实验步骤 / 255
8.4 微分平坦控制之设计实验 / 261
8.4.1 实验配置和目标 / 261
8.4.2 实验设计 / 263
8.4.3 实验步骤 / 266
8.5 课后习题 / 273
第九章 图像伺服对接控制实验 / 275
9.1 图像伺服对接控制实验之实验原理 / 275
9.1.1 图像伺服控制基本原理 / 276
9.1.2 目标识别及定位 / 278
9.1.3 对接控制 / 279
9.1.4 相关发展 / 287
9.2 图像伺服对接控制实验之基础实验 / 289
9.2.1 实验配置和目标 / 289
9.2.2 实验步骤 / 289
9.3 图像伺服对接控制实验之分析实验 / 294
9.3.1 实验配置和目标 / 294
9.3.2 实验步骤 / 294
9.4 图像伺服对接控制实验之设计实验 / 300
9.4.1 实验配置和目标 / 300
9.4.2 实验设计 / 300
9.4.3 实验步骤 / 302
9.5 图像伺服对接控制实验之硬件在环仿真实验 / 306
9.5.1 实验配置和目标 / 306
9.5.2 实验设计 / 307
9.5.3 实验步骤 / 310
9.6 课后习题 / 317
第十章 集群飞行控制实验 / 318
10.1 集群飞行实验之实验原理 / 318
10.1.1 基本概念 / 318
10.1.2 受控模型 / 319
10.1.3 集群控制方法 / 320
10.2 集群飞行实验之基础实验 / 324
10.2.1 实验配置和目标 / 324
10.2.2 实验步骤 / 324
10.3 集群飞行实验之分析实验 / 330
10.3.1 实验配置和目标 / 330
10.3.2 实验步骤 / 330
10.4 集群飞行实验之设计实验 / 335
10.4.1 实验配置和目标 / 335
10.4.2 实验设计 / 335
10.4.3 实验步骤 / 339
10.4.4 硬件在环仿真 / 344
10.4.5 相关发展 / 353
10.5 课后习题 / 354
10.6 附录 / 355
附录 A 中英文对照表 / 358
参考文献 / 365