多旋翼無(wú)人機(jī)創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練課程教學(xué)大綱一、課程基本信息 課程編號(hào)：201404205課程中文名稱(chēng)：多旋翼無(wú)人機(jī)創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練課程英文名稱(chēng)：InnovativeexperiencestrainingforMulti-rotorUAV課程性質(zhì)：通識(shí)教育選修課開(kāi)課專(zhuān)業(yè)：全校本科生開(kāi)課學(xué)期：5總學(xué)時(shí)：48（其中理論16學(xué)時(shí)，其它32學(xué)時(shí)）總學(xué)分：2二、課程目標(biāo)課程總體目標(biāo)：通過(guò)本門(mén)課程的學(xué)習(xí)，一方面，使學(xué)生了解旋翼式無(wú)人機(jī)的一些基本構(gòu)成、基本理論、控制方法和創(chuàng)新應(yīng)用，解決與旋翼式無(wú)人機(jī)相關(guān)的工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用問(wèn)題。學(xué)生通過(guò)運(yùn)用旋翼式無(wú)人機(jī)的技術(shù)方法、思維方式，能夠?qū)π硎綗o(wú)人機(jī)以及相關(guān)技術(shù)的工程問(wèn)題明確設(shè)計(jì)需求，設(shè)計(jì)解決方案。能夠運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)對(duì)旋翼式無(wú)人機(jī)相關(guān)的工程問(wèn)題進(jìn)行研究。結(jié)合具體情況進(jìn)行實(shí)踐，能達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際、活學(xué)活用的基本目標(biāo)，提高動(dòng)手能力和應(yīng)用技能，鍛煉學(xué)生知識(shí)綜合運(yùn)用能力和創(chuàng)新能力，通過(guò)實(shí)踐環(huán)節(jié)訓(xùn)練使學(xué)生具備不斷學(xué)習(xí)，適應(yīng)機(jī)電類(lèi)學(xué)科領(lǐng)域發(fā)展的能力。另一方面，使學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)研究中發(fā)現(xiàn)微型旋翼式無(wú)人機(jī)的創(chuàng)業(yè)先機(jī)，深入了解國(guó)內(nèi)知名無(wú)人機(jī)公司創(chuàng)業(yè)歷程，以及身邊大學(xué)生組建的多旋翼飛行器創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)業(yè)經(jīng)歷，熟悉創(chuàng)業(yè)的基本流程和基本方法，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)業(yè)意識(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)業(yè)能力，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)就業(yè)和全面發(fā)展。具體目標(biāo)如下：1、能夠了解多旋翼無(wú)人機(jī)的基本工作原理和基本構(gòu)成。2、能夠掌握多旋翼無(wú)人機(jī)的數(shù)學(xué)模型建立方法。3、能夠掌握多旋翼無(wú)人機(jī)的姿態(tài)傳感器工作原理和姿態(tài)解算算法。4、能夠掌握多旋翼無(wú)人機(jī)的控制器基本構(gòu)成和PID控制算法。5、能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)多旋翼無(wú)人機(jī)的PID控制調(diào)節(jié)。6、能了解多旋翼無(wú)人機(jī)其他輔助功能：GPS、雙目視覺(jué)、視覺(jué)捕捉系統(tǒng)等。7、通過(guò)實(shí)踐環(huán)節(jié)訓(xùn)練使學(xué)生具備自行調(diào)試多旋翼無(wú)人機(jī)的基本技能，機(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)知識(shí)綜合運(yùn)用能力。通過(guò)多旋翼無(wú)人機(jī)的創(chuàng)業(yè)案例分析，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)業(yè)意識(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。三、教學(xué)基本要求本課程的學(xué)習(xí)包括理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和創(chuàng)業(yè)教育三部分：理論教學(xué)重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)多旋翼無(wú)人機(jī)基礎(chǔ)理論和軟硬件技術(shù)的掌握，包括了解飛行器的歷史、定義、發(fā)展、分類(lèi)；掌握多旋翼飛行器的基礎(chǔ)原理和硬件構(gòu)成，包括動(dòng)力技術(shù)、傳感技術(shù)、飛行控制和導(dǎo)航技術(shù)等；學(xué)會(huì)四旋翼飛行器機(jī)架的選擇、飛控板的選擇、電調(diào)、電機(jī)和槳片的選擇、遙控器的選擇等。最終使學(xué)生能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)、制作、組裝和調(diào)試多旋翼無(wú)人機(jī)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)多旋翼無(wú)人機(jī)硬件構(gòu)成和軟件算法的深入了解、提高對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的動(dòng)手聯(lián)調(diào)能力和分析問(wèn)題解決問(wèn)題能力，包括學(xué)會(huì)四旋翼飛行器硬件組裝，無(wú)槳、有槳調(diào)試及使用，小四軸的制作、調(diào)試與試飛；創(chuàng)業(yè)教育重點(diǎn)通過(guò)無(wú)人機(jī)技術(shù)分析和學(xué)習(xí)在學(xué)習(xí)研究中發(fā)現(xiàn)微型旋翼式無(wú)人機(jī)的創(chuàng)業(yè)先機(jī)，深入了解國(guó)內(nèi)知名無(wú)人機(jī)公司創(chuàng)業(yè)歷程，以及身邊大學(xué)生組建的多旋翼飛行器創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)業(yè)經(jīng)歷，熟悉創(chuàng)業(yè)的基本流程和基本方法，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)業(yè)意識(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)業(yè)能力，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)就業(yè)和全面發(fā)展。通過(guò)課程學(xué)生使學(xué)生具備以下素質(zhì)：1、通過(guò)學(xué)習(xí)養(yǎng)成積極思考問(wèn)題、主動(dòng)學(xué)習(xí)的習(xí)慣；2、通過(guò)學(xué)習(xí)培養(yǎng)較強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)能力和解決問(wèn)題的能力；3、通過(guò)學(xué)習(xí)和了解新事物激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力；4、通過(guò)學(xué)習(xí)和引導(dǎo)激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的潛質(zhì)；5、通過(guò)學(xué)習(xí)培養(yǎng)良好的團(tuán)隊(duì)合作精神，養(yǎng)成良好的工作責(zé)任心。四、教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)分配1多旋翼飛行器概述（4學(xué)時(shí)）1.1飛行器的歷史、定義和發(fā)展、應(yīng)用.1.2多旋翼飛行器構(gòu)成認(rèn)知——航模動(dòng)力：電機(jī)、電調(diào)與電池，航模安裝平臺(tái)：機(jī)架和槳葉，航模控制系統(tǒng)：飛行控制器和遙控裝置，感知器官傳感器：陀螺儀、加速度計(jì)及磁強(qiáng)計(jì)。1.3課程主要內(nèi)容及目的。2微型多旋翼飛行器理論基礎(chǔ)（8學(xué)時(shí)）2.1四旋翼理論基礎(chǔ)概述。2.2飛行器常用坐標(biāo)系——載體坐標(biāo)系（機(jī)體坐標(biāo)系）、地理坐標(biāo)系。2.3飛行器姿態(tài)解算算法——互補(bǔ)濾波（低通、高通濾波）、滑動(dòng)濾波、mahony濾波、卡爾曼濾波。2.4飛行器數(shù)學(xué)模型分析——?jiǎng)恿W(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，電機(jī)模型。2.5飛行器控制算法——PID控制算法。3飛行器拓展功能介紹（4學(xué)時(shí)）3.1雙環(huán)串級(jí)PID算法及計(jì)算機(jī)調(diào)試與實(shí)現(xiàn)。3.2定高功能分析設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

3.3軟件拓展功能——MATLAB數(shù)據(jù)導(dǎo)入分析等。3.4飛行器其他輔助功能——GPS、雙目視覺(jué)、視覺(jué)捕捉系統(tǒng)（vican）等。五、教學(xué)方法及手段（含現(xiàn)代化教學(xué)手段及研究性教學(xué)方法）1、以課堂教學(xué)形式達(dá)成課程目標(biāo)分析重點(diǎn)難點(diǎn)，精選內(nèi)容，組織教案；課程教學(xué)采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，將數(shù)字化教學(xué)資源（微信平臺(tái)、手機(jī)平臺(tái)）與傳統(tǒng)課堂教學(xué)相結(jié)合；將學(xué)生創(chuàng)業(yè)案例和創(chuàng)業(yè)多旋翼無(wú)人機(jī)數(shù)字化平臺(tái)引入教學(xué)中，保持教學(xué)內(nèi)容的不斷更新；課后提出問(wèn)題，利于同學(xué)深入思考，最終以試卷形式進(jìn)行考核。2、以實(shí)踐性教學(xué)形式達(dá)成課程目標(biāo)本課程安排8次共32學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)和研討，采用分組形式完成，每組3人。實(shí)驗(yàn)包括：“INFI”微型四旋翼認(rèn)知實(shí)驗(yàn)、“INFI”微型四旋翼特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)、“INFI”微型四旋翼應(yīng)用軟件調(diào)試實(shí)驗(yàn)、“INFI”微型四旋翼姿態(tài)解算算法調(diào)試實(shí)驗(yàn)、“INFI”微型四旋翼姿態(tài)控制PID算法調(diào)試實(shí)驗(yàn)、“INFI”微型四旋翼綜合調(diào)試以及擴(kuò)展功能測(cè)試實(shí)驗(yàn)、飛行器視覺(jué)檢測(cè)算法分析與調(diào)試實(shí)驗(yàn)；研討包括多旋翼飛行器創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)例調(diào)查、討論與分析。

3、以多環(huán)節(jié)訓(xùn)練相結(jié)合形式達(dá)成課程目標(biāo)平時(shí)調(diào)研、探究式作業(yè)安排2次。六、實(shí)驗(yàn)（或）上機(jī)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)一：“INFI”微型四旋翼認(rèn)知實(shí)驗(yàn)（4學(xué)時(shí)）——微型四旋翼（INFI四旋翼）認(rèn)知和設(shè)計(jì)理念、軟硬件構(gòu)成以及簡(jiǎn)單飛行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)二：“INFI”微型四旋翼特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)（4學(xué)時(shí)）———微型四旋翼（INFI四旋翼）整機(jī)結(jié)構(gòu)、傳感器安裝及整機(jī)主控電路分析實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)三：“INFI”微型四旋翼應(yīng)用軟件調(diào)試實(shí)驗(yàn)（4學(xué)時(shí)）——飛行器開(kāi)發(fā)環(huán)境（MDK、地面站）及開(kāi)發(fā)工具的安裝調(diào)試實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)四：“INFI”微型四旋翼姿態(tài)解算算法調(diào)試實(shí)驗(yàn)（4學(xué)時(shí)）——飛行器地面操控平臺(tái)姿態(tài)測(cè)量部分熟悉以及姿態(tài)解算分析與調(diào)試。實(shí)驗(yàn)五：“INFI”微型四旋翼姿態(tài)控制PID算法調(diào)試實(shí)驗(yàn)（4學(xué)時(shí)）——飛行器地面操控平臺(tái)控制部分熟悉PID控制解算分析與調(diào)試。實(shí)驗(yàn)六：“INFI”微型四旋翼綜合調(diào)試以及擴(kuò)展功能測(cè)試實(shí)驗(yàn)（4學(xué)時(shí)）——微型四旋翼飛行器飛行測(cè)試以及雙環(huán)串級(jí)PID算法調(diào)試實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)七：飛行器視覺(jué)檢測(cè)算法分析與調(diào)試實(shí)驗(yàn)（4學(xué)時(shí)）——飛行器目標(biāo)視覺(jué)識(shí)別算法分析與調(diào)試。研討：多旋翼飛行器創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)例調(diào)查、討論與分析（4學(xué)時(shí)）——多旋翼飛行器創(chuàng)新應(yīng)用案例，多旋翼飛行器創(chuàng)業(yè)研發(fā)案例。

七、前續(xù)課程、后續(xù)課程前續(xù)課程：大學(xué)物理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、工程制圖、自動(dòng)控制元件后續(xù)課程：無(wú)八、參考教材及學(xué)習(xí)資源[1]鮑凱.玩轉(zhuǎn)四軸飛行器.清華大學(xué)出版社，2015.6[2]