Safety and Reliability in Cooperating Unmanned Aerial Systems pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Rabbath, Camille Alain/ Lechevin, N.

出品人:

页数:236

译者:

出版时间:2010-1

价格:699.00元

装帧:

isbn号码:9789812836991

丛书系列:

图书标签:

无人机
协同
安全
可靠性
故障诊断
风险评估
自主系统
飞行控制
多智能体系统
航空安全

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具体描述

This book provides a comprehensive overview of recent advances in the analysis and design of health management systems for cooperating unmanned aerial vehicles. Such systems rely upon monitoring and fault adaptation schemes. Motivation for their study comes from the fact that, despite the use of fault-tolerant control software and hardware embedded onboard air vehicles, overall fleet performance may still be degraded after the occurrence of anomalous events such as systems faults and failures. Cooperative health management (CHM) systems seek to provide adaptation to the presence of faults by capitalizing on the availability of interconnected computing, sensing and actuation resources.This monograph complements the proposed CHM concepts by means of case studies and application examples. It presents fundamental principles and results encompassing optimization, systems theory, information theory, dynamics, modeling and simulation. Written by pioneers in cooperative control, health management and fault-tolerant control for unmanned systems, this book is a unique source of information for designers, researchers and practitioners interested in the field.

电子电气工程与先进控制系统：下一代智能平台的构建与优化书籍简介：本书深入探讨了现代电子电气工程领域的前沿技术与挑战，重点聚焦于复杂智能系统，特别是涉及高度自主和协同工作的无人机群（UAS）和机器人系统的集成、控制、感知与决策制定。本书旨在为研究人员、高级工程师以及高年级本科生和研究生提供一个全面且深入的理论框架和实践指导，以应对构建和部署下一代高可靠性、高效率的智能电子系统所面临的关键难题。全书结构紧凑，逻辑严密，共分为六大部分，涵盖了从基础理论到尖端应用的多个维度。第一部分：先进电子系统架构与硬件基础 (Foundations of Advanced Electronic Architectures) 本部分首先为读者奠定了理解复杂电子系统的基础。我们详细分析了高性能嵌入式系统的设计原则，特别是针对实时处理和低功耗要求的硬件平台选择与优化。内容涵盖了异构计算架构（如FPGA、GPU与多核ARM处理器的协同工作机制）、传感器数据融合的底层接口标准（如高速串行通信与时间同步协议），以及面向边缘计算的电源管理与热耗散策略。重点讨论了如何设计出能够承受极端工作环境（如温度、振动和电磁干扰）并保证长期稳定运行的电子板级支持包（BSP）。此外，对新型固态存储技术在系统日志记录和快速启动机制中的应用也进行了深入剖析。第二部分：多传感器数据融合与环境认知 (Multi-Sensor Data Fusion and Environmental Perception) 现代智能系统的核心能力在于其对环境的精确感知和理解。本部分聚焦于多模态传感器数据的集成与处理。我们详细阐述了激光雷达（LiDAR）、视觉系统（Stereo/Mono/Event Cameras）、惯性测量单元（IMU）和射频定位技术之间的时间同步、空间校准以及数据效能最大化。在数据融合算法层面，本书侧重于基于卡尔曼滤波扩展（EKF）、粒子滤波（PF）以及最新的深度学习驱动的概率图模型，用于实现高精度的状态估计（定位、速度、姿态）。特别地，我们引入了“不确定性量化”的概念，指导读者如何评估和管理融合结果中的固有误差，这对于后续的决策制定至关重要。第三部分：自适应与鲁棒控制理论 (Adaptive and Robust Control Theory) 控制系统是实现自主行为的“大脑”。本部分深入探讨了超越传统PID控制的先进控制技术，以应对系统模型不确定性、外部扰动和执行器非线性的挑战。内容包括：自适应控制（如基于模型的参考自适应控制MRAC、纯反馈结构）、鲁棒控制（如$mathcal{H}_{infty}$控制、滑模控制SMC），以及最优控制方法（如LQR的非线性扩展）。我们不仅提供了详尽的数学推导，还结合实际案例，演示了这些控制器如何应用于高动态飞行器的姿态保持与轨迹跟踪。对于系统参数在线变化的场景，我们特别强调了在线辨识技术与控制律的紧密耦合。第四部分：分布式计算与任务调度 (Distributed Computing and Task Scheduling) 随着系统复杂性的增加，单体控制已无法满足需求，分布式计算和协同决策成为必然。本部分关注于如何有效地在多个计算节点（无论是系统内部的多个处理器还是外部的协同实体）之间分配计算资源和任务负载。我们分析了实时操作系统（RTOS）的选择与配置，特别是针对硬实时性要求的调度算法（如EDF、RMS的改进版本）。在分布式决策方面，本书详细阐述了基于图论的任务分配策略、去中心化的共识机制（如拜占庭容错协议的简化应用），以及在有限通信带宽下进行信息交换和状态同步的技术。重点讨论了如何设计容错的通信拓扑结构以应对链路中断。第五部分：系统级安全与故障诊断 (System-Level Security and Fault Diagnostics) 系统的可靠性不仅依赖于其正常运行时的性能，更依赖于其对故障的检测、隔离与恢复能力。本部分聚焦于系统级的安全性和健康管理（PHM）。我们探讨了基于模型（Model-Based）和基于数据（Data-Driven）的故障诊断方法。前者通过监测残差与预设基线模型的偏差来识别异常；后者则利用机器学习模型（如LSTM、Autoencoders）来学习正常运行的“指纹”并识别偏差。在安全方面，本书分析了电子系统中的常见威胁（如单点故障、软错误注入），并介绍了冗余设计（如三模冗余TMR）和故障隔离机制，以确保关键功能不受单一组件失效的影响。第六部分：高级应用案例与未来展望 (Advanced Case Studies and Future Directions) 本部分的最后一部分将理论知识应用于实际的高级应用场景，并展望了电子电气工程与控制科学的未来发展方向。我们通过详细的案例研究，展示了如何将前述技术应用于复杂的态势感知网络、高精度编队飞行控制、以及受限环境下的自主导航问题。未来的展望部分，我们将讨论量子计算对复杂系统建模的潜在影响、神经形态计算在实时决策中的应用前景，以及在极大规模电子系统中实现更高层次自主性所需的理论突破。本书的每一章都配有清晰的数学推导、清晰的算法流程图以及大量的仿真验证结果，力求理论的严谨性与工程实践的可操作性完美结合。本书的叙述风格严谨、专业，专注于技术细节的深入挖掘，而非泛泛而谈的概述。