无人机智能控制课程教学大纲

无人机智能控制课程教学大纲

课程中文名称：无人机智能控制

课程英文名称：IntelligentControlofUAV

课程编号：204T0596

学分：1

学时：16（其中：讲课学时：16实验学时：0）

先修课程：高等数学工、线性代数I、大学物理V、电路原理n、电子技术基础（一）

/（二）、自动控制理论I、计算机控制技术、单片机原理及应用、电机与拖动、现代测试技

术与传感器

适用专业：自动化

课程类别：专业拓展课程/选修

使用教材：DavidMcGriffy著，陈立畅等译.无人机制作指南.人民邮电出版社，2018.

开课单位：电气与新能源学院

课程简介：无人机技术是指无人机系统、无人机工程及无人机相关的应用技术,随着该

技术的成熟，利用无人机完成一些人类难以完成的高难险和有毒有害工作成为可能，通过无

人机可以进行植保、测绘、摄影、高压线缆和农林巡视，无人机在物流等领域也拥有广阔的

应用空间。

一、课程性质

《无人机智能控制》是自动化专业的专业选修课。本课程是以多旋翼无人机系统为学习

对象，研究这类机电一体化系统设计与分析的基础知识、工作原理和控制器原理与实现方法

等方面的技术科学。课程理论联系实际，将控制原理与无人机系统的实际应用相结合，以控

制器的设计与实现方法为重点，系统地阐述多旋翼无人机系统的软硬件构成、组织、设计等

方面的各种原理、思想和方法。

二、课程目标：

课程目标1：落实立德树人培养要求。从计算机控制技术科学的内容、方法、思维多个

层面对学生进行价值塑造，帮助学生树立良好的人生观价值观，培养学生的家国情怀、创新

能力、科学思维和探索习惯。

课程目标2：能够应用课程相关的专业知识对无人机系统进行正确规范表述，理解无

人机系统的基本原理、设计方法和通用规律。

课程目标3：能运用分析力学的基础知识与欧拉角旋转矩阵方法对多旋翼无人机系统进

行建模；能够掌握数字控制系统的设计方法；掌握运用数字PID、预测控制等方法分析与设

计无人机智能控制系统的科学原理，正确表达和分析无人机智能控制系统设计工程应用问

题，体现出综合分析能力。

课程目标4：了解无人机智能控制系统检测、建模、控制有关基本知识，掌握无人机智

能控制系统设计的基本方法和技术，最终达成控制目标，体现出综合设计能力。

三、课程目标对毕业要求的支撑关系

课程目标对毕

毕业要求毕业要求指标点业要求的支撑

关系

1.4能够将数学、自然科学、工程科学的知识和数学模型方法

1.工程知识课程目标4

用于自动化系统专业工程问题解决方案的比较与综合。

2.2能基于科学原理和数学模型正确表达自动化系统复杂工程

2.问题分析课程目标2

问题。

5.2能够选择与使用恰当的仪器、信息资源、工程工具和专业

5.使用现代工具课程目标3

模拟软件，对自动化系统复杂工程问题进行分析、计算与设计。

6.1了解专业相关领域的技术标准体系、知识产权、产业政策

6.工程与社会课程目标1

和法律法规，理解不同社会文化对工程活动的影响。

四、教学内容及要求

第一章无人机基础知识

1.教学内容

（1）了解无人机现状与发展趋势；

（2）了解无人机的分类；

（3）熟悉多旋翼无人机的系统组成、机载设备、飞行原理与飞行环境等；

（4）了解课程学习方法。

2.重点难点：无人机的系统组成、无人机飞行原理与飞行环境。

3.课程思政融入点：建设新型电力系统，助力实现"双碳〃目标，无人机技术的应用起着

重要的技术支撑作用。

4.考核要点：无人机的分类、多旋翼无人机技术的典型应用等。

5.教学方法：线下教学。

6.作业安排：通过文献或者网络资源查找无人机技术在日常生产和生活中的典型应用o

第二章多轴飞行器的空气动力学

1.教学内容：

(1)掌握多轴无人机的受力分析和飞行姿态特点；

(2)掌握基于欧拉角旋转矩阵的多轴无人机运动/姿态建模方法；

(3)了解基于四元数法的多轴无人机的运动/姿态建模方法。

2.重点难点：输多轴无人机的受力分析、多轴无人机的运动/姿态建模方法。

3.课程思政融入点：以大疆公司的发展历程和发展现状为案例，与发达国家相关行业对

比，培养学生的爱国情怀和求真务实精神。

4.考核要点：多轴无人机的受力分析、架空输配电线路的特点。

5.教学方法：线下教学。

6.作业安排：基于欧拉角旋转矩阵的四旋翼无人机模型推导。

第三章多旋翼无人机惯性测量与航姿系统

1.教学内容：

(1)了解陀螺仪/磁力计/加速计的工作原理；

(2)了解常用惯性测量单元的工作原理；

(3)掌握多旋翼无人机典型姿态检测模块的工作原理与使用方法。

2.重点难点：典型姿态检测模块的工作原理与使用方法。

3.课程思政融入点：介绍无人机技术在电力行业的应用案例，培养学生科研自信和爱国情

怀，了解大国重器、工匠精神。

4.考核要点：典型姿态检测模块的工作原理与使用方法。

5.教学方法：线下教学。

6.作业安排：基于MPU6050六轴航姿测量单元与STM32单片机的姿态检测实现方法

第四章多旋翼无人机智能控制系统

工.教学内容：

(1)掌握比例积分微分(PID)控制原理；

(2)掌握比例积分微分(PID)控制算法实现；

(3)掌握预测控制原理；

(4)了解预测控制控制算法实现.

2.重点难点：掌握多旋翼无人机智能控制方法的原理与实现过程。

3.课程思政融入点：介绍无人机操作与行业发展的应用案例，培养学生科研自信和爱国情

怀，了解大国重器、工匠精神。

4.考核要点：比例积分微分（PID）控制原理与算法实现，预测控制原理。

5.教学方法：线下教学。

五、教学内容对课程目标的支撑关系

学时分配

早下教学内容支撑的课程目标

讲课实验实践

第一章无人机基础知识21、2

第二章多轴飞行器的空气动力学61、2、4

多旋翼无人机惯性测量与航姿系

第三章41、2、3、4

统

第四章多旋翼无人机智能控制系统41、2、3、4

六、考核方式及成绩评定标准

1.课程考核方式：课程考试占60%,平时成绩占40%。

考核与评价方式

支撑平时成绩（40%）期末考试（60%）

课程目标合计

毕业要求线下成绩（含课堂考勤、课堂互动、

课程考试

课堂讨论、纸质作业等）

指标点1.4课程目标4102030

指标点2.2课程目标2102030

指标点5.2课程目标3101525

指标点6.1课程目标110515

总分占比％4060100

说明：根据实际情况，每个课程目标的成绩比例可以在上下10%的范围内浮动，但必须

保证总成绩为100分。

2.课程考核评分标准

评分标准

课程目标考核要求高于预期达到预期低于预期

优秀良好合格不合格

1,落实立德树人培养要

求。从计算机控制技术科

学的内容、方法、思维多

课堂考勤、课

个层面对学生进行价值塑

堂互动、课后

造，帮助学生树立良好的27-3022-2618-21<18

作业、课堂讨

人生观价值观，培养学生

论、期末考试

的家国情怀、创新能力、

科学思维和探索习惯。（30

分）

2.能够应用课程相关的课堂考勤、课27-3022-2618-21<18

专业知识对无人机系统进堂互动、课后

行正确规范表述，理解无作业、课堂讨

人机系统的基本原理、设论、期末考试

计方法和通用规律。（30

分）

3.能运用分析力学的基础

知识与欧拉角旋转矩阵方

法对多旋翼无人机系统进

行建模；能够掌握数字控

制系统的设计方法；掌握课堂考勤、课

运用数字PID、预测控制堂互动、课后

21-2518-2015-17<15

等方法分析与设计无人机作业、课堂讨

智能控制系统的科学原论、期末考试