01
课程导论：MPC核心优势
多旋翼避障为什么需要MPC？对比PID/LQR，课程框架与学习路径
入门全景
02
多旋翼动力学基础
坐标系定义、欧拉角与旋转矩阵、四元数基础
坐标系四元数
03
多旋翼刚体运动学
位置/速度/加速度微分关系，姿态运动学方程
运动学微分
04
多旋翼动力学建模
电机推力/力矩模型，牛顿-欧拉刚体动力学
建模牛顿-欧拉
05
控制分配与混控矩阵
期望力/力矩到电机转速映射，混控矩阵推导
混控分配
06
线性MPC理论
预测模型、滚动优化、反馈校正，QP问题形式
MPCQP
07
非线性MPC理论
NMPC数学描述，与线性MPC区别，实时挑战
NMPC非线性
08
MPC求解器选型
OSQP / ACADO / CasADi / ACADOS 对比与建议
求解器对比
09
OSQP求解器实战
安装、C语言接口调用、构建QP问题并求解
OSQPC接口
10
避障问题建模
障碍物表示(球体/凸多面体/栅格)，避障约束数学表达
避障约束
11
避障约束线性化
非线性避障约束→线性不等式(一阶泰勒展开)
线性化泰勒
12
轨迹规划与MPC结合
前端A*/RRT*搜索 + 后端MPC轨迹跟踪架构
规划混合
13
基于优化的轨迹生成
Minimum Snap轨迹，时间分配与参数化
优化Minimum Snap
14
MPC状态估计基础
EKF/UKF原理，IMU+视觉/激光融合估计
EKF融合
15
仿真环境搭建
PX4+Gazebo仿真，ROS2接口配置
仿真ROS2
16
MPC控制器代码框架
C++工程结构，MPCController/ObstacleManager/StateEstimator
架构C++
17
MPC预测模型离散化
连续→离散(欧拉法/龙格库塔法)
离散化数值积分
18
MPC代价函数设计
跟踪/控制/终端代价权重调节
调参权重
19
避障约束软约束处理
松弛变量引入，避免约束过紧无解
软约束松弛
20
实时性优化
求解器参数调优，Eigen向量化，内存预分配
性能优化
21
硬件在环测试
部署到Pixhawk/STM32，HIL仿真验证
HIL嵌入式
22
实飞测试流程
安全策略、参数整定步骤、常见问题排查
实飞调试
23
动态避障
移动障碍物MPC策略，轨迹预测
动态预测
24
多机协同避障
分布式MPC，一致性约束与碰撞避免
多机协同
25
MPC与深度学习结合
学习型MPC，神经网络近似动力学/代价
AI神经网络
26
故障容错MPC
执行器故障下MPC重构，控制分配重映射
容错重构
27
MPC参数自动调优
贝叶斯优化、强化学习参数整定
自动调参贝叶斯
28
工程部署经验
嵌入式内存管理，RTOS任务调度，日志记录
部署RTOS
29
开源项目解读
mav_control_rw / acados_mpc_ros 等开源避障项目
开源解读
30
课程总结与展望
MPC前沿趋势，进一步学习资源推荐
总结趋势