01
高动态姿态跟踪控制概述
课程背景、应用场景（无人机、导弹、航天器）、核心挑战（快速机动、强耦合、不确定性）、课程大纲与学习路径。
概述无人机导弹
02
刚体运动学基础
坐标系定义（惯性系、体坐标系）、欧拉角与旋转矩阵、四元数基础、姿态参数化对比。
运动学四元数欧拉角
03
刚体动力学基础
牛顿-欧拉方程、角动量定理、转动惯量与惯性张量、陀螺力矩与耦合效应。
动力学惯性张量陀螺力矩
04
姿态误差度量
姿态误差定义、旋转矩阵误差、四元数误差、修正罗德里格斯参数（MRP）误差、误差特性分析。
误差度量MRP四元数
05
经典PID姿态控制
PID控制器原理、姿态PID设计（角度环+角速度环）、抗积分饱和、工程调参经验。
PID角度环抗饱和
06
前馈补偿控制
前馈控制原理、基于模型的前馈（陀螺力矩补偿、惯性力矩补偿）、前馈与反馈结合策略。
前馈补偿陀螺力矩
07
滑模控制基础
滑模控制原理、切换函数设计、等效控制与趋近律、抖振问题及抑制方法。
滑模抖振趋近律
08
滑模姿态控制设计
基于四元数的滑模面设计、滑模姿态控制器推导、李雅普诺夫稳定性证明、仿真验证。
滑模面四元数稳定性
09
自适应控制基础
自适应控制原理、模型参考自适应（MRAC）、自校正控制、参数估计方法（梯度法、最小二乘）。
自适应MRAC参数估计
10
自适应姿态控制
惯性参数在线估计、自适应姿态控制器设计、鲁棒性分析、仿真案例。
在线估计鲁棒性仿真
11
反步法控制基础
反步法原理、递归设计步骤、虚拟控制量设计、李雅普诺夫函数构造。
反步法虚拟控制递归
12
反步法姿态控制
基于四元数的反步法设计、角速度虚拟控制、实际控制律推导、稳定性分析。
反步法四元数控制律
13
非线性动态逆控制
动态逆原理、时标分离原则、姿态动态逆设计、控制分配、鲁棒性问题。
动态逆时标分离控制分配
14
模型预测控制（MPC）基础
MPC原理、预测模型、滚动优化、约束处理、二次规划求解。
MPC滚动优化约束
15
MPC姿态控制
姿态MPC问题建模、预测模型离散化、代价函数设计、约束处理、实时性优化。
MPC离散化实时性
16
鲁棒控制基础
H∞控制原理、小增益定理、结构奇异值（μ）分析、鲁棒稳定性与性能。
H∞小增益μ分析
17
鲁棒姿态控制
H∞姿态控制器设计、加权函数选择、LMI求解、频域分析。
H∞LMI频域
18
干扰观测器（DOB）基础
DOB原理、名义模型设计、Q滤波器设计、干扰抑制能力分析。
DOBQ滤波器干扰抑制
19
基于DOB的姿态控制
姿态DOB设计、干扰估计与补偿、与PID/滑模结合、仿真验证。
DOB干扰补偿PID
20
扩张状态观测器（ESO）与自抗扰控制（ADRC）
ESO原理、ADRC架构、姿态ADRC设计、参数整定。
ESOADRC参数整定
21
姿态控制中的执行机构建模
飞轮/反作用轮模型、控制力矩陀螺（CMG）模型、推力器模型、饱和与死区特性。
执行机构CMG饱和
22
控制分配与冗余管理
控制分配问题、伪逆法、直接分配法、动态控制分配、故障重构。
控制分配伪逆冗余
23
姿态确定与滤波
姿态敏感器（陀螺、星敏感器、太阳敏感器）、扩展卡尔曼滤波（EKF）、无迹卡尔曼滤波（UKF）、姿态估计。
EKFUKF敏感器
24
多传感器融合姿态估计
互补滤波、梯度下降法、EKF/UKF融合、容错姿态估计。
融合互补滤波容错
25
高动态机动轨迹规划
时间最优轨迹、S曲线规划、多项式轨迹、加加速度（Jerk）约束、实时重规划。
轨迹规划JerkS曲线
26
敏捷机动控制
大角度机动控制策略、快速机动与稳定权衡、机动路径跟踪、工程实现技巧。
敏捷机动大角度路径跟踪
27
姿态控制半实物仿真
实时仿真系统、硬件在环（HIL）架构、传感器/执行机构模拟、实时性要求。
半实物HIL实时仿真
28
姿态控制飞行试验
试验设计、试飞流程、数据采集与分析、常见问题与排查。
飞行试验试飞数据分析
29
工程实践案例1：四旋翼无人机姿态控制
从建模到飞行、参数整定、常见问题与优化。
四旋翼实践参数整定
30
工程实践案例2：卫星姿态控制系统设计
任务需求分析、控制器设计、仿真验证、在轨经验。
卫星在轨工程实践