第01章
姿态控制概述
什么是姿态控制？为什么需要姿态控制？应用领域（无人机、机器人、航天器）。课程框架与学习路径。
入门概览
第02章
刚体运动学基础
坐标系定义（惯性系、机体系）、欧拉角、旋转矩阵、四元数基础概念。
运动学坐标
第03章
姿态表示方法（上）
欧拉角的定义、万向锁问题、欧拉角在工程中的使用限制。
欧拉角万向锁
第04章
姿态表示方法（下）
四元数数学定义、四元数乘法、与旋转矩阵的转换、四元数插值。
四元数插值
第05章
刚体动力学基础
牛顿-欧拉方程、转动惯量、力矩与角加速度、陀螺效应。
动力学陀螺
第06章
传感器原理（上）
陀螺仪、加速度计、磁力计工作原理。
传感器IMU
第07章
传感器原理（下）
IMU组成、传感器误差模型（零偏、噪声、尺度因子）、Allan方差分析简介。
误差Allan
第08章
姿态解算入门
互补滤波原理、一阶互补滤波实现、Mahony滤波算法原理。
滤波Mahony
第09章
姿态解算进阶
卡尔曼滤波基础（状态预测、观测更新）、扩展卡尔曼滤波（EKF）在姿态估计中的应用。
EKF卡尔曼
第10章
姿态解算实战
基于MPU6050的互补滤波/EKF代码实现、传感器数据预处理。
MPU6050实战
第11章
控制理论基础回顾
PID控制原理（比例、积分、微分）、传递函数与频域分析、稳定性判据。
PID频域
第12章
单通道姿态控制（角度环）
角度环PID设计、内环（角速度环）与外环（角度环）概念、P/PD控制器区别。
角度环串级
第13章
角速度环（内环）设计
角速度环数学模型、PID参数整定、带宽与响应速度。
内环带宽
第14章
角度环（外环）设计
角度环数学模型、PID参数整定、串级控制结构。
外环串级
第15章
串级PID控制实战
串级PID代码框架、饱和与积分限幅、抗积分饱和（Anti-windup）技术。
Anti-windup实战
第16章
控制分配
从期望力矩到执行器指令、混控矩阵（Mixer Matrix）设计、执行器饱和处理。
混控饱和
第17章
四旋翼飞行器姿态控制（上）
四旋翼动力学简化、电机模型与推力/力矩关系、标准控制分配矩阵。
四旋翼混控
第18章
四旋翼飞行器姿态控制（下）
串级PID参数整定实例、实际飞行调试技巧（悬停、抗风）。
调参飞行
第19章
固定翼飞行器姿态控制
舵面与力矩产生、攻角与侧滑角、增稳系统（阻尼器、增稳器）。
固定翼增稳
第20章
机器人姿态控制（两轮自平衡）
倒立摆模型、LQR控制理论简介、LQR在平衡控制中的应用。
LQR平衡
第21章
航天器姿态控制
反作用飞轮与控制力矩陀螺（CMG）、零动量与偏置动量控制、星敏感器与太阳敏感器。
航天飞轮
第22章
非线性控制方法简介
滑模控制（Sliding Mode Control）原理、反步法（Backstepping）、自适应控制简介。
滑模反步法
第23章
姿态控制系统的离散化
连续与离散系统、零阶保持器（ZOH）、双线性变换（Tustin）、离散PID实现。
离散ZOH
第24章
实时系统与嵌入式实现
RTOS基础、任务调度与优先级、姿态控制任务时序分析。
RTOS嵌入式
第25章
仿真环境搭建
MATLAB/Simulink姿态控制仿真、PX4/ArduPilot SITL、硬件在环仿真（HITL）。
SimulinkSITL
第26章
参数整定与调试方法
Ziegler-Nichols整定法、基于模型整定、试凑法、频域响应法。
整定Z-N
第27章
故障诊断与容错控制
传感器故障检测（残差分析）、执行器故障检测、控制重构策略。
容错故障
第28章
姿态控制系统的性能评估
时域指标（超调量、调节时间、稳态误差）、频域指标（带宽、相位裕度、幅值裕度）、鲁棒性分析。
性能鲁棒性
第29章
前沿技术与发展趋势
基于学习的姿态控制（强化学习）、模型预测控制（MPC）、多传感器融合（视觉+IMU）。
RLMPC
第30章
综合项目实战
设计完整姿态控制系统（需求分析到代码实现）、项目文档撰写规范、课程总结与进阶路径。
项目总结