01
姿态控制概述
什么是姿态控制 · 无人机/机器人/航天器应用 · 学习路径与目标
入门概览
02
坐标系与刚体运动
地球/机体坐标系 · 欧拉角 · 旋转矩阵 · 四元数基础
数学基础
03
传感器原理与选型
陀螺仪/加速度计/磁力计 · 零偏噪声带宽 · 选型指南
硬件传感器
04
姿态表示方法
欧拉角(万向锁) · 旋转矩阵 · 四元数优势 · 等效旋转矢量
核心理论
05
姿态解算基础
互补滤波原理 · 一阶低通/高通滤波在姿态解算中的应用
滤波基础
06
Mahony互补滤波算法
算法原理 · PI调节器设计 · 代码实现与调参技巧
算法经典
07
Madgwick方向余弦算法
梯度下降法 · 代码实现 · 性能对比
算法融合
08
卡尔曼滤波入门
状态空间模型 · 预测与更新 · 一维卡尔曼示例
估计进阶
09
扩展卡尔曼滤波(EKF)
非线性系统建模 · 雅可比矩阵 · EKF姿态估计实现
EKF进阶
10
传感器校准
加速度计六面校准 · 磁力计椭球拟合 · 陀螺零偏校准
实战校准
11
传感器数据融合
时间同步 · 数据对齐 · 异常值剔除(中值/限幅滤波)
融合预处理
12
姿态控制基础 · PID
PID控制器原理 · P/I/D作用与影响
控制经典
13
角度单环PID控制
角度环设计 · 目标跟踪 · 代码实现与调试
单环实战
14
串级PID控制
角速度内环+角度外环 · 为什么串级 · 参数整定
串级核心
15
控制分配 · 混控矩阵
四旋翼电机分配 · 固定翼舵面分配 · 混控矩阵
分配执行
16
执行器建模与驱动
PWM信号生成 · 电机/舵机模型 · 死区补偿
硬件驱动
17
实时操作系统(RTOS)基础
FreeRTOS任务管理 · 优先级 · 临界区保护
系统RTOS
18
姿态控制软件架构
任务划分(传感器/解算/控制/通信) · 数据流设计
架构设计
19
通信协议
I2C/SPI/UART · MAVLink协议简介
通信协议
20
硬件平台搭建
主控选型(STM32/ESP32) · 传感器连接 · 电源设计
硬件平台
21
仿真环境搭建
MATLAB/Simulink · Python仿真框架
仿真工具
22
硬件在环仿真(HIL)
HIL原理 · 搭建步骤 · 与真实硬件联调
HIL测试
23
参数整定实战
Ziegler-Nichols · 试凑法 · 自整定算法
整定实战
24
振动与噪声抑制
陷波滤波器 · 低通滤波器 · 机械减振措施
滤波工程
25
故障诊断与保护
传感器故障检测 · 执行器保护 · 看门狗机制
安全诊断
26
姿态控制性能评估
稳态误差/超调/响应时间 · 鲁棒性测试
评估指标
27
进阶控制算法
LQR控制 · 模型预测控制(MPC)简介
进阶现代控制
28
多旋翼无人机姿态控制实战
从传感器到电机输出的完整代码实现
实战无人机
29
两轮自平衡机器人姿态控制
平衡控制原理 · 倾角估计 · 电机驱动
实战机器人
30
课程总结与展望
常见问题汇总 · 学习资源推荐 · 未来趋势(视觉惯性/深度学习)
总结展望