从零搭建六自由度仿真环境全流程
📚 共计 30 章节
01
课程导论与目标
什么是六自由度仿真？为什么需要它？课程整体路线图。
导论
概览
02
数学基础回顾（上）
刚体运动描述、旋转矩阵、欧拉角。
矩阵
旋转
03
数学基础回顾（下）
四元数、齐次变换矩阵、运动学与动力学基础。
四元数
变换
04
开发环境搭建
Python环境、NumPy/SciPy、Matplotlib、PyBullet/CoppeliaSim安装。
Python
仿真
05
坐标系与变换
世界坐标系、机体坐标系、坐标系之间的转换关系。
坐标
转换
06
刚体运动学
位置、速度、加速度在三维空间中的表示与更新。
运动学
3D
07
姿态表示与转换
旋转矩阵、欧拉角、四元数互相转换与代码实现。
姿态
算法
08
动力学基础
牛顿-欧拉方程、惯性矩阵、力矩与角加速度。
动力学
力矩
09
仿真循环设计
主循环框架、时间步进、状态更新逻辑。
循环
架构
10
传感器模型（上）
IMU（加速度计、陀螺仪）仿真模型。
IMU
传感器
11
传感器模型（下）
GPS、气压计、磁力计仿真模型。
GPS
磁力计
12
执行器模型
电机、舵机、螺旋桨的简化数学模型。
执行器
电机
13
控制基础
PID控制器原理与离散化实现。
PID
控制
14
姿态控制
基于四元数的姿态控制器设计与仿真。
姿态控制
四元数
15
位置控制
位置-速度-加速度三级环控制器设计。
位置环
级联
16
可视化基础
使用Matplotlib进行3D轨迹与姿态可视化。
Matplotlib
3D
17
3D可视化进阶
使用PyBullet或CoppeliaSim搭建可视化仿真环境。
PyBullet
CoppeliaSim
18
仿真环境搭建
创建地面、障碍物、目标点等场景元素。
场景
障碍物
19
多旋翼飞行器建模
四旋翼动力学模型与参数辨识。
四旋翼
建模
20
固定翼飞行器建模
固定翼气动模型与简化仿真。
固定翼
气动
21
水下机器人建模
水下动力学特性与仿真。
水下
ROV
22
地面移动机器人建模
轮式与履带式运动学模型。
轮式
履带
23
碰撞检测与物理引擎
基本碰撞检测算法与响应。
碰撞
物理
24
噪声与扰动建模
传感器噪声、风扰、水流扰动仿真。
噪声
扰动
25
仿真加速与实时性
多线程仿真、实时仿真技巧。
多线程
实时
26
数据记录与分析
仿真数据日志、回放与性能分析。
日志
分析
27
硬件在环仿真（HIL）入门
将仿真与真实硬件连接。
HIL
硬件
28
软件在环仿真（SIL）入门
仿真与自动驾驶算法联调。
SIL
算法
29
综合项目实战（上）
搭建一个完整的无人机六自由度仿真。
项目
无人机
30
综合项目实战（下）
仿真调试、优化与总结。
调试
优化