姿态控制 · 角速度环调优

01姿态控制概述

姿态控制基本概念、控制架构（内环角速度环、外环姿态角环）、PID控制原理简介。

📌 基础

02坐标系与旋转

地球坐标系、机体坐标系、欧拉角（横滚、俯仰、偏航）、旋转矩阵、四元数基础。

🔄 核心

03姿态解算入门

加速度计与陀螺仪原理、互补滤波原理、Mahony姿态解算算法。

🧮 解算

04角速度环控制基础

角速度环的作用、P（比例）控制原理、角速度环的数学模型。

⚙️ 内环

05角速度环PI控制

I（积分）控制的作用与副作用、PI控制器设计、积分饱和与抗积分饱和。

📈 PI

06角速度环PID控制

D（微分）控制的作用、微分噪声问题、低通滤波器在D项中的应用。

⚡ PID

07角速度环调参方法(一)

手动调参法（先P后I再D）、临界比例度法（Ziegler-Nichols）。

🔧 调参

08角速度环调参方法(二)

基于模型的自整定、频率响应分析、扫频与伯德图。

📊 频域

09角速度环性能指标

时域指标（上升时间、超调量、稳态误差）、频域指标（带宽、相位裕度）。

🎯 指标

10角速度环仿真环境搭建

基于Python/Matlab的仿真框架、四旋翼动力学模型简化、仿真步长选择。

💻 仿真

11角速度环代码实现(C)

Pixhawk/ArduPilot风格代码、中断服务函数、控制频率与调度。

⌨️ 代码

12角速度环滤波器设计

一阶低通滤波器、二阶巴特沃斯滤波器、陷波滤波器在共振抑制中的应用。

📡 滤波

13角速度环非线性因素

执行器饱和、死区效应、时延对控制性能的影响及补偿。

⚠️ 非线性

14角速度环增益调度

不同飞行模式下的增益切换、基于空速/高度的增益调度策略。

📶 调度

15角速度环鲁棒性分析

模型不确定性、参数摄动、外部扰动下的稳定性分析。

🛡️ 鲁棒

16姿态角环(外环)控制

角度环P控制、角度环与角速度环的串级结构、角度限幅。

🔄 外环

17姿态角环调参

角度环与角速度环的带宽分配原则、内外环解耦、调参顺序。

⚖️ 调参

18偏航角速度控制

偏航通道的特殊性、偏航角速度环与角度环的协调、地磁干扰处理。

🧭 偏航

19姿态控制中的前馈控制

角速度前馈、加速度前馈、前馈对动态响应的改善。

⏩ 前馈

20姿态控制中的自适应控制

模型参考自适应控制（MRAC）、自校正PID、在线参数辨识。

🧠 自适应

21姿态控制中的LQR控制

线性二次型调节器原理、LQR在姿态控制中的应用、与PID的对比。

📐 LQR

22姿态控制中的H∞控制

鲁棒控制理论简介、H∞混合灵敏度设计、工程实现难点。

∞ H∞

23姿态控制中的非线性控制

反步法（Backstepping）、滑模控制（SMC）、非线性动态逆。

🌀 非线性

24姿态控制中的状态观测器

卡尔曼滤波在姿态估计中的应用、扩展卡尔曼滤波（EKF）、无迹卡尔曼滤波（UKF）。

👁️ 观测器

25姿态控制中的传感器融合

IMU与视觉融合、IMU与GPS融合、松耦合与紧耦合。

🔗 融合

26姿态控制中的故障诊断

传感器故障检测、执行器故障检测、基于解析冗余的故障隔离。

🩺 诊断

27姿态控制中的振动抑制

机体振动源分析、主动振动控制、被动减振设计。

📳 抑振

28姿态控制中的风扰抑制

阵风模型、风扰观测器、基于扰动前馈的补偿。

🌬️ 抗风

29姿态控制中的硬件在环仿真

HIL仿真架构、实时仿真机、传感器模拟、故障注入。

🖥️ HIL

30姿态控制综合实战

从零搭建四旋翼姿态控制器、参数整定全流程、飞行测试与数据分析。

🚁 实战