✈️ 飞行控制算法

从理论到真机部署
📚 共 30
🎯 理论 · 仿真 · 真机
01
飞行控制概述
飞行控制系统定义、发展历程、应用领域(无人机、航天、航空)及核心挑战。
02
坐标系与姿态表示
地球坐标系、机体坐标系、欧拉角、旋转矩阵、四元数。
03
飞行动力学基础
刚体运动方程、牛顿-欧拉方程、空气动力学简化模型。
04
传感器原理与选型
IMU(加速度计、陀螺仪)、磁力计、GPS、气压计、光流传感器。
05
传感器数据融合
卡尔曼滤波原理、扩展卡尔曼滤波(EKF)、互补滤波。
06
姿态解算算法
Mahony滤波、Madgwick滤波、基于EKF的姿态估计。
07
控制理论基础
PID控制原理、传递函数、时域与频域分析、稳定性判据。
08
PID控制器设计
位置式PID、增量式PID、积分限幅、微分先行、抗积分饱和。
09
串级PID控制
内环(角速度环)、外环(角度环/位置环)设计原理与调参方法。
10
无人机建模
四旋翼动力学模型、混控矩阵、推力与力矩分配。
11
姿态控制器设计
基于PID的姿态控制器、角度与角速度环参数整定。
12
位置控制器设计
水平位置控制、高度控制、GPS与视觉融合定位。
13
模式切换与状态机
手动模式、增稳模式、悬停模式、自主飞行模式的状态机设计。
14
轨迹规划基础
S曲线规划、多项式轨迹、Minimum Snap轨迹生成。
15
路径跟踪算法
L1导航、纯追踪(Pure Pursuit)、MPC(模型预测控制)简介。
16
实时操作系统基础
FreeRTOS任务调度、任务间通信(队列、信号量)、时间管理。
17
嵌入式C/C++编程
STM32/ARM平台开发、外设驱动(I2C、SPI、UART)、中断管理。
18
PX4/ArduPilot架构分析
PX4软件架构(uORB、模块、飞行栈)、ArduPilot库结构。
19
Simulink仿真环境搭建
Plant模型搭建、控制器模型搭建、自动代码生成。
20
软件在环仿真 (SITL)
搭建SITL环境、仿真测试、日志分析。
21
硬件在环仿真 (HITL)
Pixhawk硬件连接、HITL配置、实时仿真验证。
22
真机平台搭建
机架选择、电机电调选型、飞控板(Pixhawk/Cube)配置、遥控器对频。
23
传感器校准
加速度计校准、陀螺仪校准、磁力计校准、水平校准。
24
参数调优
PID参数手动调优、自动调优(AutoTune)、基于模型的调优。
25
安全机制设计
失控保护(Failsafe)、地理围栏、低电量保护、信号丢失处理。
26
日志分析与故障诊断
ULog/Dataflash日志解析、常见故障模式(振动、漂移、震荡)。
27
机载计算机与视觉
树莓派/英伟达Nano与飞控通信、MAVSDK/MAVROS、简单视觉避障。
28
高级控制算法
LQR控制、自适应控制、神经网络控制简介。
29
集群控制基础
多机通信架构、一致性算法、编队控制。
30
课程总结与未来展望
从理论到产品的全流程回顾、行业趋势、学习路径建议。