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课程路线:十章组成一个完整项目

01 架构与坐标:先统一语言

从位置目标到推进器输出,区分估计、制导、控制和分配;学会 NED、FRD、相机系和传感器杆臂。学完后能对任意航向解释“向北运动”怎样变成机体系指令。

02 动力学与辨识:知道控制对象是什么

理解刚体与附加质量、线性/二次阻尼、重浮力和相对水速;通过阶跃与稳态数据辨识单轴模型,为控制器提供有物理意义的参数。

03 PID 与离散稳定性:把基础闭环做深

掌握位置—速度级联、前馈、抗积分饱和、采样和延迟;推导闭环特征多项式,再用离散极点解释“连续设计没问题,程序却振荡”。

04 八推进器分配:几何、约束与故障

从每台推进器的方向和力臂推导分配矩阵;理解伪逆、QP、轴优先级、推力变化率和故障后的能力变化。

05 状态估计:KF 到 ESKF

先用位置—速度—偏置小模型理解预测和纠正,再扩展到姿态误差;把 DVL 杆臂和压力深度放进测量方程。

06 时间与可观性:从滤波走向平滑

理解哪些状态没有绝对锚点,为什么 DVL 断流后误差增长;处理观测延迟、乱序和固定滞后窗口,并认识因子图。

07 规划与海流制导:从路线走向可执行运动

学习三维栅格 A*、路径膨胀、LOS 收敛、三维切向与法向分解,以及海流下航向和航迹的区别。

08 视觉任务:从检测框走向闭环几何

推导归一化像点、面积距离关系、交互矩阵和环绕速度场;用状态机和仲裁解决目标丢失、模式切换和多个控制者竞争。

09 进阶控制:DOB、扰动状态与约束 MPC

先解释扰动怎样进入动力学,再估计并补偿;比较扰动观测器、积分控制和增广 EKF,理解 MPC 为何适合多轴耦合及显式约束。

10 系统整合:让各模块在同一时间工作

串口与 MAVLink 传输的是有时间和语义的数据;把数据年龄、调度、命令有效期和状态切换纳入闭环。最终用一个从航点导航转入视觉环绕的综合仿真串起全课程。

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