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轨迹跟踪入门级调优指南

📚 共计 30 章节

轨迹跟踪概述

什么是轨迹跟踪？为什么需要调优？核心评价指标（精度、稳定性、响应速度）介绍。

基础评价指标

坐标系与位姿表示

全局坐标系与局部坐标系、欧拉角与四元数、齐次变换矩阵。

坐标四元数

运动学模型基础

差速轮模型、阿克曼模型、全向轮模型简介。

运动学底盘

PID控制器入门

比例、积分、微分的作用，直观理解与数学表达式。

PID参数整定方法

手动试凑法、Ziegler-Nichols法、临界比例度法。

前馈控制与反馈控制

前馈的作用、前馈与PID结合、前馈表的设计。

纯跟踪算法 (Pure Pursuit)

基本原理、前视距离的影响、参数调优。

斯坦利算法 (Stanley)

基本原理、横向误差与航向误差、参数调优。

模型预测控制 (MPC) 入门

基本原理、预测时域与控制时域、代价函数设计。

线性二次型调节器 (LQR)

基本原理、状态反馈与黎卡提方程、权重矩阵调优。

轨迹平滑与插值

线性插值、三次样条插值、贝塞尔曲线。

梯形速度规划、S形速度规划、时间最优规划。

路径跟踪与轨迹跟踪的区别

路径 vs 轨迹、时间维度的引入。

传感器融合基础

里程计、IMU、GPS、编码器的特点与融合方式。

传感器融合

卡尔曼滤波入门

状态预测、观测更新、协方差矩阵调优。

扩展卡尔曼滤波 (EKF)

非线性系统的处理、雅可比矩阵。

无迹卡尔曼滤波 (UKF)

Sigma点选取、无迹变换。

粒子滤波 (PF)

重要性采样、重采样、粒子数调优。

轨迹跟踪中的延迟补偿

传感器延迟、执行器延迟、Smith预估器。

抗积分饱和 (Anti-Windup)

积分饱和现象、条件积分、反馈抑制。

轨迹跟踪中的滤波与平滑

低通滤波、移动平均滤波、一阶滞后滤波。

仿真环境搭建

Gazebo/Webots/CoppeliaSim选择、ROS集成、仿真 vs 实车。

调优工具与可视化

rqt_plot、PlotJuggler、Matlab/Octave数据分析。

可视化工具

实车调试注意事项

安全策略、参数边界、日志记录。

常见问题与排查

震荡、超调、稳态误差、跟踪发散。

性能评估方法

RMSE、最大误差、平均误差、跟踪时间。

自适应控制入门

增益调度、模型参考自适应控制 (MRAC)。

鲁棒控制基础

H无穷控制、滑模控制简介。

学习型控制方法

迭代学习控制 (ILC)、强化学习在轨迹跟踪中的应用。

ILC强化学习

综合案例实战

从仿真到实车，完整调优流程演示。