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ROS2规划控制仿真环境搭建与联调

📚 共计 30 章节

课程导学与环境概览

自动驾驶规划控制仿真简介 · 主流工具对比 · 技术栈选型 · 学习路线图

Python基础回顾与工程化准备

虚拟环境 · 科学计算库 · 代码规范 · Git入门

Python工程化

ROS2基础入门

架构与核心概念 · 安装配置 · 发布-订阅节点 · rqt调试

坐标系与坐标变换

常用坐标系 · 欧拉角与四元数 · TF2实战 · rviz2可视化

车辆运动学模型

自行车模型推导 · 离散化 · 状态预测 · 可视化验证

运动学自行车模型

车辆动力学模型简介

Pacejka轮胎模型 · 与运动学区别 · 简化实现 · 选型指导

动力学轮胎

传感器模型与数据仿真

LiDAR仿真 · 射线投射 · 点云生成 · 噪声与标定

传感器点云

高精地图与道路网络

OpenDRIVE标准 · 解析文件 · 道路拓扑 · 车道中心线

高精地图OpenDRIVE

场景构建与交通参与者

静态障碍物 · 动态行为模拟 · 交通流 · 场景随机化

场景交通流

仿真时间管理与同步

仿真时钟 · ROS2时间 · 步进/实时仿真 · rosbag记录

全局路径规划基础

Dijkstra/A* · 道路网络搜索 · 样条平滑 · 性能评估

局部路径规划

Frenet/笛卡尔转换 · 路径-速度解耦 · 轨迹生成 · DWA

局部规划Frenet

行为规划与决策

有限状态机 · 跟车/换道建模 · 决策树 · 多车交互

行为决策FSM

PID控制器设计与调参

PID原理 · 位置/增量式 · 纵横向控制 · 参数整定

模型预测控制（MPC）入门

MPC原理 · 线性/非线性 · 约束构建 · CasADi/OSQP · 轨迹跟踪

线性二次型调节器（LQR）

LQR理论 · 离散求解 · 与PID对比 · 横向控制应用

LQR最优控制

控制分配与执行器接口

转向/油门/制动模型 · 信号映射 · 延迟补偿 · CAN/ROS接口

执行器接口

仿真环境集成与测试

规划控制整合 · 仿真主循环 · 可视化 · 闭环性能指标

场景自动化测试

测试场景定义 · 自动运行 · 结果统计 · 回归框架

自动化测试

多传感器融合仿真

KF/EKF原理 · 车辆状态估计 · GPS+IMU融合 · 传感器失效

基于学习的规划控制入门

模仿学习 · 专家数据收集 · 端到端模型 · 仿真验证

学习Behavioral Cloning

强化学习在规划中的应用

强化学习基础 · Gym接口 · DQN/PPO训练 · 可视化

强化学习DQN

仿真环境性能优化

cProfile分析 · Numba加速 · 多进程/线程 · GPU简介

容器化与部署

Docker基础 · 镜像构建 · Compose编排 · CI集成

可视化与调试工具

Matplotlib动态绘图 · PyQt5 GUI · Plotly Dash · 日志系统

开源仿真器深度定制

CARLA二次开发 · 自定义传感器 · Traffic Manager · 算法集成

仿真数据管理与数据集生成

数据采集 · 标注工具 · 生成训练集 · 数据增强

数据集标注

V2X通信仿真

V2V/V2I模型 · BSM/MAP消息 · 延迟丢包 · 协同感知

硬件在环（HIL）仿真入门

HIL概念 · 连接真实控制器 · 实时性 · 测试案例

HIL硬件在环

综合项目实战：园区无人配送车

需求分析 · 系统架构 · 规划控制实现 · 演示评估 · 课程总结

实战无人配送