本帖最后由 275891381 于 2014-6-23 14:21 编辑 1. MPU6050陀螺仪 // 陀螺仪 float angleAx,gyroGy; MPU6050 accelgyro; int16_t ax, ay, az, gx, gy, gz; accelgyro.getMotion6(&ax, &ay, &az, &gx, &gy, &gz);//原始数据采集 angleAx=atan2(ax,az)*180/PI;//加速度计算角度 gyroGy=-gy/131.00;//陀螺仪角速度,注意正负号与放置有关 2.滤波参数及函数 //一阶互补滤波 float K1 =0.05; // 对加速度计取值的权重 float dt=20*0.001;//注意:dt的取值为滤波器采样时间 float angle1; void Yijielvbo(float angle_m, float gyro_m)//采集后计算的角度和角加速度 { angle1 = K1 * angle_m+ (1-K1) * (angle1 + gyro_m * dt); } //二阶互补滤波 float K2 =0.2; // 对加速度计取值的权重 float x1,x2,y1; float dt=20*0.001;//注意:dt的取值为滤波器采样时间 float angle2; void Erjielvbo(float angle_m,float gyro_m)//采集后计算的角度和角加速度 { x1=(angle_m-angle2)*(1-K2)*(1-K2); y1=y1+x1*dt; x2=y1+2*(1-K2)*(angle_m-angle2)+gyro_m; angle2=angle2+ x2*dt; } //卡尔曼滤波参数与函数 float dt=0.005;//注意:dt的取值为kalman滤波器采样时间 float angle, angle_dot;//角度和角速度 float P[2][2] = {{ 1, 0 }, { 0, 1 }}; float Pdot[4] ={ 0,0,0,0}; float Q_angle=0.001, Q_gyro=0.005; //角度数据置信度,角速度数据置信度 float R_angle=0.5 ,C_0 = 1; float q_bias, angle_err, PCt_0, PCt_1, E, K_0, K_1, t_0, t_1; //卡尔曼滤波 void Kalman_Filter(float angle_m, float gyro_m)//angleAx 和 gyroGy { angle+=(gyro_m-q_bias) * dt; angle_err = angle_m - angle; Pdot[0]=Q_angle - P[0][1] - P[1][0]; Pdot[1]=- P[1][1]; Pdot[2]=- P[1][1]; Pdot[3]=Q_gyro; P[0][0] += Pdot[0] * dt; P[0][1] += Pdot[1] * dt; P[1][0] += Pdot[2] * dt; P[1][1] += Pdot[3] * dt; PCt_0 = C_0 * P[0][0]; PCt_1 = C_0 * P[1][0]; E = R_angle + C_0 * PCt_0; K_0 = PCt_0 / E; K_1 = PCt_1 / E; t_0 = PCt_0; t_1 = C_0 * P[0][1]; P[0][0] -= K_0 * t_0; P[0][1] -= K_0 * t_1; P[1][0] -= K_1 * t_0; P[1][1] -= K_1 * t_1; angle += K_0 * angle_err; //最优角度 q_bias += K_1 * angle_err; angle_dot = gyro_m-q_bias;//最优角速度 } 3 三种滤波比较源代码 // #include "Wire.h" #include "I2Cdev.h" #include "MPU6050.h" #include "Timer.h"//时间操作系统头文件 本程序用作timeChange时间采集并处理一次数据 Timer t;//时间类 float timeChange=20;//滤波法采样时间间隔毫秒 float dt=timeChange*0.001;//注意:dt的取值为滤波器采样时间 // 陀螺仪 float angleAx,gyroGy;//计算后的角度(与x轴夹角)和角速度 MPU6050 accelgyro;//陀螺仪类 int16_t ax, ay, az, gx, gy, gz;//陀螺仪原始数据 3个加速度+3个角速度 //一阶滤波 float K1 =0.05; // 对加速度计取值的权重 //float dt=20*0.001;//注意:dt的取值为滤波器采样时间 float angle1;//一阶滤波角度输出 //二阶滤波 float K2 =0.2; // 对加速度计取值的权重 float x1,x2,y1;//运算中间变量 //float dt=20*0.001;//注意:dt的取值为滤波器采样时间 float angle2;//er阶滤波角度输出 //卡尔曼滤波参数与函数 float angle, angle_dot;//角度和角速度 float angle_0, angle_dot_0;//采集来的角度和角速度 //float dt=20*0.001;//注意:dt的取值为kalman滤波器采样时间 //一下为运算中间变量 float P[2][2] = {{ 1, 0 }, { 0, 1 }}; float Pdot[4] ={ 0,0,0,0}; float Q_angle=0.001, Q_gyro=0.005; //角度数据置信度,角速度数据置信度 float R_angle=0.5 ,C_0 = 1; float q_bias, angle_err, PCt_0, PCt_1, E, K_0, K_1, t_0, t_1; void setup() { Wire.begin();//初始化 Serial.begin(9600);//初始化 accelgyro.initialize();//初始化 int tickEvent1=t.every(timeChange, getangle);//本语句执行以后timeChange毫秒执行回调函数getangle int tickEvent2=t.every(50, printout) ;//本语句执行以后50毫秒执行回调函数printout,串口输出 } void loop() { t.update();//时间操作系统运行 } void printout() { Serial.print(angleAx);Serial.print(','); Serial.print(angle1);Serial.print(','); Serial.print(angle2);Serial.print(','); // Serial.print(gx/131.00);Serial.print(','); Serial.println(angle);//Serial.print(','); // Serial.println(Output); } void getangle() { accelgyro.getMotion6(&ax, &ay, &az, &gx, &gy, &gz);//读取原始6个数据 angleAx=atan2(ax,az)*180/PI;//计算与x轴夹角 gyroGy=-gy/131.00;//计算角速度 Yijielvbo(angleAx,gyroGy);//一阶滤波 Erjielvbo(angleAx,gyroGy);//二阶滤波 Kalman_Filter(angleAx,gyroGy); //卡尔曼滤波 } void Yijielvbo(float angle_m, float gyro_m) { angle1 = K1 * angle_m+ (1-K1) * (angle1 + gyro_m * dt); } void Erjielvbo(float angle_m,float gyro_m) { x1=(angle_m-angle2)*(1-K2)*(1-K2); y1=y1+x1*dt; x2=y1+2*(1-K2)*(angle_m-angle2)+gyro_m; angle2=angle2+ x2*dt; } void Kalman_Filter(double angle_m,double gyro_m) { angle+=(gyro_m-q_bias) * dt; angle_err = angle_m - angle; Pdot[0]=Q_angle - P[0][1] - P[1][0]; Pdot[1]=- P[1][1]; Pdot[2]=- P[1][1]; Pdot[3]=Q_gyro; P[0][0] += Pdot[0] * dt; P[0][1] += Pdot[1] * dt; P[1][0] += Pdot[2] * dt; P[1][1] += Pdot[3] * dt; PCt_0 = C_0 * P[0][0]; PCt_1 = C_0 * P[1][0]; E = R_angle + C_0 * PCt_0; K_0 = PCt_0 / E; K_1 = PCt_1 / E; t_0 = PCt_0; t_1 = C_0 * P[0][1]; P[0][0] -= K_0 * t_0; P[0][1] -= K_0 * t_1; P[1][0] -= K_1 * t_0; P[1][1] -= K_1 * t_1; angle += K_0 * angle_err; //最优角度 q_bias += K_1 * angle_err; angle_dot = gyro_m-q_bias;//最优角速度 } 4 数据绘图 5.附件 mp6050+时间轮换头文件+数据绘图 6.部分使用帮助 mpu6050关于16384.0 131.0 两个参数来历 accelgyro.getMotion6(&ax, &ay, &az, &gx, &gy, &gz);//读取原始6个数据 使劲晃陀螺仪看看最大数据时多大 就知道该除以多少换算成g和度/秒 我的为 +—32768 +—250所以判定 头文件初始化的为最大小量程 +—2g +—250 ax/16384.0=x方向的加速度 单位g ,加速度计算角度用上面的方法 gx/131.0=x轴向角速度 单位 度/秒 来历: 截图出来 6.定时器pid//非全代码 #include "Timer.h" //pid参数 float Setpoint; float Input,Output,errSum,lastErr; float kp, ki, kd; float timeChange=10;//pid采样时间间隔毫秒 Timer t;//定时器时间 void setup(void) { t.every(timeChange, PIDCalc) ;//每10毫秒pid一次 } void PIDCalc () { float error = Setpoint - Input; errSum += (error * timeChange); float dErr = (error - lastErr) / timeChange; Output = kp * error +ki * errSum + kd * dErr; lastErr = error; } void loop(void) { t.update(); } |
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