STM32F103C8-平衡小车笔记_mpu6050偏航角(yaw)零飘

STM32F103C8-平衡小车笔记

1.PID的作用

（1）比例项：提高响应速度，减小静差

（2）积分项：消除稳态误差

（3）微分项：减小震荡以及超调

2.串级PID

（1）直立环（角度环）作为内环，速度环作为外环

（2）直立环采用PD控制器，速度环采用PI控制器

3.串级PID参数整定

（1）先整定内环，后整定外环，内环是外环的微分。

（2）主调为外环，副调为内环，外环就是只是一个P在起作用，也就是比例在起作用；P也就是修正力度，越大越容易使被控制量震荡。

4.MPU6050 INT中断触发而不用循环,这样有何优势？

放在while循环的话，这个循环是可以被中断打断的。
小车平衡对实时性要求高，如果在while循环里，姿态矫正时，程序被其他模块中断，小车就立不起来了

5. 串口发送一帧数据时，两个字节的间隔时间是多少？

这里先搞懂什么是波特率：
波特率：发送二进制数据位的速率，习惯上用 baud 表示，即我们发送一位二进制数据的持续时间=1/baud。

如果波特率为9600，发送一个位需要的时间为1/9600s=0.0001042s=0.1042ms,这里按数据位为8位，停止位为2位，
加起来就是10位，10个位发送所需的时间为：0.1042*10ms = 1.042ms,如果我要发送10个字节的数据，那发送这10个字节数据给接收方需要
的时间为：10*1.042ms = 10.42ms，这是算实际的发送10个字节的数据所需要的时间。我们在接收方接收数据时可以
把时间再加宽一些，让它有一点余量。让接收方能稳定的把数据从发送方接手过来，可以加个5ms,或更宽一点10ms,
加上发送10个字节所花的时间，就是15ms或20ms。

注：波特率为115200或是4800的为发送时间都可以这样算。

6.STM32外部中断触发问题

中断必须要清标志，另外不要在中断里面延时，不要在中断里面延时，中断里面只做一些赋值等简单操作，最好做个标志位，在外面处理。

7.速度处理记录

MotorSpeed = Encoder_GetPosIncr(MotorID)*230.769230;	
1

8.欧拉角定义

• pitch是围绕X轴旋转，也叫做俯仰角。
• yaw是围绕Y轴旋转，也叫偏航角。
• roll是围绕Z轴旋转，也叫翻滚角。

9.陀螺仪检测的缺陷

由于陀螺仪测量角度时使用积分，会存在积分误差，若积分时间 Dt 越小，误差就越小。

10.加速度传感器检测的缺陷

由于这种倾角检测方式是利用重力进行检测的，它无法检测到偏航角(Yaw) 。

另一个缺陷是加速度传感器并不会区分重力加速度与外力加速度，当物体运动的时候，
它也会在运动的方向检测出加速度，特别在震动的状态下，传感器的数据会有非常大的数
据变化，此时难以反应重力的实际值

11.磁场检测器的缺陷

与指南针的缺陷一样，使用磁场传感器会受到外部磁场干扰，如载体本身的电磁场干
扰，不同地理环境的磁铁矿干扰等等

12.姿态融合与四元数

可以发现，使用陀螺仪检测角度时，在静止状态下存在缺陷，且受时间影响，而加速
度传感器检测角度时，在运动状态下存在缺陷，且不受时间影响，刚好互补。假如我们同
时使用这两种传感器，并设计一个滤波算法，当物体处于静止状态时，增大加速度数据的
权重，当物体处于运动状时，增大陀螺仪数据的权重，从而获得更准确的姿态数据。同理，
检测偏航角，当载体在静止状态时，可增大磁场检测器数据的权重，当载体在运动状态时，
增大陀螺仪和 GPS 检测数据的权重。这些采用多种传感器数据来检测姿态的处理算法被称
为姿态融合

13.关于硬件IIC问题

STM32的硬件IIC是存在一定问题的，初始化MPU6050时可能导致初始化失败，所以推荐使用软件IIC。

14.MPU6050偏航角（yaw）零飘

MPU6050的偏航角是不正常的，即使静止不动也会跳动。这个纯粹是硬件问题，就算算法怎么牛逼也解决不了。只能外加磁力计解决，也可以直接使用MPU9250，这个是自带磁力计的。使用时注意不要和电机靠太近，磁场很容易受到干扰。

15.MPU6050万向节锁

默认Z-Y-X顺序下，不知道大家有没有发现这个问题。当MPU6050只转动俯仰角，俯仰角接近90度或者等于90度时，偏航角的角度会发生很大的偏差。那么这个就是万向节锁，此时如果比作一架飞机，当飞机垂直90度向上时，按照Z-Y-X顺序无论怎么改变方向飞机都只能向上飞。
所以不要让俯仰角垂直，这样可以减少bug。

16.采样率设置为200HZ，那么采样时间就是1/200=5ms

根据公式T = 1 / f
实际上采样频率是根据DMP频率，如果两个频率不同最终也以DMP的为主，当然前提是使用DMP。

小车的处理时序越短，理论上小车性能会更好。但是MPU6050的采样频率是有限制的，不能小于5ms。所以时序最短只能设置为5ms，一般会用定时器或者MPU6050中断引脚触发5ms中断然后处理数据输出PWM。

17.C语言 格式化输出–%m.n

%5d 要求宽度为5位，如果不足5位，前面空格补齐；如果足够5位，此语句无效。

%05d 要求宽度为5位，如果不足5位，前面0补齐；如果足够5位，此语句无效。

%-5d 要求宽度为5位，如果不足5位，后面空格补齐；如果足够5位，此语句无效。

%.2d 小数点后只保留2位小数。

18.void * data 数据类型参数解释

void* data 是一个无类型的指针参数，任意类型指针可以赋值给data，当data赋值给其他类型时需要先指定数据类型。