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-------这篇文章就作为放弃ACM比赛转行到电子设计大赛的开始吧,ACM比赛真的太需要时间了,准确的说对于我这样的菜鸟而言太浪费时间了,但是话说回来两年时间从中真心收获了很多
我是不理解卡尔曼滤波的原理啊,但是用这个库函数做个平衡车是绝对没问题 ,所以不理解没太大问题,只要知道它是用来融合加速度计 和 陀螺仪测定角度的。这个角度相对单纯求得的角度会更加精确,既然我弄不明白滤波的原理,下面我会特别详细的说明一下此库函数用到的变量,毕竟有很多人还是想弄明白的。
Q_angle:相对于加速度计的噪音协方差。 Q_bias:相对于陀螺仪的噪音协方差。
R_measure:测量噪声协方差(有的版本是R_angle说是ACC的协方差)。
***********************************以上私有变量使用者可以根据具体情况稍作修改,并且库提供set的函数***********************************
angle:最终要算得的角度。 bias:最终算得的陀螺零偏。 rate:最终算得的角速度。 P[2][2]:协方差误差矩阵。
************************************************************再说一下getAngle函数的参数*******************************************************
newAngle:这是去除了LBS偏差的角度单位是度。 newRate:去除了LBS偏差的角速度单位是度/秒。 dt:增量时间采样频率
**********************************************Kalman.h文件 当时找到没法复制 我就手打 所以忘记了作者***********************************
- #ifndef _Kalman_h_
- #define _Kalman_h_
-
-
- class Kalman {
- public:
- Kalman();
-
-
- float getAngle(float newAngle, float newRate, float dt);
-
-
- void setAngle(float angle);
- float getRate();
-
-
- void setQangle(float Q_angle);
- void setQbias(float Q_bias);
- void setRmeasure(float R_measure);
-
-
- float getQangle();
- float getQbias();
- float getRmeasure();
-
-
- private:
- float Q_angle;
- float Q_bias;
- float R_measure;
-
-
- float angle;
- float bias;
- float rate;
-
-
- float P[2][2];
- };
-
- #endif
*******************************************Kalman.cpp文件 当时找到没法复制 我就手打 所以忘记了作者**********************************
- #include "Kalman.h"
-
-
- Kalman::Kalman() {
- Q_angle = 0.001f;
- Q_bias = 0.003f;
- R_measure = 0.03f;
-
-
- angle = 0.0f;
- bias = 0.0f;
-
-
- P[0][0] = 0.0f;
- P[0][1] = 0.0f;
- P[1][0] = 0.0f;
- P[1][1] = 0.0f;
- };
-
-
- float Kalman::getAngle(float newAngle, float newRate, float dt) {
- rate = newRate - bias;
- angle += dt * rate;
- P[0][0] += dt * (dt*P[1][1] - P[0][1] - P[1][0] + Q_angle);
- P[0][1] -= dt * P[1][1];
- P[1][0] -= dt * P[1][1];
- P[1][1] += Q_bias * dt;
-
-
- float S = P[0][0] + R_measure;
- float K[2];
- K[0] = P[0][0] / S;
- K[1] = P[1][0] / S;
-
-
- float y = newAngle - angle;
- angle += K[0] * y;
- bias += K[1] * y;
-
-
- float P00_temp = P[0][0];
- float P01_temp = P[0][1];
-
-
- P[0][0] -= K[0] * P00_temp;
- P[0][1] -= K[0] * P01_temp;
- P[1][0] -= K[1] * P00_temp;
- P[1][1] -= K[1] * P01_temp;
-
-
- return angle;
- };
-
-
- void Kalman::setAngle(float angle) { this->angle = angle; };
- float Kalman::getRate() { return this->rate; };
-
-
- void Kalman::setQangle(float Q_angle) { this->Q_angle = Q_angle; };
- void Kalman::setQbias(float Q_bias) { this->Q_bias = Q_bias; };
- void Kalman::setRmeasure(float R_measure) { this->R_measure = R_measure; };
-
-
- float Kalman::getQangle() { return this->Q_angle; };
- float Kalman::getQbias() { return this->Q_bias; };
- float Kalman::getRmeasure() { return this->R_measure; };
再附上一个Arduino示例程序用来观察自己mpu6050波形情况(因为每个人的mpu6050不一样可将各协方差稍作调整)
- /*
- title : Kalman fusion angle calculation
- date : 08/08/2015
- author : houwei
- */
-
- #include "Wire.h"
- #include "I2Cdev.h"
- #include "MPU6050.h"
- #include "Kalman.h"
-
- #define AX_ZERO -1181 //加速度计的0偏修正值
- #define GX_ZERO -176.85 //陀螺仪的0偏修正
-
- Kalman angle_feng;
- MPU6050 accelgyro;
-
- int16_t ax, ay, az;
- int16_t gx, gy, gz;
- double total_angle = 0;
-
- bool blinkState = false;
-
- void setup() {
- Wire.begin();
-
- Serial.begin(38400);
-
- Serial.println("Initializing I2C devices...");
- accelgyro.initialize();
-
- Serial.println("Testing device connections...");
- Serial.println(accelgyro.testConnection() ? "MPU6050 connection successful" : "MPU6050 connection failed");
-
- }
- float Angle = 0.0; //卡尔曼融合最终角度
- unsigned long pretime = 0.0;//相当于执行的起始时间
- void loop()
- {
- double ax_angle = 0.0; //加速度计算得的角度
- double gx_angle = 0.0; //微分的每次角速度算得的角度
- double totgx_angle = 0.0; //总的角速度算得的角度
- unsigned long time = 0; //每执行一次loop所用时间
- unsigned long midtime = 0; //相当于执行的结束时间
- float gyro = 0.0, dt = 0.0;
- if (pretime == 0) pretime = millis();
- midtime = millis();
- accelgyro.getMotion6(&ax, &ay, &az, &gx, &gy, &gz);
- ax = ax - AX_ZERO;
- /*
- initialize()中加速的范围设置为2g
- 分辨率:16384 LSB/g
- sin(jiaodu) = k(xishu = 0.92) * 3.14 * (jiaodu) / 180
- = (jiasudu) / 16384 (jiasudu/16384 加速度
- 对应范围的实际值)
- */
- ax_angle = ax/263;
- /*
- initialize()中加速的范围设置为250度/s
- 分辨率:131 LSB/S
- gx_angle = ((gy/131)*dt)/1000
- totgx_angle += gx_angle
- */
- gy -= GX_ZERO;
- time = midtime - pretime;
-
- gyro = gy/131.0;
- gx_angle = gyro * time;
- gx_angle /= 1000.0;
- total_angle += gx_angle;
-
- dt = time / 1000.0;
- Angle = angle_feng.getAngle(ax_angle, gyro, dt);
-
- delay(1000);
- Serial.print(ax_angle);Serial.print(", ");
- Serial.print(total_angle); Serial.print(", ");
- Serial.print(Angle);
-
- pretime = midtime;
- }
上面有两个initialize()设置问题一个是加速度计-2g~+2g,对应16384 LSB/g 另一个陀螺仪-250度/s~+250度/s 对应131LSB/s有个图
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