互补滤波的大致思路是什么？

yeahoho

看到很多人都用互补滤波，看了一些资料没看懂，谁能大致的说说互补滤波的思路？

互补滤波应该和四元数没关系吧，四元数仅仅是描述姿态的一种方法而已。

yeahoho

互补滤波是这样的：加速度计对小车的加速度比较敏感，取瞬时值计算倾角误差比较大;而陀螺仪积分得到的角度不受小车加速度的影响，但是随着时间的增加积分漂移和温度漂移带来的误差比较大。所以这两个传感器正好可以弥补相互的缺点。互补滤波就是在短时间内采用陀螺仪得到的角度做为最优，定时对加速度采样来的角度进行取平均值来校正陀螺仪的得到的角度。简言之，短时间内用陀螺仪比较准确,以它为主;长时间用加速度计比较准确,这时候加大它的比重。

这是我在网上找的，理解正确么，感觉和论坛里那个经典的IMU程序不太一样额

yeahoho

#include<SH88F2051.h>
//#include<math.h>
//#include<hp.c>

//#define port_angle 0
//#define port_angle_dot 1
#define pwm_l PWMD
#define pwm_r TH0
//#define pwm_on PWMCON|=0X80;TR0=1
//#define pwmr_on P3|=0x10
//#define pwmr_off P3&=0xef
#define MA P4_0
#define MB P4_1
#define MC P4_2
#define MD P3_7
#define FW MA=1;MB=0;MC=1;MD=0
#define BW MA=0;MB=1;MC=0;MD=1



void INT_INI()
{
EX1=1;
EX0=1;           //开中断
IT0=1;          //边沿触发
IT1=1;
PX0L   = 1;                                   // 设置 INT0为高级中断
PX1L   = 1;        
}


USART_INI()
{
SCON=0X50;


T2MOD=0X80;           //不对sysclk再分频，51那是直接用ocsclk计数故徐分频
T2CON=0X30;           //收发都以t2计数
RCAP2H=0XFF;
RCAP2L=0XE5;   //计算得来，非查表
TR2=1;                   //开T2
}

void PWM_INI()
{
PWMCON=0XB1;         //八分频，pwm引脚输出
PWMP=0Xff;                    //计数上限
IPL1        |= 0x20;           // 设置 PPWML为高级中断
IEN1  |= 0x20;      // PWM 允许中断

/*
TMOD|=2;                 //t0自重载方式
TCON1|=4;                 //不分频
TH0=0Xf8;                  //e0
TL0=0Xf8;
//ET0=1;                         //T0中断允许
PT0L=1;                                   // 设置 T0定时器为高级中断 */
}



void USART_T( unsigned char dat )
{
SBUF=dat;
while(!TI);
TI=0;

}         


ADC_INI()
{
ADT=0;                //ad计算时间

ADCH=0XFF;                   //选择管脚复用功能为ad
}


void PORT_INI()
{
P1M0 = 0x08;     
  P1M1 = 0;  
  P3M0 = 0;        // 设置 MA,MB,MC,MD,C1为推挽输出, C2为准双向   
  P3M1 = 0xC0;   
  P4M0 = 0;      
  P4M1 = 0x07;
}
/*
//Kalman滤波，8MHz的处理时间约1.8ms；
//-------------------------------------------------------
static float angle, angle_dot;                 //外部需要引用的变量
//-------------------------------------------------------
static const float Q_angle=0.001, Q_gyro=0.003, R_angle=0.5, dt=0.3;
                        //注意：dt的取值为kalman滤波器采样时间;
static float Pk[2][2] = { {1, 0 }, {0, 1 }};
        
static float Pdot[4] ={0,0,0,0};

static const char C_0 = 1;

static float q_bias, angle_err, PCt_0, PCt_1, E, K_0, K_1, t_0, t_1;
//-------------------------------------------------------
void Kalman_Filter(float angle_m,float gyro_m)                        //gyro_m:gyro_measure
{
        angle+=(gyro_m-q_bias) * dt;
        
        Pdot[0]=Q_angle - Pk[0][1] - Pk[1][0];
        Pdot[1]=- Pk[1][1];
        Pdot[2]=- Pk[1][1];
        Pdot[3]=Q_gyro;
        
        Pk[0][0] += Pdot[0] * dt;
        Pk[0][1] += Pdot[1] * dt;
        Pk[1][0] += Pdot[2] * dt;
        Pk[1][1] += Pdot[3] * dt;
        
        
        angle_err = angle_m - angle;
        
        
        PCt_0 = C_0 * Pk[0][0];
        PCt_1 = C_0 * Pk[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 * Pk[0][1];

        Pk[0][0] -= K_0 * t_0;
        Pk[0][1] -= K_0 * t_1;
        Pk[1][0] -= K_1 * t_0;
        Pk[1][1] -= K_1 * t_1;
        
        
        angle        += K_0 * angle_err;
        q_bias        += K_1 * angle_err;
        angle_dot = gyro_m-q_bias;
        ///angle_dot = gyro_m;
}
        */               
                                                   

ADC(unsigned char port)
{
float x;


ADCON|=port*2;        //选端口
ADCON|=0X80;        //开是转化
x++;
x--;
ADCON|=0X01;
while(ADCON&1);        //等待完成

x=ADDH*4;
x+=ADDL;

ADCON=0;

return x;
}

//-------------------------------------------------------
//互补滤波
//-------------------------------------------------------
static float angle,angle_dot;                 //外部需要引用的变量
//-------------------------------------------------------
static float bias_cf;
static const float dt=0.01;
//-------------------------------------------------------
void complement_filter(float angle_m_cf,float gyro_m_cf)
{
        bias_cf*=0.0001;                        //陀螺仪零飘低通滤波；500次均值；0.998
        bias_cf+=gyro_m_cf*0.009;                   //0.002
        angle_dot=gyro_m_cf-bias_cf;                  
        angle=(angle+angle_dot*dt)*0.95+angle_m_cf*0.04;        
        //加速度低通滤波；20次均值；按100次每秒计算，低通5Hz；0.90 0.05
}                                                                                
static float acceler,gyro;        
void AD_calculate(void)
{


gyro=0.011557*ADC(1)-3.035+105*3.14/180;        //后面105*3.14/180是对角速度零点的修正

acceler=0.003052*ADC(0)-1.4375;                //计算角度时，只用了加速度传感器的Z轴就够了
                                                                        
acceler=acceler*1.5+14*3.14/180;  //没有使用arcsin（），因为sin在0度附近变化时可以用sin值代替角度值，这样可以减轻单片机的计算负担。
                                                                        //*1.5是对角度的适当放大，14*3.14/180是对角度零点的修正
                                          
   complement_filter(acceler,gyro);

}

T1_INI()
{
TMOD|=0X10;                //方式1,16位
//TCON1=0X00;                12分频
TH1=0Xf8;
TL1=0XFA;
TR1=1;
ET1=1;           //  允许T1中断
}

//-------------------------------------------------------
//PWM输出
//-------------------------------------------------------
/*#define MA P4_0
#define MB P4_1
#define MC P4_2
#define MD P3_7*/

unsigned int PWM_10bit;        // 10位 PWM 输出缓冲区
void PWM_output (int PWM_LH)
{
        if (PWM_LH<0)
        {
                FW;     //#define FW MA=1;MB=0;MC=1;MD=0

                PWM_LH*=-1;
        }
        else
        {
                BW;   //#define BW MA=0;MB=1;MC=0;MD=1
        }
        
        if (PWM_LH>252)
        {
                PWM_LH=252;
        }
        

        PWM_10bit=4*PWM_LH;  //因为PWM原为8为pwm计算得来，这里重新定义10位pwm输出，所以，乘以4   
                                                //10位pwm获得方法参考网友Cortex-M0的http://bbs.21ic.com/frame.php?fr ... .com/iclist-11.html
}


static int speed_real_RH;
static int speed_real_LH;

//-------------------------------------------------------
//计算PWM输出值
//-------------------------------------------------------        
static float K_voltage,K_angle,K_angle_dot,K_position,K_position_dot; //放大比例参数；这里是在main（）函数中对它们初始化
static float K_angle_AD,K_angle_dot_AD,K_position_AD,K_position_dot_AD;//辅助放大比例参数
static float position,position_dot;
static float position_dot_filter;
static float PWM;

//-------------------------------------------------------        
void PWM_calculate(void)        
{

        K_angle_AD=ADC(2)*0.009;
        K_angle_dot_AD=ADC(3)*0.009;
        K_position_AD=ADC(4)*0.009;
        K_position_dot_AD=ADC(5)*0.009;

        
        position_dot=(speed_real_LH+speed_real_RH)*0.5;//position_dot是电机转速

        position_dot_filter*=0.85;                //车轮速度滤波
        position_dot_filter+=position_dot*0.15;        
        
        position+=position_dot_filter;//position电机转过的角度，由position_dot累加而来

               
        if (position<-768)                //防止位置误差过大导致的不稳定
        {
                position=-768;
        }
        else if  (position>768)
        {
                position=768;
        }

                PWM = K_angle*angle *K_angle_AD + K_angle_dot*angle_dot *K_angle_dot_AD
                                         +K_position*position *K_position_AD + K_position_dot*position_dot_filter *K_position_dot_AD;//PWM是由四个参数累加而来，如果只要求平衡，可以不要position

        PWM_output (PWM);        
}
                  
         

void main()                         /////////////////////////////////////////////////////////////////
{
int t=0;
unsigned char i=0,j;


CLKCON=0x2c;  //内部16.6M，两分频后8.3Mhz


USART_INI();          //初始化串口
ADC_INI();          //初始化ad
T1_INI();          //初始化T1  
PWM_INI();                //PWM初始化        
INT_INI();                //外部中断初始化
PORT_INI();                //端口初始化
EA=1;                  //开中断

K_position= 0.8* 0.558;               
        K_angle=32* 25.6;                //正常来讲这些放大比例参数是要按一定的方法算出来的，这里的平衡是调出来的就无所谓算不算了
        K_position_dot=1.09* 55.8;        //调平衡时如果想不考虑哪个参数的影响，设为0即可
        K_angle_dot= 2*25.6;               
                  

        for (i=1;i<=500;i++)                //延时启动PWM，等待卡尔曼滤波器稳定
        {
                for (j=1;j<=300;j++);
               
        }
         
while(1)
{



}           
}


void INT_L(void) interrupt 0  using 1
{        
if(MA==1)
{
  speed_real_LH++;
}
else
speed_real_LH--;
}


void INT_R(void) interrupt 2  using 1
{
if(MA==1)
{
  speed_real_RH++;
}
else
speed_real_RH--;
}
         
         
void PWM_10(void) interrupt 12          using 1
{ static unsigned int PWM_10bit_bak;             // 10位 PWM 输出缓冲发送区
  static unsigned char PWM_Counter=0;                 // 10位 PWM 输出发送个数计数器
  if(PWM_Counter == 0)
    { PWM_10bit_bak = PWM_10bit & 0x3ff;         // 10位 PWM 发送开始，装入10位 PWM        初值至输出缓冲发送区

        }
  if(PWM_10bit_bak >= 26)
    { PWM_10bit_bak -= 26;                                         // 10位 PWM输出缓冲发送区 发送数据>=26, 数据减26暂存
          PWMD = 0xff;                                                          // 10位 PWM 发送一次数据0xff
        }
  else if(PWM_10bit_bak == 0)                                  // 10位 PWM输出缓冲发送区 发送数据=0
    { PWMD = 0x00;                                                          // 10位 PWM 发送一次数据0x00
        }
  else
    { PWM_10bit_bak = 0;                                         // 10位 PWM输出缓冲发送区 发送数据<26, 数据乘10，发送之
          PWMD = (unsigned char)(PWM_10bit_bak * 10);   
        }
  if(++PWM_Counter > 40)
        { PWM_Counter = 0;                                                 // 10位 PWM 输出发送个数计数值大于40, 清0
        }
  PWMCON &= 0XFD;                   // 清除 PWM 周期计数器溢出标志 PWMIF

}

unsigned char i=0;
void T1_isr(void) interrupt 3
{

TH1=0XE4;
TL1=0XFA;

AD_calculate();
PWM_calculate();


i++;
if(i==6)
{
i=0;
        
                        USART_T(angle*57.3);  
                        USART_T(angle_dot*57.3);
                          USART_T(255);
}                        
speed_real_RH =0;
speed_real_LH         =0;               
}

[/这是我在网上找的互补滤波，感觉和论坛里经典的四元数互补滤波不太一样啊color]

tiancaigao7

简单地说，互补滤波就是加速度传感器和陀螺仪你更相信谁。给两个传感器的输出一个信任的权重，然后通过加权平均的方式获得综合的结果。

yeahoho

tiancaigao7 发表于 2013-11-30 22:22
简单地说，互补滤波就是加速度传感器和陀螺仪你更相信谁。给两个传感器的输出一个信任的权重，然后通过加权 ...

互补滤波跟四元数有关系么，论坛里的互补滤波都是用四元数算的，可是我发的那段代码没用四元数啊

mahengyu

还有个什么最大梯度法。

my_ve

yeahoho 发表于 2013-11-30 21:59
#include
//#include
//#include

这个好像只是融合，并没有涉及到解算

yeahoho

my_ve 发表于 2013-12-5 11:00
这个好像只是融合，并没有涉及到解算

融合跟解算不是一回事么？

-阿发-

mahengyu 发表于 2013-12-3 16:26
还有个什么最大梯度法。

好吧，再一次看到你的跟帖。。。。。

my_ve

yeahoho 发表于 2013-12-6 16:05
融合跟解算不是一回事么？

你这个程序好像只是单轴去融合，没有做整个三维的姿态结算~

6091820503

首先是利用加速度计校正陀螺积分出的姿态，（Pitch 和 Roll角可以校正，Yaw角无法校正，因为它和重力方向无关）；然后再利用姿态信息去除重力对加速度的影响，得到各个轴真实的运动加速度。因此称为i互补滤波

max-men

tiancaigao7 发表于 2013-11-30 22:22
简单地说，互补滤波就是加速度传感器和陀螺仪你更相信谁。给两个传感器的输出一个信任的权重，然后通过加权 ...

感谢！说的不错！

LZ19992005

感谢！不错！