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卡尔曼滤波 MPU6050 HMC5883

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TataJen|  楼主 | 2016-3-31 11:47 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
求大神指点,下面的滤波哪里不对。用网上比较多的一个方法KpKi滤波,是收敛的;
但用下面程序对同样数据滤波,陀螺仪的姿态是发散的,陀螺仪融入了加计和磁强计的误差,程序考虑了陀螺仪的零偏gyro_bias',但是仿真时,零偏一直为0,没起作用
整个程序大概意思是把陀螺仪的数据gyro结合上次最优估计进行一步转移矩阵F得出预估值,然后直接转为四元数q,把加计和磁强计的误差融合进四元数进行滤波。
量测阵H由H1,H2组合:  H1/H2由下式推出:
                                   g(导航加速度)在机体坐标系的分量=H1*q(q是预估值转化的四元数)
                                   mag(导航磁强计)在机体坐标系分量=H2*q,

下面是程序:
function [quat,gyro_bias,P] = ImuFusion(q,acc,gyro,mag,Time,gyro_bias,P)
    g=9.79973;   
    Q=diag([0.0001,0.0001,0.0001,0.0001,0.0005,0.0005,0.0005]);
    R=diag([0.00035,0.00035,0.0007,0.00004,0.00004,0.00005]);
    F=zeros(1,49);
    A=zeros(1,49);
    B=zeros(1,49);
    T=zeros(6,1);
    P1=zeros(7,7);
    Y = zeros(7:1);
    H=zeros(6,7);
    halfT=Time/2;
   
     gyro = gyro -gyro_bias';
    %%integrate quaternion rate and normalise
    q(1) = q(1) + (-q(2)*gyro(1) - q(3)*gyro(2) - q(4)*gyro(3)) * halfT;  %预估值
    q(2) = q(2) + (q(1)*gyro(1) + q(3)*gyro(3) - q(4)*gyro(2)) * halfT;
    q(3) = q(3) + (q(1)*gyro(2) - q(2)*gyro(3) + q(4)*gyro(1)) * halfT;
    q(4) = q(4) + (q(1)*gyro(3) + q(2)*gyro(2) - q(3)*gyro(1)) * halfT;
   
    norm = 1/sqrt(sum(q.^2));
    q = norm .* q;
   
    %F为Tk-1至Tk时刻的一步转移阵      
    F=[1,-gyro(1)*halfT,-gyro(2)*halfT,-gyro(3)*halfT,0,0,0;...
       gyro(1)*halfT,1, gyro(3)*halfT, -gyro(2)*halfT,0,0,0;...
       gyro(2)*halfT,-gyro(3)*halfT,1, gyro(1)*halfT,0,0,0;...
       gyro(3)*halfT,gyro(2)*halfT, -gyro(1)*halfT,1,0,0,0;...
       0,      0,            0,             0,       1,0,0;...
       0,      0,            0,             0,       0,1,0;...
       0,      0,            0,             0,       0,0,1;...
        ]
   
    P1= F* P*F'+ Q;       %均方误差
   
    norm = 1/sqrt(sum(mag.^2));
    mag= mag * norm*g;
    %机体坐标系转换到导航坐标系
    hx = 2*mag(1)*(0.5 - q(3)^2 - q(4)^2) + 2*mag(2)*(q(2)*q(3) - q(1)*q(4)) + 2*mag(3)*(q(2)*q(4) + q(1)*q(3));
    hy = 2*mag(1)*(q(2)*q(3) + q(1)*q(4)) + 2*mag(2)*(0.5 - q(2)^2 - q(4)^2) + 2*mag(3)*(q(3)*q(4) - q(1)*q(2));
    hz = 2*mag(1)*(q(2)*q(4) - q(1)*q(3)) + 2*mag(2)*(q(3)*q(4) + q(1)*q(2)) + 2*mag(3)*(0.5 - q(2)^2 - q(3)^2);         
    bx = sqrt((hx^2) + (hy^2));
    bz = hz;
    %导航坐标系转换到机体坐标系
    wx = 2*bx*(0.5 - q(3)*q(3) - q(4)*q(4)) + 2*bz*(q(2)*q(4) - q(1)*q(3));
    wy = 2*bx*(q(2)*q(3) - q(1)*q(4)) + 2*bz*(q(1)*q(2) + q(3)*q(4));
    wz = 2*bx*(q(1)*q(3) + q(2)*q(4)) + 2*bz*(0.5 - q(2)*q(2) - q(3)*q(3));
   
    Ha1 = (-q(3)) * g;
    Ha2 = q(4) * g;
    Ha3 = -q(1) * g;
    Ha4 = q(2) * g;  
    Hb1 = bx * q(1) - bz * q(3);
    Hb2 = bx * q(2) + bz * q(4);
    Hb3 = -bx * q(3) - bz * q(1);
    Hb4 = -bx * q(4) + bz * q(2);
   
    H = [Ha1,Ha2,Ha3,Ha4,0,0,0;   ...
        Ha4,-Ha3,Ha2,-Ha1,0,0,0;   ...
        -Ha3,-Ha4,Ha1,Ha2,0,0,0;   ...
        Hb1,Hb2,Hb3,Hb4,0,0,0;   ...
        Hb4,-Hb3,Hb2,-Hb1,0,0,0;   ...
        -Hb3,-Hb4,Hb1,Hb2,0,0,0;   ...
        ];
    K = P1* H' /(H*P1*H'+R)  %卡尔曼增益   
    norm = 1/sqrt(sum(acc.^2));  
    acc= acc * norm*g;
   
    vx = 2*(q(2)*q(4) - q(1)*q(4))*g;
    vy = 2*(q(1)*q(2) + q(3)*q(4))*g;
    vz = (q(1)^2-q(2)^2-q(3)^2+q(4)^2)*g;   
   
    e1=acc(1)-vx;e2=acc(2)-vy;e3=acc(3)-vz;
    e4=mag(1)-wx;e5=mag(2)-wy;e6=mag(3)-wz;
    T = [e1;e2;e3;e4;e5;e6];
    Y=K*T             %
   
    q(1)=q(1)+Y(1);                 %最优估计
    q(2)=q(2)+Y(2);
    q(3)=q(3)+Y(3);
    q(4)=q(4)+Y(4);
    gyro_bias(1)=gyro_bias(1)+Y(5);
    gyro_bias(2)=gyro_bias(2)+Y(5);
    gyro_bias(3)=gyro_bias(3)+Y(5);   
   
    % normalise quaternion
    norm = 1/sqrt(sum(q.^2));
    q = norm .* q;
     quat = q;
   
    P=(eye(7)-K*H)*P1;          %更新均方误差
end

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TataJen|  楼主 | 2016-3-31 11:48 | 只看该作者
main.m文件

clear;
clc;
close all;
rawdata=load('chushi.txt');
deltaT = rawdata(:,1);
acc = rawdata(:,2:4);
gyro = rawdata(:,5:7);
mag = rawdata(:,8:10);
len = length(deltaT);
store_P = zeros(len,7);
ypr = zeros(len,3);
gyro_bias = zeros(3,len+1);
q  = zeros(len+1,4);
%init
q(1,:) = [1 0 0 0];
gyro_bias(:,1)=[0;0;0];
P=diag([0.0001,0.0001,0.0001,0.0001,0.0002,0.0002,0.0002]);
% P = eye(7);
%%
for i=1:len
    [q(i+1,:),gyro_bias(:,i+1),P] = ImuFusion(q(i,:),acc(i,:),gyro(i,:),mag(i,:),deltaT(i),gyro_bias(:,i+1),P);
    ypr(i,:) = cnb2att(q2mat3x3(q(i+1,:)));
    store_P(i,:) = diag(P);
end
figure;
plot(ypr(:,1),'r');hold on;
plot(ypr(:,2),'g');
plot(ypr(:,3),'b');

figure;
plot(q(:,1),'r');hold on;
plot(q(:,2),'g');
plot(q(:,3),'b');
plot(q(:,4),'y');
figure;
plot(store_P(:,1),'r');hold on;
plot(store_P(:,2),'g');
plot(store_P(:,3),'b');
plot(store_P(:,4),'y');

% figure;
% plot(gyro_bias(:,1),'r');hold on;
% plot(gyro_bias(:,2),'g');
% plot(gyro_bias(:,3),'b');

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