互補(bǔ)濾波器翻譯(畢業(yè)設(shè)計(jì)英文翻譯)

1、武漢工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)英 文 翻 譯題 目:The Balance Filter專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí):2010電氣工程及其自動(dòng)化02 學(xué) 號(hào):1004150213 姓 名:孔令上 指 導(dǎo) 教 師:文小玲教授 學(xué) 院 名 稱(chēng):電氣信息學(xué)院 2014年 5 月 30 日互補(bǔ)濾波器傳感器兩軸加速度計(jì)l 測(cè)量“加速度”,但實(shí)際上是每單位質(zhì)量受力。(F = ma,所以= F / m)l 可以用來(lái)測(cè)量重力。如上圖X軸讀0 g,Y軸讀取1 g。l 可以用來(lái)測(cè)量?jī)A斜陀螺儀l 測(cè)量角速度（旋轉(zhuǎn)速度）l 靜止時(shí)讀數(shù)為0.l 讀數(shù)正負(fù)區(qū)別如下圖所示讀來(lái)自傳感器的值第一步是在模擬輸入(通過(guò)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC

2、)為每個(gè)傳感器和讓他們成有用的單位。這需要調(diào)整抵消和規(guī)模:l 偏移量很容易發(fā)現(xiàn):看看整數(shù)值時(shí)傳感器讀取水平和/或固定。如果它閃爍,選擇平均價(jià)值。偏移量應(yīng)是有符號(hào)* int-type變量(或常數(shù))。l 取值范圍取決于傳感器。這可以在傳感器數(shù)據(jù)表或?qū)嶒?yàn)。它有時(shí)被稱(chēng)為傳感器常數(shù),增益,或靈敏度。取值范圍應(yīng)該是一個(gè)浮子式變量(或常數(shù))。關(guān)于加速度傳感器一些額外的知識(shí)如果有必要有一個(gè)估計(jì)的角度旋轉(zhuǎn)360,y軸測(cè)量將是有用的,但不是必要的。有了它,我們可以用三角找到的逆切兩軸數(shù)據(jù)和計(jì)算角度。沒(méi)有它,我們?nèi)匀豢梢允褂谜一蛴嘞液蛒軸角,因?yàn)槲覀冎乐亓Φ拇笮?。但三角函?shù)會(huì)浪費(fèi)處理器時(shí)間是非線(xiàn)性的,所以如果這

3、是可以避免的,它應(yīng)該被避免。平衡平臺(tái),最重要的角度來(lái)衡量接近垂直。如果這個(gè)平臺(tái)在兩個(gè)方向傾斜超過(guò)30,有可能不是控制器可以做其他的多全速開(kāi)車(chē)試圖抓住它。在這個(gè)窗口中,我們可以使用小角度近似和軸節(jié)省處理器時(shí)間和編碼復(fù)雜度:平臺(tái)是向前傾斜角度,但固定(無(wú)水平加速)，如左圖所示。有X軸讀數(shù)為: (1g) sin()。小角度近似：sin() ，單位為弧度。在正負(fù)30角度內(nèi)有較高準(zhǔn)確性。期望的測(cè)量值為了控制平臺(tái),這將是很高興知道角和角速度的基礎(chǔ)平臺(tái)。這可能是一個(gè)角度的基礎(chǔ)PD(比例/衍生品)控制算法,已被證明適合這種類(lèi)型的系統(tǒng)。如下文:Motor Output是完全另外一回事。但總的來(lái)說(shuō),這種控制設(shè)置可

4、以通過(guò)調(diào)優(yōu)與Kpand Kdto給穩(wěn)定和平滑性能。這是不太可能過(guò)度的水平比proportional-only控制器。(如果角是正面的,但角速度為負(fù),即返回到水平,電機(jī)會(huì)進(jìn)一步減速。如何測(cè)量方法1如下圖。優(yōu)點(diǎn):l 直觀(guān)l 容易編碼l 陀螺提供快速、準(zhǔn)確的角速度測(cè)量。缺點(diǎn)l 噪聲大 l x軸將讀取任何水平加速度作為一個(gè)角的變化。(想象的平臺(tái)水平,但汽車(chē)造成加速前進(jìn)。加速度計(jì)不能區(qū)分這重力)。方法2如圖:優(yōu)點(diǎn)：l 依舊直觀(guān)l 依舊容易編碼l 過(guò)濾掉短期水平加速度。只有長(zhǎng)期的加速度(重力)通過(guò)。缺點(diǎn)：l 由于平均滯后角測(cè)量。過(guò)濾器的越多,它就越滯后。延遲通常不利于穩(wěn)定。方法3如圖：優(yōu)點(diǎn)：l 據(jù)說(shuō)the

5、oretically-ideal過(guò)濾器結(jié)合噪聲傳感器可得到干凈、準(zhǔn)確的估計(jì)。l 考慮系統(tǒng)的已知的物理性質(zhì)(質(zhì)量、慣性等)。缺點(diǎn)：l 我不知道它是如何工作的。這在數(shù)學(xué)上是復(fù)雜的,需要一些線(xiàn)性代數(shù)的知識(shí)。不同的情況有不同的形式。l 很難編碼l 消耗CPU時(shí)間方法四如下：優(yōu)點(diǎn)：l 可以幫助解決噪聲、漂移和橫向加速度的依賴(lài)。l 角度估計(jì)的滯后,遠(yuǎn)低于低通濾波器。l 并不是那么消耗CPU時(shí)間缺點(diǎn)：l 比簡(jiǎn)單的過(guò)濾器需要更多的理論,但一點(diǎn)也不像卡爾曼濾波器。更多關(guān)與數(shù)字濾波器的問(wèn)題背后有很多理論數(shù)字過(guò)濾器,其中大部分我不明白,但相當(dāng)容易掌握的基本概念沒(méi)有理論符號(hào)(z-domain轉(zhuǎn)移函數(shù),如果你去的話(huà))。

6、這里有一些定義:積分：這是很容易的。認(rèn)為汽車(chē)旅行與一個(gè)已知的速度和你的程序是一個(gè)時(shí)鐘,每隔幾毫秒就計(jì)時(shí)。為了得到每個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)的新位置,你把舊的位置并添加位置的變化。位置的變化只是汽車(chē)的速度乘以時(shí)間自上次蜱蟲(chóng),你可以從單片機(jī)的定時(shí)器或其他一些已知的計(jì)時(shí)器。在代碼: position += speed*dt;,或平衡平臺(tái), angle += gyro*dt;低通濾波器：低通濾波器的目標(biāo)是通過(guò)長(zhǎng)期的變化,只讓短期波動(dòng)通過(guò)。做到這一點(diǎn)的一種方法是強(qiáng)迫的變化建立的小地通過(guò)程序循環(huán)在隨后的時(shí)期。代碼如下：angle = (0.98)*angle + (0.02)*x_acc;例如,如果角度為零開(kāi)始,加速度計(jì)

7、讀數(shù)突然跳躍到10,角度估計(jì)這樣的變化在隨后的迭代:如果傳感器就保持在10,角度估計(jì)將上升,直到它在價(jià)值水平。所花費(fèi)的時(shí)間達(dá)到完整的價(jià)值取決于兩個(gè)過(guò)濾器常量(0.98和0.02)和循環(huán)的采樣率(dt)。高通濾波器：這有點(diǎn)難以解釋的理論比低通濾波器概念上它恰恰相反:它允許短期信號(hào)通過(guò)而過(guò)濾信號(hào)穩(wěn)定。這可以用于抵消漂移。采樣周期：每個(gè)程序之間傳遞的時(shí)間循環(huán)。如果采樣率為100 Hz,采樣時(shí)間是0.01秒。時(shí)間常數(shù)：過(guò)濾器的時(shí)間常數(shù)的相對(duì)時(shí)間信號(hào)就會(huì)采取行動(dòng)。低通濾波器,信號(hào)更長(zhǎng)的時(shí)間常數(shù)比通過(guò)一成不變的信號(hào)短于時(shí)間常數(shù)是過(guò)濾掉。高通濾波器的相反。時(shí)間常數(shù),數(shù)字低通濾波器,y = (a)*(y) +

8、 (1-a)*(x);以采樣周期做循環(huán)運(yùn)算,dt,這樣可以得到：所以如果你知道所需的時(shí)間常數(shù)和采樣率,你可以選擇濾波器系數(shù)a。所謂互補(bǔ)：這就意味著濾波器的兩個(gè)部分總是添加一個(gè),這樣的輸出是一個(gè)準(zhǔn)確、線(xiàn)性估計(jì)有意義的單位。閱讀更多之后,我想在這里過(guò)濾不完全互補(bǔ),但是是一個(gè)很好的近似,當(dāng)時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)采樣率(數(shù)字控制的必要條件)。深入的研究此角度測(cè)量的互補(bǔ)濾波器在大多數(shù)情況下,設(shè)計(jì)濾波器通常走向另一個(gè)方向。首先,你選擇一個(gè)時(shí)間常數(shù),然后使用計(jì)算濾波器系數(shù)。采摘時(shí)間常數(shù)的地方你可以調(diào)整響應(yīng)。如果你的陀螺儀漂移平均每秒2(可能最壞的估計(jì)),您可能希望一次constantless比一秒,這樣您就可以保

9、證從未漂移超過(guò)兩個(gè)學(xué)位。但時(shí)間常數(shù)越低,越水平加速度噪聲將被允許通過(guò)。像許多其他控制情況下,有一個(gè)權(quán)衡和真的調(diào)整它的唯一方法是實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)記住,采樣率選擇合適的系數(shù)是非常重要的。如果你改變計(jì)劃,增加更多的浮點(diǎn)計(jì)算,和你的采樣率下降兩倍時(shí)間常數(shù)將上升的一個(gè)因素兩個(gè)除非你重新計(jì)算你的過(guò)濾條件。作為一個(gè)例子,考慮使用26.2 msec廣播更新你的控制回路(通常是一個(gè)緩慢的想法,但它確實(shí)工作)。如果你想要一個(gè)0.75秒的時(shí)間常數(shù),濾波參數(shù)將會(huì)是如此:這也是值得考慮的這個(gè)過(guò)濾器陀螺儀的偏見(jiàn)。它絕對(duì)不會(huì)引起的漂移問(wèn)題,但它仍然可以影響角度計(jì)算。說(shuō),例如,我們錯(cuò)誤地選擇了錯(cuò)誤的抵消和陀螺儀報(bào)告5/秒的速度旋轉(zhuǎn)時(shí)固定。它可以證明數(shù)學(xué)(我不會(huì)在這里),這在角估計(jì)的影響僅僅是抵消利率乘以時(shí)間常數(shù)。所以,如果我們有一個(gè)0.75秒的時(shí)間常數(shù),這將給一個(gè)常數(shù)抵消3.75角。此外還有這樣一個(gè)事實(shí):這可能是最壞的情況下(陀螺不應(yīng)該遠(yuǎn)遠(yuǎn)抵消),一個(gè)常數(shù)抵消角比漂流更容易處理角度偏移量。例如,你可以旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)3.75相反的方向,以適應(yīng)。說(shuō)明：(1)翻譯內(nèi)容的正文格式同畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)格式，也應(yīng)該有“武漢工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)