談?wù)剬ν勇輧x和加速度傳感器的認識

1、前幾天看到官網(wǎng)的則 覺得很有意思 看看自己帳號2 年多了 比賽也做了 2 屆 從上下了大堆資料 也沒給貢獻什么有價值的東西 實在慚愧啊 正好自己以前搗鼓過一段時間四軸飛行器 把當(dāng)時收集的一些資料發(fā)上來大家共享下吧 大部分取自網(wǎng)絡(luò) 還有一部分自己的思考 重要的地方用紅字標(biāo)明了 來自網(wǎng)絡(luò)的都用藍字標(biāo)明 本疏學(xué)淺里藏龍臥虎 有不對的還請大家指正 新手看看全當(dāng)一個感性認識。由于時間太長 就不標(biāo)原文地址了 大家搜搜都能搜到 另外 四軸飛控上已經(jīng)看到有人跑過去要7260 和 EN03 的資料了 嘿嘿其實很好找的 相關(guān)資料也很多的大家多多利用搜索引擎啊加速度傳感器測的是什么？我覺得很多時候大家都被它的名字給

2、誤導(dǎo)了 我覺得準(zhǔn)確的來說它測的不是加速度 至少對于 mma7260 這類的片子 它檢測的是它受到的慣性力(包括重力！重力也是慣性力)。那又有人要問了 F=ma 慣性力不就是加速度么？ 差矣 加速度傳感器實際上是用 MEMS 技術(shù)檢測慣性力造成的微小形變 注意 檢測的是微小形變 所以 你把加速度傳感器 水平放在桌子上 它的 Z 軸輸出的是1g 的加速度 因為它Z 軸方向被重力向下拉出了一個形變你絕對不會認為它在以1g 的加速度往下落吧 你如果讓它做落體 它的Z 軸輸出應(yīng)該是 0 給個形象的說法 可以把它看成是一塊彈彈膠 它檢測的就是自己在三個方向被外力作用造成的形變。從剛才的分析可以發(fā)現(xiàn) 重力這

3、個東西實際是個很的東西 它能隔空打牛，在不產(chǎn)生加速度的情況下對加速度傳感器造成形變，在產(chǎn)生加速度的時候不造成形變，而其他力都做不到?？上У氖牵铀俣葌鞲衅鞑粫^(qū)分重力加速度與外力加速度。所以，當(dāng)系統(tǒng)在三做變速運動時，它的輸出就不正確了 或者說 它的輸出不能表明物體的姿態(tài)和運動狀態(tài) 舉個例子 當(dāng)一個物體在空間做落體時 在 X 軸受到一個外力作用 產(chǎn)生 g 的加速度 這時候 x y z 軸的輸出分別是 g,0,0 如果這個物體軸朝下放在水平面上 它 x y z 軸的輸出也分別是 g,0,0 所以說 只靠加速度傳感器 來估計自己的姿態(tài) 是 很而不可取的加速度傳感器用？加速度計,可以測量加速度,包括重

4、力加速度,于是在或勻速運動（勻速直線運動）的時候,加速度計僅僅測量的是重力加速度,而重力加速度與剛才所說的 R 坐標(biāo)系（絕對坐標(biāo)系） 是固連的,通過這種關(guān)系,可以得到加速度計所在平面 與 地面 的角度關(guān)系 也就是橫滾角和俯仰角 計算如下 俯仰角橫滾角陀螺儀測的是什么？陀螺儀可以測量角速度,具有高動態(tài)特性,但是它是一個間接測量器件,它測量的是角度的導(dǎo)數(shù),角速度,顯然要將角速度對時間積分才能得到角度看到積分敏感的同學(xué)馬上就能發(fā)現(xiàn)一個致命積分誤差積分誤差的來源 主要有兩個 一個是積分時間 積分時間 Dt 越小，輸出角度越準(zhǔn) 一個是器件本身的誤差 假設(shè)陀螺儀固定不動,理想角速度值是0dps(degre

5、e per second)，但是有一個偏置 0.1dps 加在上面,于是測量出來是 0.1dps,積分一秒之后,得到的角度是 0.1 度,1 分鐘之后是 6 度,還能忍受,一小時之后是 360 度,轉(zhuǎn)了一圈 所以說 陀螺儀在短時間內(nèi)有很大的參考價值陀螺儀另外一個問題是 它的測量基準(zhǔn)是自身，并沒有系統(tǒng)外的絕對參照物重力軸是個絕好的參照物 因此需要陀螺儀和加速度傳感器的配合使用 如果要測偏航角 YAW 還需要電子羅盤感知地磁方向 給出水平方向的絕對參考（當(dāng)然這個在智能車上不存在吧！）陀螺儀和加速度傳感器的融合除了給出絕對參考系 陀螺儀和加速度傳感器相互融合使用的最重要的原因是：綜合考慮，加速度計是

6、極易受外部干擾的傳感器，但是測量值隨時間的變化相對較小。陀螺儀可以積分得到角度關(guān)系，動態(tài)性能好，受外部干擾小，但測量值隨時間變化比較大?？梢钥闯?，它們優(yōu)缺點互補，結(jié)合起來才能有好的效果用通俗點的話來說 就是 無論工作多久 加速度傳感器如果沒收到外部干擾它測的就一定是準(zhǔn)的！ 陀螺儀雖不會受到外部干擾時間長了 由于積分誤差累計 它的值就全錯了！所以兩個數(shù)據(jù)融合的方法就是 設(shè)計算法在短時間尺度內(nèi)增加陀螺儀的權(quán)值，在更長時間尺度內(nèi)增加加速度權(quán)值，這樣系統(tǒng)輸出角度就更真實了再通俗點說 就是 隔一段時間 用加速度傳感器的值修正一下陀螺儀的積分誤差 然后在隔的這段時間內(nèi) 用陀螺儀本身的角度積分其實 MK 四

7、軸的平衡算法也是這樣，首先對陀螺儀做 PI 運算，其中 I 的真正含義就是積分反演角度有了陀螺儀 PI 算法，四軸就有了瞬時增穩(wěn)，就可以飛了，但是它不會永遠水平由于累積誤差的作用，很快中立點就不是水平位置了，這時候就需要用加速度不斷的糾正陀螺儀積分誤差。你可以看到 MK 算法中有根據(jù)加速度方向不斷把積分量 I 遞減清零的代碼，就是這個融合算法的了MK 立足于一個高級航模玩具，為了在低成本 8 位單片機上運行，不去顯式的計算姿態(tài)角，只把校正后的 PI 值輸出負反饋控制電機了這樣的好處是基本上只用整型算法就能完成運算，而要顯式的計算姿態(tài)角，更專業(yè)的做法就是 KALMAN 濾波顯式求解姿態(tài)濾波也是在

8、對歷史數(shù)據(jù)積分，并且可以同步融合陀螺儀與加速度數(shù)據(jù)，陀螺儀與加速度貢獻權(quán)值還可以通過濾波參數(shù)調(diào)整所以它就成了慣性數(shù)據(jù)處理的經(jīng)典算法，他的缺點是浮點運算量較大，對系統(tǒng)資源要求較高至于具體的 KALMAN 濾波算法 網(wǎng)上大把大把的 這里就不多贅述了總結(jié)一下就是：PITCH/ROLL 角速度積分PITCH/ROLL 姿態(tài)角，再結(jié)合加速度糾正累積誤差發(fā)兩張四軸上 feng_matrix 大俠發(fā)的兩張圖最后說一下自己以前在做四軸時碰到1 數(shù)據(jù)類型非常重要 很多時候精度誤差計算都錯在數(shù)據(jù)類型 小數(shù)點上 尤其是 AD 值() 往電壓值 角度值（float）轉(zhuǎn)換時 一定要注意！2 一定要注意陀螺儀的積分時間！一定要注意 搞清楚自己程序里陀螺儀值的積分時間 看清中的電壓值和角速度的關(guān)系 千萬不要搞錯 仔細仔細再仔細3 EN-03 這個片子我沒用