對(duì)于陀螺儀和加速的傳感器的認(rèn)識(shí)

加速度傳感器測(cè)的是什么？我覺得很多時(shí)候大家都被它的名字給誤導(dǎo)了我覺得準(zhǔn)確的來說它測(cè)的不是加速度至少對(duì)于mma7260這類的片子它檢測(cè)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(shí)際上是用MEMS技術(shù)檢測(cè)慣性力造成的微小形變注意檢測(cè)的是微小形變所以你把加速度傳感器水平靜止放在桌子上它的Z軸輸出的是1g的加速度因?yàn)樗黌軸方向被重力向下拉出了一個(gè)形變可是你絕對(duì)不會(huì)認(rèn)為它在以1g的加速度往下落吧你如果讓它做自由落體它的Z軸輸出應(yīng)該是0給個(gè)形象的說法可以把它看成是一塊彈彈膠它檢測(cè)的就是自己在三個(gè)方向被外力作用造成的形變。從剛才的分析可以發(fā)現(xiàn)重力這個(gè)東西實(shí)際是個(gè)很惡心的東西它能隔空打牛，在不產(chǎn)生加速度的情況下對(duì)加速度傳感器造成形變，在產(chǎn)生加速度的時(shí)候不造成形變,而其他力都做不到?？上У氖?，加速度傳感器不會(huì)區(qū)分重力加速度與外力加速度。所以，當(dāng)系統(tǒng)在三維空間做變速運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(yùn)動(dòng)狀態(tài)舉個(gè)例子當(dāng)一個(gè)物體在空間做自由落體時(shí)在X軸受到一個(gè)外力作用產(chǎn)生g的加速度這時(shí)候xyz軸的輸出分別是g,0,0如果這個(gè)物體被x軸朝下靜止放在水平面上它xyz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(jì)自己的姿態(tài)是很危險(xiǎn)而不可取的加速度傳感器有什么用？加速度計(jì)，可以測(cè)量加速度，包括重力加速度，于是在靜止或勻速運(yùn)動(dòng)（勻速直線運(yùn)動(dòng)）的時(shí)候，加速度計(jì)僅僅測(cè)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(duì)坐標(biāo)系）是固連的，通過這種關(guān)系,可以得到加速度計(jì)所在平面與地面的角度關(guān)系也就是橫滾角和俯仰角計(jì)算公示如下俯仰角p—滾角和俯仰角計(jì)算公示如下俯仰角p——arctan(Ar/Az)橫滾角(P-arcta]i(/l^/ )陀螺儀測(cè)的是什么？陀螺儀可以測(cè)量角速度，具有高動(dòng)態(tài)特性，但是它是一個(gè)間接測(cè)量器件,它測(cè)量的是角度的導(dǎo)數(shù),角速度，顯然我們要將角速度對(duì)時(shí)間積分才能得到角度看到積分我想敏感的同學(xué)馬上就能發(fā)現(xiàn)一個(gè)致命的問題積分誤差積分誤差的來源主要有兩個(gè)一個(gè)是積分時(shí)間積分時(shí)間Dt越小，輸出角度越準(zhǔn)一個(gè)是器件本身的誤差假設(shè)陀螺儀固定不動(dòng)，理想角速度值是Odps（degreepersecond）,但是有一個(gè)偏置O.ldps加在上面，于是測(cè)量出來是O.ldps，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(shí)之后是360度，轉(zhuǎn)了一圈所以說陀螺儀在短時(shí)間內(nèi)有很大的參考價(jià)值陀螺儀另外一個(gè)問題是它的測(cè)量基準(zhǔn)是自身，并沒有系統(tǒng)外的絕對(duì)參照物重力軸是個(gè)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(cè)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(duì)參考（當(dāng)然這個(gè)在智能車上不存在吧……一一?。┩勇輧x和加速度傳感器的融合除了給出絕對(duì)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(jì)是極易受外部干擾的傳感器，但是測(cè)量值隨時(shí)間的變化相對(duì)較小。陀螺儀可以積分得到角度關(guān)系，動(dòng)態(tài)性能好，受外部干擾小，但測(cè)量值隨時(shí)間變化比較大?？梢钥闯觯鼈儍?yōu)缺點(diǎn)互補(bǔ)，結(jié)合起來才能有好的效果用通俗點(diǎn)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(cè)的就一定是準(zhǔn)的！陀螺儀雖不會(huì)受到外部干擾可是時(shí)間長(zhǎng)了由于積分誤差累計(jì)它的值就全錯(cuò)了！所以兩個(gè)數(shù)據(jù)融合的方法就是設(shè)計(jì)算法在短時(shí)間尺度內(nèi)增加陀螺儀的權(quán)值，在更長(zhǎng)時(shí)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(shí)了再通俗點(diǎn)說就是隔一段時(shí)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(shí)間內(nèi)用陀螺儀本身的角度積分其實(shí)MK四軸的平衡算法也是這樣，首先對(duì)陀螺儀做PI運(yùn)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(shí)增穩(wěn)，就可以遙控飛了，但是它不會(huì)永遠(yuǎn)水平由于累積誤差的作用，很快中立點(diǎn)就不是水平位置了，這時(shí)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(gè)融合算法的核心了MK立足于一個(gè)高級(jí)航模玩具，為了在低成本8位單片機(jī)上運(yùn)行，不去顯式的計(jì)算姿態(tài)角，只把校正后的PI值輸出負(fù)反饋控制電機(jī)了這樣的好處是基本上只用整型算法就能完成運(yùn)算，而要顯式的計(jì)算姿態(tài)角，更專業(yè)的做法就是KALMAN濾波顯式求解姿態(tài)卡曼濾波也是在對(duì)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(xiàn)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(diǎn)是浮點(diǎn)運(yùn)算量較大，對(duì)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角速度積分一＞PITCH/ROLL姿態(tài)角，再結(jié)合加速度糾正累積誤差發(fā)兩張四軸論壇上feng_matrix大俠發(fā)的兩張圖

絕對(duì)參考軸豆力加速度?絕對(duì)參考軸■地磁北xa；x絕對(duì)參考軸豆力加速度?絕對(duì)參考軸■地磁北xa；x軸加速度ya：￥軸加速度za：z軸加速度zaxg：X軸陀螺儀yg：￥軸陀蜿儀zg：疋軸陀螺儀xm：X軸地磁zm：Z軸地磁ym：￥軸地磁Xh：X軸地磁水平分量Yh；￥軸地磁水平分皇中國(guó)電二廿尸網(wǎng)■卿1"ourdev.cin>三軸慣導(dǎo)醬丸稱菇示起國(guó)中國(guó)電二廿尸網(wǎng)■卿1"ourdev.cin>最后說一下自己以前在做四軸時(shí)碰到的問題1數(shù)據(jù)類型非常重要很多時(shí)候精度誤差計(jì)算都錯(cuò)在數(shù)據(jù)類型小數(shù)點(diǎn)上尤其是AD值(int)往電壓值角度值(float)轉(zhuǎn)換時(shí)一定要注意！一定要注意陀螺儀的積分時(shí)間！！一定要注意搞清楚自己程序里陀螺儀值的積分時(shí)間看清數(shù)據(jù)手冊(cè)中的電壓值和角速度的關(guān)系千萬不要搞錯(cuò)仔細(xì)仔細(xì)再仔細(xì)EN-03這個(gè)片子我沒用過主要當(dāng)時(shí)考慮性能實(shí)在