圆点博士小四轴算法快速入门

飞控的算法代码一般包括下面三个部分：滤波，姿态，PID1，滤波可以用互补滤波来实现，互补滤波的资料很多，大家随便就能找到。基本公式是：

2，滤波完就是四元数拉。直接用老外Madgwick的IMU就可以。超级简单unsignedcharBS004_IMU_Update(floatax,floatay,floataz,floatgx,floatgy,floatgz)

{

floatnorm;

floatvx,vy,vz;

floatex,ey,ez;

//

//圆点博士:四元数乘法运算

floatq0q0=q0*q0;

floatq0q1=q0*q1;

floatq0q2=q0*q2;

floatq1q1=q1*q1;

floatq1q3=q1*q3;

floatq2q2=q2*q2;

floatq2q3=q2*q3;

floatq3q3=q3*q3;

//

//圆点博士:归一化处理

norm=sqrt(ax*ax+ay*ay+az*az);

if(norm==0)return0;

ax=ax/norm;

ay=ay/norm;

az=az/norm;

//

//圆点博士:建立小四轴坐标系

vx=2*(q1q3-q0q2);

vy=2*(q0q1+q2q3);

vz=q0q0-q1q1-q2q2+q3q3;

//

//圆点博士:坐标系和重力叉积运算

ex=(ay*vz-az*vy);

ey=(az*vx-ax*vz);

ez=(ax*vy-ay*vx);

//

//圆点博士:比例运算

exInt=exInt+ex*bs004_quad_Ki;

eyInt=eyInt+ey*bs004_quad_Ki;

ezInt=ezInt+ez*bs004_quad_Ki;

//

//圆点博士:陀螺仪融合

gx=gx+bs004_quad_Kp*ex+exInt;

gy=gy+bs004_quad_Kp*ey+eyInt;

gz=gz+bs004_quad_Kp*ez+ezInt;

//

//圆点博士:整合四元数率

q0=q0+(-q1*gx-q2*gy-q3*gz)*bs004_quad_halfT;

q1=q1+(q0*gx+q2*gz-q3*gy)*bs004_quad_halfT;

q2=q2+(q0*gy-q1*gz+q3*gx)*bs004_quad_halfT;

q3=q3+(q0*gz+q1*gy-q2*gx)*bs004_quad_halfT;

//

//圆点博士:归一化处理

norm=sqrt(q0*q0+q1*q1+q2*q2+q3*q3);

if(norm==0)return0;

q0=q0/norm;

q1=q1/norm;

q2=q2/norm;

q3=q3/norm;

//

//圆点博士:欧拉角转换

bs004_imu_roll=asin(-2*q1q3+2*q0q2)*57.30f;

bs004_imu_pitch=atan2(2*q2q3+2*q0q1,-2*q1q1-2*q2q2+1)*57.30f;

bs004_imu_yaw=bs004_imu_yaw-gz*bs004_mpu6050_gyro_scale;

//

return1;

}3,PID的代码其实也很简单，主要是要了解其中的原理，才能更好地调整参数。为了方便新手们理解，楼主建立了一个数学模型来让大家了解。（只针对新手，老手就算了)========圆点博士小四轴之PID控制模式分析=======PID控制的P是Proportional的缩写,是比例的意思，I是Integral的缩写，是积分的意思，D是Derivative的缩写，是微分的意思。所以，PID就是我们常说的比例，积分，微分控制。我们首先来看一个PID控制模型曲线图：该图包含了比例控制，比例+积分控制，比较+积分+微分控制的电机响应图的对比。

下面我们对曲线进行具体分析：PID中的比例控制是最容易理解的，比例控制就是把角度的误差乘以一个常数作为输出驱动。假定我们有一个理想模型的电机，1V电压的变化会带来小四轴1度的角度改变。假定现在电机控制电压是5V,小四轴在某一轴上的偏角是5度，目标角度是100度。我们把当前的电压量定义为Vin,把输出控制量定义为Vout。假定P等于0.2，那么比例控制的结果就是：第一次：Vout=Vin+(100-5)*P=5V+19V=24V，得到电机电压是24V，对应的小四轴角度是24度,距离目标角度的误差是100-24=76度。第二次：Vout=Vin+(100-24)*P=24V+15V=39V,从而引起的角度是39度。我们看到，在这么的一个比例控制系统下，小四轴角度在慢慢地向目标角度靠近。PID中的积分控制就是把把所有角度误差相加起来，然后乘上一个常数作为输出驱动。在上述例子中，假定I=0.2,我们来看看比例和积分控制同时起作用下的系统反应。第一次：Vout=Vin+(100-5)*P+(100-5)*I=5V+19V+19V=43V，这时候小四轴角度为43度。由于第一次控制前的误差是100-5=95,第二次控制前的误差是100-43=57，所以积分结果是152。第二次：Vout=Vin+(100-43)*P+((100-5)+(100-43)）*I=43V+11V+30V=84V,这时候小四轴角度变为84度。第三次：Vout=Vin+(100-84)*P+((100-5)+(100-43)+（100-84））*I=84+3V+33V=120V。这时小四轴角度变为120度。我们看到，在增加了积分控制后，小四轴角度在快速向目标角度靠近。PID中的微分控制就是把角度的变化乘上一个常数来作为电机驱动输出。在上述例子中，假定D=0.2,我们来看看比例,积分和微分共同控制下的系统反应。假定第一次前，电机转速保持5转，那么第一次前的角度变化为0。第一次：Vout=Vin+(100-5)*P+(100-5)*I-（5-5）*D=5V+19V+19V-0V=43V，这时候小四轴角度为43度。和上一次相比，角度从5度变化到了43度，所以小四周角度变化是43-5=38度。第二次：Vout=Vin+(100-43)*P+((100-5)+(100-43)）*I-（43-5）*D=43V+11V+30V-7V=77V,这时候小四周角度77度。把上述的计算结果列出来，我们看到：

从上面的数据，我们可以看到：1，单独比例控制的时候，数据慢慢接近目标（图表中的红色线）2，加入积分控制之后，数据快速接近目标（图表中的蓝色线）3，微分控制起到抑制变化的作用。（图表中的绿色线）有了这些理论基础，就可以写PID控制代码拉。========圆点博士小四轴之PID控制代码分析=======在圆点博士小四轴2014版代码里，我们只使用到PD参数。首先我们来看PID中的比例控制。跟上一节模型提到的一样，比例是针对误差的控制。首先我们获取小四轴当前角度。bs004_angle_cur_pitch=bs004_imu_pitch;bs004_angle_cur_roll=bs004_imu_roll;把当前角度和目标角度相减，就可以得到角度偏差。bs004_angle_err_pitch=bs004_angle_cur_pitch-bs004_angle_target_pitch;bs004_angle_err_roll=bs004_angle_cur_roll-bs004_angle_target_roll;然后进行比例控制：bs004_fly_m1=bs004_fly_m1+bs004_pitch_p*bs004_angle_err_pitch-bs004_roll_p*bs004_angle_err_roll-bs004_yaw_p*bs004_angle_err_yaw;bs004_fly_m2=bs004_fly_m2-bs004_pitch_p*bs004_angle_err_pitch-bs004_roll_p*bs004_angle_err_roll+bs004_yaw_p*bs004_angle_err_yaw;bs004_fly_m3=bs004_fly_m3-bs004_pitch_p*bs004_angle_err_pitch+bs004_roll_p*bs004_angle_err_roll-bs004_yaw_p*bs004_angle_err_yaw;bs004_fly_m4=bs004_fly_m4+bs004_pitch_p*bs004_angle_err_pitch+bs004_roll_p*bs004_angle_err_roll+bs004_yaw_p*bs004_angle_err_yaw;在上一节模型中，我们提到PID中的微分控制针对的是角度变化而进行的控制。所以我们首先要得到当前角度和上一次角度的差异。bs004_angle_dif_pitch=bs004_angle_cur_pitch-bs004_angle_last_pitch;bs004_angle_dif_roll=bs004_angle_cur_roll-bs004_angle_last_roll;bs004_angle_dif_yaw

=bs004_angle_last_yaw-bs004_angle_cur_yaw;然后进行微分控制：bs004_fly_m1=bs004_fly_m1+bs004_pitch_d*bs004_angle_dif_pitch-bs004_roll_d*bs004_angle_dif_roll-bs004_yaw_d*bs004_angle_dif_yaw;bs004_fly_m2=bs004_fly_m2-bs004_pitch_d*bs004_angle_dif_pitch-bs004_roll_d*bs004_angle_dif_roll+bs004_yaw_d*bs004_angle_dif_yaw;bs004_fly_m3=bs004_fl