飞控算法——互补滤波器

在了解滤波器的开始先看几个概念

传感器



两轴加速计：

1.测量加速度实际上是推动每个单元的块。

2.可以用来测量重力加速度，上图中x轴加速度为0g，y轴加速度为1g。

3.可以用来测量倾角。



上图中x轴方向上有重力的作用，左边的图中x有正向的加速度，右边的图中x有负向的加速度。这就使y轴方向的加速度减小。

陀螺仪



作用：

1.测量角速度（旋转的角度）。

2.当静止时读“0”

3.读取旋转时的方向值。

对于MPU6050来说，加速计对四轴或者小车的加速计比较敏感，取瞬时值计算倾角误差比较大；而陀螺仪积分得到的角度不受加速度的影响，但是随时间的增加积分漂移和温度漂移带来的误差比较大。

加速计与陀螺仪的数据融合



有什么好办法融合呢？下面看几个模型

直接融合：



这个融合的特点：

好处：1.直观、容易编码

2.陀螺仪快速、准确的测量角速度

缺点：噪声大。

第二种：



这样的好处是：过滤掉短周期水平加速度，唯一可以通过的是长周期的加速度（重力）

缺点：测角度由于取平均值而滞后，过滤器越多就越能滞后，滞后一般会影响稳定性。可怕的陀螺仪漂移，如果陀螺仪没有准确的读出平衡时的零点，小速度将持续增加角度，直到偏离实际的角度。

互补滤波模型



优点：1.可以帮助解决噪声、漂移、水平加速度的依赖性。

2.快速估计角度，比只有低同滤波器的滞后明显减弱。

整合：就像一个汽车以一个已知的速度移动，你的程序是一只钟每隔几毫秒滴答一次，为了在每个滴答得到新的位置，应把旧位置的加上改变的位置。

*新位置=旧位置+速度变化的时间

角度=原来的角度+陀螺仪的值变化的时间。（平衡）*

低通滤波器：只让长期信号的变化量通过，过滤掉短期的波动。

高通滤波器：它只允许短周期信号通过，过滤信号而达到稳定，用来抵消偏移。

采样周期：每个程序中经过循环所需时间的长短。

时间常数：滤波器的时间常数表现一个相对持续的信号，对于一个低通滤波器，分析信号的常数远比通过信号改变而短于过滤的时间常数。

具体参数的设定在以后的程序中详细说明。

总结：短时间内用陀螺仪比较准确；长时间用加速计比较准确，这时候加大它的比重，这就是互补了，加速计要滤掉高频信号，陀螺仪要滤掉低频信号，互补滤波器就是根据传感器特性不同，通过不同的滤波器，然后在相加得到整个频带的信号。