聚丰项目 > 基于RT-THREAD自稳三棱柱
本项目是基于沁恒的CH32V103R8T6开发板进行开发,在RT-thread操作系统下通过对JY61陀螺仪进行数据采样经过PID控制算法实现装置自稳。其中JY61内置微处理器,结合动态卡尔曼滤波和姿态解算获取高精度高稳定性姿态数据,满足控制需求;同时,无刷电机的高转速为其动量提供了足够的保证,调试时逐飞科技的无线串口可以负责连接PC和下位机。
Dawnwang
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团队成员
王宇 学生
赵洋 学生
巨太平 学生
宋卓 学生
电源稳压降压用LMT317 作为LDO芯片,采用直流无刷电机实现高转速保证动量轮高动量,内部集成TB6612驱动芯片和SY8120IABC稳压芯片保证动量轮处于正常控制状态。状态反馈传感器采用JY61陀螺仪。主控芯片采用CH32V103R8T6。
/*说明:片内外设使用了定时器和串口,定时器用来正交解码读取编码器的值,也用于pwm输出。串口1用来调试和调用finSH组件,串口2接收陀螺仪数据 内核使用了线程和信号量以及中断*/ //发送到VOFA+ void sendVofa(float data_1,float data_2) { unsigned char tail[4]={0x00, 0x00, 0x80, 0x7f}; float fdata[2]; fdata[0]=data_1; fdata[1]=data_2; uart_putbuff(UART_1,(char*)fdata,sizeof(float)*2); uart_putbuff(UART_1,(char*)tail,4); } //数据滤波 #define dt 0.012 //这个单位是s,是采样周期 /********************************************** * 卡尔曼滤波 ***********************************************/ float KalmanFilter_Elect(float curr_elect_val,float last_elect_val) { static float Q_curr = 1.0;//0.1 //Q增大,动态响应增大,过程噪声的协方差 static float Q_last = 0.0001; //过程噪声的协方差,过程噪声的协方差为一个一行两列矩阵 static float R_elect = 10.0; //测量噪声的协方差 即测量偏差 static float Pk[2][2] = { {1, 0}, {0, 1 }}; static float Pdot[4] = {0,0,0,0}; static float q_bias = 0.0; static float elect_err = 0.0; static float PCt_0 = 0.0; static float PCt_1 = 0.0; static float E = 0.0; static float K_0 = 0.0, K_1 = 0.0, t_0 = 0.0, t_1 = 0.0; Pdot[0] = Q_curr - Pk[0][1] - Pk[1][0]; //Pk-先验估计误差协方差的微分 Pdot[1] = -Pk[1][1]; Pdot[2] = -Pk[1][1]; Pdot[3] = Q_last; Pk[0][0] += Pdot[0] * dt; //Pk-先验估计误差的协方差微分的积分 Pk[0][1] += Pdot[1] * dt; //先验估计误差协方差 Pk[1][0] += Pdot[2] * dt; Pk[1][1] += Pdot[3] * dt; elect_err = curr_elect_val - last_elect_val; //偏差 = 测量值 - 预测值,先验估计 PCt_0 = Pk[0][0]; PCt_1 = Pk[1][0]; E = R_elect + PCt_0; K_0 = PCt_0 / E; K_1 = PCt_1 / E; t_0 = PCt_0; t_1 = Pk[0][1]; Pk[0][0] -= K_0 * t_0; //后验估计误差协方差 Pk[0][1] -= K_0 * t_1; Pk[1][0] -= K_1 * t_0; Pk[1][1] -= K_1 * t_1; curr_elect_val += K_0 * elect_err; //后验估计 更新最优电磁值 最优电磁值 = 预测值 + 卡尔曼增益*(测量值-预测值) q_bias += K_1 * elect_err; //后验估计 更新误差 return curr_elect_val; } //控制算法部分 static void calculatepwm(float actualang,float expectang,int32_t actualsped,int32_t expectsped)//控制算法运行 { //直立环经典pid+fuzzy:pd errbala.err=expectang-actualang;//当前误差 errbala.derr=gyro;//当次误差与上一次误差之间的差值 errbala.err=KalmanFilter_Elect(errbala.err,errbala.lasterr);//卡尔曼滤波 errbala.derr=KalmanFilter_Elect(errbala.derr,errbala.lastderr);//卡尔曼滤波 errbala.lasterr=errbala.err; errbala.lastderr=errbala.derr; errbala.out=kp*errbala.err+kd*errbala.derr;//算出结果 //速度环pi errsped.err=expectsped-actualsped;//当前误差 errsped.sum+=errsped.err;//误差积分 if(errsped.sum>1000)//积分限幅 errsped.sum=1000; else if(errsped.sum<-300) errsped.sum=-300; errsped.out=kp1*errsped.err+ki1*errsped.sum;//算出结果 pwmout=errbala.out+errsped.out;// if(pwmout>=9999)pwmout=9999; else if(pwmout<-9999)pwmout=-9999; //这里做最后的输出控制 if(pwmout>0) { pwm_duty(PWM2_CH2_A1, pwmout); pwm_duty(PWM3_CH1_A6,9000); } else { pwm_duty(PWM2_CH2_A1, -pwmout); pwm_duty(PWM3_CH1_A6,0); } //rt_kprintf("pwmout:%d\r\n",(int32_t)pwmout); } //编码器值获取及滤波 encoder =(int32_t)(0.7* timer_quad_get(TIMER_4)+0.3*lastenc);//一阶低通滤波去毛刺 //陀螺仪数据获取 if (ucRxBuffer[0]!=0x55) //数据头不对,则重新开始寻找0x55数据头 { ucRxCnt=0; return; } if (ucRxCnt<11) {return;}//数据不满11个,则返回 else { if(ucRxBuffer[1]==0x53) { int i=-1; while((i++)<11) { ANGLE[i]=ucRxBuffer[i]; } } else if(ucRxBuffer[1]==0x52) { int i=-1; while((i++)<11) { GYRO[i]=ucRxBuffer[i]; } } ucRxCnt=0;//清空缓存区 } roll=((short)(ANGLE[3]<<8|ANGLE[2]))/32768.0*180;//得到角度 gyro=((short)(GYRO[3]<<8|GYRO[2]))/32768.0*2000;//得到角速度
代码和3D模型见附件
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