基礎(chǔ)知識(shí)之姿態(tài)傳感器

姿態(tài)傳感器是一種用于檢測(cè)和測(cè)量物體的姿態(tài)或位置的設(shè)備。它們通常使用各種傳感器技術(shù)，如加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)等，來(lái)獲取物體在空間中的方向、旋轉(zhuǎn)角度和位置信息。姿態(tài)傳感器廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，包括航空航天、機(jī)器人技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、運(yùn)動(dòng)追蹤和醫(yī)療設(shè)備等。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄物體的姿態(tài)，姿態(tài)傳感器可以幫助實(shí)現(xiàn)精確的導(dǎo)航、運(yùn)動(dòng)控制和姿勢(shì)分析等功能。

姿態(tài)傳感器的工作原理取決于其具體的傳感器技術(shù)。以下是幾種常見(jiàn)的姿態(tài)傳感器及其工作原理：

加速度計(jì)（Accelerometer）：加速度計(jì)通過(guò)測(cè)量物體的加速度來(lái)確定其姿態(tài)。加速度計(jì)通常使用微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)，其中包含微小的質(zhì)量和彈簧系統(tǒng)。當(dāng)物體發(fā)生加速度變化時(shí)，質(zhì)量會(huì)受到力的作用而移動(dòng)，通過(guò)測(cè)量這種移動(dòng)可以確定物體的加速度和姿態(tài)。

常見(jiàn)的三軸加速度傳感器使用微電機(jī)加速度計(jì)（MEMS accelerometer）技術(shù)。它們通常包含三個(gè)獨(dú)立的加速度傳感器，分別測(cè)量物體在X軸、Y軸和Z軸方向上的加速度。只記得加速度測(cè)量機(jī)測(cè)量到的加速度和受力方向相反，當(dāng)初使用這個(gè)是為了判斷受力是超重還是失重，變化時(shí)，加速度傳感器會(huì)感知到這種變化并產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)。這些信號(hào)經(jīng)過(guò)放大和處理后，可以轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)數(shù)字接口（如I2C或SPI）傳輸給微控制器或其他處理器。

陀螺儀（Gyroscope）：陀螺儀通過(guò)測(cè)量物體的角速度來(lái)確定其姿態(tài)。陀螺儀通常使用旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子或振蕩器來(lái)感知角速度的變化。當(dāng)物體發(fā)生旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子或振蕩器會(huì)受到力的作用而發(fā)生相應(yīng)的位移，通過(guò)測(cè)量這種位移可以確定物體的角速度和姿態(tài)。

這里介紹以下兩個(gè)內(nèi)容：地面坐標(biāo)系（Earth-fixed coordinate system）是一種以地球表面為參考的坐標(biāo)系，用于描述物體在地球上的位置和運(yùn)動(dòng)。地面坐標(biāo)系通常使用經(jīng)度、緯度和高度（或海拔）來(lái)表示位置。

機(jī)體坐標(biāo)系（Body-fixed coordinate system）是一種以物體自身為參考的坐標(biāo)系，用于描述物體內(nèi)部或相對(duì)于物體的位置和方向。機(jī)體坐標(biāo)系通常使用前后、左右和上下（或X、Y、Z）來(lái)表示物體的方向。

區(qū)別：

• 參考對(duì)象：地面坐標(biāo)系以地球?yàn)閰⒖紝?duì)象，而機(jī)體坐標(biāo)系以物體自身為參考對(duì)象。
• 坐標(biāo)軸方向：地面坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸通常與地球的經(jīng)度、緯度和高度相關(guān)，而機(jī)體坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸通常與物體自身的方向相關(guān)。
• 變化性：地面坐標(biāo)系通常是固定的，而機(jī)體坐標(biāo)系可以隨著物體的旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)或變換而改變。

聯(lián)系：

• 物體運(yùn)動(dòng)的描述：地面坐標(biāo)系和機(jī)體坐標(biāo)系都可以用于描述物體的位置和運(yùn)動(dòng)。地面坐標(biāo)系適用于描述物體在地球上的位置和運(yùn)動(dòng)，而機(jī)體坐標(biāo)系適用于描述物體相對(duì)于自身的位置和運(yùn)動(dòng)。
• 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換：在某些情況下，需要將地面坐標(biāo)系和機(jī)體坐標(biāo)系相互轉(zhuǎn)換。例如，在航空航天領(lǐng)域，需要將飛機(jī)的機(jī)體坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為地面坐標(biāo)系，以便進(jìn)行導(dǎo)航和飛行控制。

總的來(lái)說(shuō)，地面坐標(biāo)系和機(jī)體坐標(biāo)系是兩種不同的坐標(biāo)系，用于描述不同的參考對(duì)象和位置關(guān)系。它們?cè)诓煌膽?yīng)用領(lǐng)域中起著重要的作用，并且在某些情況下需要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

那么我們得到坐標(biāo)位置是為了什么呢，主想借大學(xué)物理和高數(shù)內(nèi)容介紹一下歐拉角：

歐拉角（Euler angles）是一種常用的描述物體姿態(tài)的方法。它由三個(gè)旋轉(zhuǎn)角度組成，通常分別稱為滾轉(zhuǎn)角（roll）、俯仰角（pitch）和偏航角（yaw）。

滾轉(zhuǎn)角表示物體繞其自身的X軸旋轉(zhuǎn)的角度。俯仰角表示物體繞其自身的Y軸旋轉(zhuǎn)的角度。偏航角表示物體繞其自身的Z軸旋轉(zhuǎn)的角度。

歐拉角的旋轉(zhuǎn)順序可以有多種，最常見(jiàn)的是ZYX順序，也稱為航向-俯仰-滾轉(zhuǎn)順序。在這種順序下，先繞Z軸旋轉(zhuǎn)偏航角，然后繞旋轉(zhuǎn)后的Y軸旋轉(zhuǎn)俯仰角，最后繞旋轉(zhuǎn)后的X軸旋轉(zhuǎn)滾轉(zhuǎn)角。

歐拉角的優(yōu)點(diǎn)是直觀且易于理解，可以直接對(duì)物體的姿態(tài)進(jìn)行描述。它廣泛應(yīng)用于飛行器、機(jī)器人、游戲開(kāi)發(fā)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等領(lǐng)域。

然而，歐拉角也存在一些問(wèn)題。由于旋轉(zhuǎn)順序的選擇和旋轉(zhuǎn)角度的限制，歐拉角存在萬(wàn)向鎖問(wèn)題（gimbal lock），即在某些情況下，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)角度會(huì)變得冗余或無(wú)法唯一確定物體的姿態(tài)。為了避免這個(gè)問(wèn)題，有時(shí)候會(huì)使用四元數(shù)

（quaternions）或旋轉(zhuǎn)矩陣（rotation matrices）來(lái)替代歐拉角。哈哈哈我不會(huì)四元數(shù)，就不bb了。

總的來(lái)說(shuō)，歐拉角是一種常用的姿態(tài)描述方法，具有直觀和易于理解的特點(diǎn)，但在某些情況下可能存在萬(wàn)向鎖問(wèn)題。

磁力計(jì)（Magnetometer）：磁力計(jì)通過(guò)測(cè)量物體周圍磁場(chǎng)的強(qiáng)度和方向來(lái)確定其姿態(tài)。磁力計(jì)利用磁敏材料的特性，當(dāng)材料受到磁場(chǎng)作用時(shí)，其電阻或電壓會(huì)發(fā)生變化。通過(guò)測(cè)量這種變化可以確定物體所處的磁場(chǎng)方向，從而確定其姿態(tài)。

這些傳感器通常會(huì)結(jié)合在一起，形成姿態(tài)傳感器系統(tǒng)。通過(guò)同時(shí)測(cè)量加速度、角速度和磁場(chǎng)等參數(shù)，姿態(tài)傳感器可以計(jì)算出物體的姿態(tài)，包括方向、旋轉(zhuǎn)角度和位置等信息。這些數(shù)據(jù)可以通過(guò)算法進(jìn)行處理和解析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物體姿態(tài)的準(zhǔn)確測(cè)量和跟蹤。

以下是一般的使用姿態(tài)傳感器的步驟：

• 連接傳感器：首先，將姿態(tài)傳感器與目標(biāo)設(shè)備進(jìn)行連接。這可能涉及到使用適當(dāng)?shù)碾娎|或接口將傳感器連接到設(shè)備的主板或控制器上。
• 初始化傳感器：在使用姿態(tài)傳感器之前，需要進(jìn)行初始化。這個(gè)過(guò)程包括設(shè)置傳感器的初始狀態(tài)和參數(shù)，以確保其正常工作和準(zhǔn)確測(cè)量姿態(tài)。
• 讀取傳感器數(shù)據(jù)：使用設(shè)備的軟件或編程接口，讀取傳感器提供的姿態(tài)數(shù)據(jù)。姿態(tài)數(shù)據(jù)通常包括設(shè)備的姿勢(shì)、朝向、角度和加速度等信息。
• 解析和處理數(shù)據(jù)：根據(jù)應(yīng)用的需求，對(duì)傳感器提供的姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和處理。這可能涉及到使用算法和數(shù)學(xué)模型來(lái)計(jì)算設(shè)備的姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或其他相關(guān)參數(shù)。
• 應(yīng)用數(shù)據(jù)：根據(jù)解析和處理后的姿態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)用。這可能包括控制設(shè)備的運(yùn)動(dòng)、調(diào)整設(shè)備的姿態(tài)、提供用戶反饋或進(jìn)行其他相關(guān)操作。
• 錯(cuò)誤校正和校準(zhǔn)：定期進(jìn)行錯(cuò)誤校正和校準(zhǔn)，以確保姿態(tài)傳感器的準(zhǔn)確性和可靠性。這可能包括校正傳感器的偏差、校準(zhǔn)傳感器的靈敏度或進(jìn)行其他相關(guān)調(diào)整。

需要注意的是，具體使用姿態(tài)傳感器的方法會(huì)因應(yīng)用的不同而有所變化。例如，在航空航天領(lǐng)域中，可能需要更復(fù)雜的姿態(tài)控制算法和系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)精確的導(dǎo)航和飛行控制。在虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域中，可能需要更高的實(shí)時(shí)性和精度來(lái)跟蹤用戶的頭部和手部姿態(tài)。因此，在具體應(yīng)用中，需要根據(jù)需求和要求進(jìn)行相應(yīng)的定制和調(diào)整。 姿態(tài)傳感器在許多領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用。以下是一些姿態(tài)傳感器的應(yīng)用示例：

STMicroelectronics：STMicroelectronics是一家全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，提供各種姿態(tài)傳感器解決方案，包括加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)等。

InvenSense（現(xiàn)為T(mén)DK公司）：InvenSense是一家專注于慣性傳感器技術(shù)的公司，提供高性能的加速度計(jì)和陀螺儀等姿態(tài)傳感器產(chǎn)品。

Bosch Sensortec：Bosch Sensortec是博世集團(tuán)的子公司，專注于傳感器技術(shù)。他們提供各種姿態(tài)傳感器解決方案，包括加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)等。

Analog Devices：Analog Devices是一家領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，提供各種傳感器解決方案，包括姿態(tài)傳感器。他們的產(chǎn)品范圍包括加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)等。

Honeywell（霍尼韋爾）：Honeywell是一家全球知名的工業(yè)自動(dòng)化和控制技術(shù)供應(yīng)商，他們提供各種姿態(tài)傳感器產(chǎn)品，包括加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)等。

這只是一些主要的姿態(tài)傳感器供應(yīng)商，市場(chǎng)上還有許多其他供應(yīng)商提供各種姿態(tài)傳感器解決方案。在選擇供應(yīng)商時(shí)，可以根據(jù)產(chǎn)品性能、可靠性、技術(shù)支持和供應(yīng)鏈等因素進(jìn)行評(píng)估和比較。

• 航空航天：姿態(tài)傳感器在飛機(jī)、無(wú)人機(jī)和航天器中被用于導(dǎo)航、飛行控制和姿態(tài)穩(wěn)定等方面。它們可以幫助飛行器準(zhǔn)確測(cè)量和控制其姿態(tài)，以確保平穩(wěn)和穩(wěn)定的飛行。
• 機(jī)器人技術(shù)：姿態(tài)傳感器在機(jī)器人中起著關(guān)鍵作用，能夠幫助機(jī)器人感知和調(diào)整其姿態(tài)，以適應(yīng)不同的任務(wù)和環(huán)境。例如，在機(jī)器人導(dǎo)航和操作中，姿態(tài)傳感器可以幫助機(jī)器人確定其位置、朝向和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
• 虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）：姿態(tài)傳感器在VR和AR設(shè)備中被用于跟蹤用戶的頭部、手部和身體姿態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)沉浸式的虛擬體驗(yàn)或與現(xiàn)實(shí)世界的交互。它們可以幫助設(shè)備準(zhǔn)確追蹤用戶的動(dòng)作和位置，以實(shí)現(xiàn)更真實(shí)和自然的交互體驗(yàn)。
• 運(yùn)動(dòng)追蹤：姿態(tài)傳感器在運(yùn)動(dòng)追蹤領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。例如，在體育訓(xùn)練中，姿態(tài)傳感器可以用于監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)員的姿勢(shì)和動(dòng)作，以提供反饋和改進(jìn)訓(xùn)練效果。此外，姿態(tài)傳感器還可以用于運(yùn)動(dòng)分析、姿勢(shì)矯正和康復(fù)治療等方面。
• 醫(yī)療設(shè)備：姿態(tài)傳感器在醫(yī)療設(shè)備中的應(yīng)用包括姿勢(shì)監(jiān)測(cè)和姿勢(shì)輔助。例如，在手術(shù)中，姿態(tài)傳感器可以幫助醫(yī)生準(zhǔn)確測(cè)量和調(diào)整手術(shù)工具的位置和角度，以實(shí)現(xiàn)精確的手術(shù)操作。

這只是姿態(tài)傳感器應(yīng)用的一小部分示例，實(shí)際上，姿態(tài)傳感器在許多其他領(lǐng)域中也有各種應(yīng)用，如游戲控制、智能家居、運(yùn)動(dòng)裝備等。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，姿態(tài)傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒗^續(xù)擴(kuò)大和創(chuàng)新。

此外，結(jié)合自己的電賽經(jīng)歷略述一二，向大家介紹的是MPU6050，是一款集成了三軸陀螺儀和三軸加速度計(jì)的傳感器模塊。它由英飛凌（InvenSense）公司開(kāi)發(fā)，廣泛應(yīng)用于姿態(tài)測(cè)量、運(yùn)動(dòng)追蹤和穩(wěn)定控制等領(lǐng)域。

MPU6050內(nèi)部集成了三軸陀螺儀和三軸加速度計(jì)，能夠同時(shí)測(cè)量物體的旋轉(zhuǎn)和線性加速度。陀螺儀用于測(cè)量物體的旋轉(zhuǎn)速度和方向，而加速度計(jì)則用于測(cè)量物體的線性加速度和傾斜角度。

MPU6050采用數(shù)字輸出，通過(guò)I2C總線與微控制器或其他設(shè)備進(jìn)行通信。它具有高精度、低功耗和快速響應(yīng)的特點(diǎn)，適用于需要實(shí)時(shí)姿態(tài)測(cè)量和運(yùn)動(dòng)追蹤的應(yīng)用。

除了陀螺儀和加速度計(jì)，MPU6050還提供了一些額外的功能和傳感器，如溫度傳感器和數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器（DMP）。溫度傳感器可用于測(cè)量環(huán)境溫度，而DMP則可以通過(guò)內(nèi)部算法提供更高級(jí)的運(yùn)動(dòng)處理功能，如姿態(tài)解算和方向估計(jì)。

初始化MPU6050傳感器:

初始化I2C總線，復(fù)位MPU6050,再次喚醒mpu6050后，設(shè)置陀螺儀傳感器為±200dps，加速度傳感器±2g,設(shè)置采樣率50HZ，關(guān)閉中斷配置INT引腳低電平有效。器件id正確后，設(shè)置pll,clksel,xz的水平軸為參考

讀取傳感器數(shù)據(jù)：

使用官方empl庫(kù)所帶的函數(shù)獲取加速度值和陀螺儀值，理由歐拉公式計(jì)算得到俯仰角和偏航角（ps:需要設(shè)置延時(shí)函數(shù)如果要輸?shù)缴衔粰C(jī)，需要提供串口等接口）

解析和處理數(shù)據(jù)：

這里介紹當(dāng)時(shí)使用的方法：讀取數(shù)據(jù)判斷是否在設(shè)置的閾值范圍內(nèi)，并記錄最后的數(shù)據(jù)用于比較下一次的變化情況，根據(jù)自己的算法要求進(jìn)行處理。要結(jié)合編碼器的使用，使用了STM32正交編碼器,是指在STM32系列微控制器中用于讀取旋轉(zhuǎn)編碼器信號(hào)的硬件模塊。旋轉(zhuǎn)編碼器是一種用于測(cè)量旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳感器，通常由兩個(gè)光電傳感器組成，可以測(cè)量旋轉(zhuǎn)方向和速度。而STM32正交編碼器模塊支持兩種常見(jiàn)的編碼器類型：增量式編碼器和絕對(duì)式編碼器。這里吧主將自己的理解的原理放進(jìn)來(lái)：編碼器軸每旋轉(zhuǎn)一圈，A相和B相都發(fā)出相同的脈沖個(gè)數(shù)，但是A相和B相之間存在一個(gè)90°(電氣角的一周期為360”)的電氣角相位差，可以根據(jù)這個(gè)相位差來(lái)判斷編碼器貨轉(zhuǎn)的方向是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)時(shí)，A相超前B相90°先進(jìn)行相位輸出，反轉(zhuǎn)時(shí)，B相超前A相90°先進(jìn)行相位輸出。

增量式編碼器通過(guò)兩個(gè)光電傳感器（我使用的是光碼盤(pán)和光電二極管）檢測(cè)旋轉(zhuǎn)編碼盤(pán)上的刻度，并生成兩個(gè)相位差90度的方波信號(hào)。通過(guò)檢測(cè)這兩個(gè)方波信號(hào)的變化，可以確定旋轉(zhuǎn)方向和速度。STM32正交編碼器模塊可以直接讀取這兩個(gè)方波信號(hào)，并提供相應(yīng)的硬件計(jì)數(shù)器和中斷功能，使得編碼器的讀取和處理變得更加簡(jiǎn)單和高效。

絕對(duì)式編碼器則通過(guò)在編碼盤(pán)上添加更多的刻度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)位置的絕對(duì)測(cè)量。STM32正交編碼器模塊可以支持多種絕對(duì)式編碼器的協(xié)議和接口，如SSI（同步串行接口）、BiSS（雙向同步串行接口）和SPI（串行外設(shè)接口）等。通過(guò)讀取這些接口的數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確地獲取旋轉(zhuǎn)位置信息。

在使用STM32正交編碼器模塊時(shí)，需要配置相關(guān)的寄存器和中斷，以使其與編碼器信號(hào)同步工作?？梢愿鶕?jù)實(shí)際需求選擇不同的計(jì)數(shù)模式、計(jì)數(shù)方向和中斷觸發(fā)條件等。此外，還可以通過(guò)使用DMA（直接內(nèi)存訪問(wèn)）功能，將編碼器數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)絻?nèi)存，減輕CPU的負(fù)擔(dān)。

總的來(lái)說(shuō)，STM32正交編碼器模塊為STM32微控制器提供了方便、高效的編碼器信號(hào)讀取和處理功能，使得我們使用者可以更加輕松地實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的測(cè)量和控制。通過(guò)把編碼器放在pwm直流電機(jī)轉(zhuǎn)軸處，把AB兩相接入單片機(jī)接口可以獲得具體的信息。

欸，大家可能疑惑了，我這里將姿態(tài)傳感器那為什么說(shuō)到了編碼器了呢。hhhh,因?yàn)榘骋v如何在軟件上去調(diào)試姿態(tài)傳感器，那我就要再?gòu)U話了，我的目標(biāo)是什么呢，結(jié)合電賽，我想說(shuō)小車直立行走任務(wù)分解

我們要求車模在直立的狀態(tài)下以兩個(gè)輪子在地面上隨意行走，相比四輪著地狀態(tài)，車?？刂迫蝿?wù)更為復(fù)雜。為了能夠方便找到解決問(wèn)題的辦法，首先將復(fù)雜的問(wèn)題分解成簡(jiǎn)單的問(wèn)題進(jìn)行討論。 從控制角度來(lái)看，車模作為一個(gè)控制對(duì)象，它的控制輸入量是兩個(gè)電轉(zhuǎn)動(dòng)速度。車橫運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)可以分解成以下三個(gè)基本控制任務(wù)
(1)控制車模平衡：通過(guò)控制兩個(gè)電機(jī)正反向運(yùn)動(dòng)保持車模直立平衡化
(2)控制車橫速度：通過(guò)調(diào)節(jié)車模的傾角來(lái)實(shí)現(xiàn)車模速度控制，實(shí)際上還是演變成通過(guò)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)車輪速度的控制
（3）控制車模方向：通過(guò)控制兩個(gè)電機(jī)之間的轉(zhuǎn)動(dòng)差速實(shí)現(xiàn)車模轉(zhuǎn)
哎呀這么復(fù)雜，我們考慮的核心在哪里，哈哈就是負(fù)反饋，是否平衡是否轉(zhuǎn)彎無(wú)法缺少的就是將采集到的數(shù)據(jù)比較反饋了，大家讀到這里就明白我在數(shù)據(jù)處理時(shí)存儲(chǔ)最后一次數(shù)據(jù)的用意了哈哈，最后結(jié)合pid控制。PID控制是一種常用的反饋控制算法，用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出以使其達(dá)到期望值。PID是Proportional-Integral-Derivative的縮寫(xiě)，分別代表比例、積分和微分三個(gè)控制項(xiàng)。

• 比例項(xiàng)（P項(xiàng)）根據(jù)實(shí)際輸出與期望值之間的差異進(jìn)行調(diào)節(jié)。它與差異成正比，越大的差異會(huì)導(dǎo)致更大的調(diào)節(jié)輸出。比例項(xiàng)可以快速響應(yīng)系統(tǒng)的變化，但可能導(dǎo)致系統(tǒng)的震蕩和超調(diào)。
• 積分項(xiàng)（I項(xiàng)）根據(jù)實(shí)際輸出與期望值之間的累積差異進(jìn)行調(diào)節(jié)。它可以消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，并使系統(tǒng)更好地追蹤期望值。積分項(xiàng)可以幫助系統(tǒng)達(dá)到精確的控制，但過(guò)大的積分項(xiàng)可能導(dǎo)致系統(tǒng)的過(guò)沖和振蕩。
• 微分項(xiàng)（D項(xiàng)）根據(jù)實(shí)際輸出的變化率進(jìn)行調(diào)節(jié)。它可以預(yù)測(cè)系統(tǒng)的未來(lái)變化趨勢(shì)，并提前調(diào)整控制輸出，以減小超調(diào)和振蕩。微分項(xiàng)可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度，但過(guò)大的微分項(xiàng)可能導(dǎo)致系統(tǒng)對(duì)噪聲和干擾過(guò)于敏感。

PID控制通過(guò)將比例、積分和微分項(xiàng)加權(quán)求和，得到最終的控制輸出。權(quán)重因子可以根據(jù)系統(tǒng)的特性和需求進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到最佳的控制效果。

在實(shí)際應(yīng)用中，PID控制廣泛用于工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)械控制、溫度控制、飛行器控制等領(lǐng)域。通過(guò)不斷調(diào)整PID參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、精度和響應(yīng)速度的平衡。

總的來(lái)說(shuō)，PID控制是一種簡(jiǎn)單而有效的控制算法，通過(guò)比例、積分和微分三個(gè)控制項(xiàng)的組合調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出，以實(shí)現(xiàn)期望的控制效果。 這里借用了matlab仿真進(jìn)行了預(yù)測(cè)和優(yōu)化，打字累了不想說(shuō)了，哈哈，結(jié)合姿態(tài)傳感器使用一下把哈哈哈哈哈哈 偷懶嘎嘎嘎，

含mpu6050芯片的姿態(tài)傳感器模塊

基于stm4與串口調(diào)試結(jié)果圖

最后結(jié)合電賽，我想說(shuō)，除了姿態(tài)傳感器我們應(yīng)該還要結(jié)合編碼器，超聲波測(cè)距，步進(jìn)電機(jī)CDD攝像頭，正交碼盤(pán)的使用，pwm步進(jìn)電機(jī)，我們不僅僅要考慮到以上電子相關(guān)內(nèi)容，應(yīng)當(dāng)考慮類似的，在小車開(kāi)發(fā)中，扭矩通常用于描述引擎或電動(dòng)機(jī)對(duì)車輪的驅(qū)動(dòng)力。較大的扭矩可以提供更大的驅(qū)動(dòng)力，使車輛能夠加速或克服阻力。在小車開(kāi)發(fā)中，摩擦力對(duì)于車輛的制動(dòng)、轉(zhuǎn)彎和牽引等方面起著重要作用。合理控制摩擦力可以提高車輛的操控性和安全性。為了最大限度地利用摩擦力，需要對(duì)車輛的重心、輪胎和地面之間的摩擦系數(shù)等因素進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整。

mpu6050驅(qū)動(dòng)

import machine

class accel():

def __init__(self, i2c, addr=0x68):

    self.iic = i2c

    self.addr = addr

    self.iic.start()

    self.iic.writeto(self.addr, bytearray([107, 0]))

    self.iic.stop()


def get_raw_values(self):

    self.iic.start()

    a = self.iic.readfrom_mem(self.addr, 0x3B, 14)

    self.iic.stop()

    return a


def get_ints(self):

    b = self.get_raw_values()

    c = []

    for i in b:

        c.append(i)

    return c


def bytes_toint(self, firstbyte, secondbyte):

    if not firstbyte & 0x80:

        return firstbyte << 8 | secondbyte

    return - (((firstbyte ^ 255) << 8) | (secondbyte ^ 255) + 1)


def get_values(self):

    raw_ints = self.get_raw_values()

    vals = {}

    vals["AcX"] = self.bytes_toint(raw_ints[0], raw_ints[1])

    vals["AcY"] = self.bytes_toint(raw_ints[2], raw_ints[3])

    vals["AcZ"] = self.bytes_toint(raw_ints[4], raw_ints[5])

    vals["Tmp"] = self.bytes_toint(raw_ints[6], raw_ints[7]) / 340.00 + 36.53

    vals["GyX"] = self.bytes_toint(raw_ints[8], raw_ints[9])

    vals["GyY"] = self.bytes_toint(raw_ints[10], raw_ints[11])

    vals["GyZ"] = self.bytes_toint(raw_ints[12], raw_ints[13])

    return vals  # returned in range of Int16

    # -32768 to 32767


def val_test(self):  # ONLY FOR TESTING! Also, fast reading sometimes crashes IIC

    from time import sleep

    while 1:

        print(self.get_values())

        sleep(0.05)

主程序

from machine import I2C,Pin
i2c = I2C(scl=Pin("X9"), sda=Pin("X10"))
accel = mpu6050.accel(i2c)
accel_dict = accel.get_values()
print(accel_dict)

運(yùn)行結(jié)果如下 

樹(shù)莓派_MMA7660姿態(tài)傳感器