Code CCS-C lọc Kalman cho cảm biến MPU6050

Bộ lọc Kalman

Bộ lọc Kalman, được Rudolf (Rudy) E. Kálmán công bố năm 1960, là thuật toán sử dụng chuỗi các giá trị đo lường, bị ảnh hưởng bởi nhiễu hoặc sai số, để ước đoán biến số nhằm tăng độ chính xác so với việc sử dụng duy nhất một giá trị đo lường. Bộ lọc Kalman thực hiện phương pháp truy hồi đối với chuỗi các giá trị đầu vào bị nhiễu, nhằm tối ưu hóa giá trị ước đoán trạng thái của hệ thống.

Bộ lọc Kalman được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật, phổ biến trong các ứng dụng định hướng, định vị và điều khiển các phương tiện di chuyển. Ngoài ra, bộ lọc Kalman còn được ứng dụng để phân tích dữ liệu trong các lĩnh vực xử lý tín hiệu và kinh tế.

Lưu đồ giải thuật của bộ lọc Kalman

Code CCS-C

Đoạn chương trình lọc Kalman viết cho MCU PIC bằng trình biên dịch CCS-C

float32 dt = 0.01; // T Sampling
float32 Q_angle = 0.005;
float32 Q_bias = 0.003;
float32 R_measure = 0.03;
float32 bias = 0; // Reset bias
float32 rate;
float32 angle;
float32 S; // estimate error
float32 y; // different angle
float32 P_00 = 0 , P_01 = 0 , P_10 =0 ,P_11 =0;
float32 K_0 =0,K_1=0; // Kalman gain

float32 Kalman(float32 newAngle, float32 newRate){
    // Discrete Kalman filter time update equations - Time Update ("Predict")
    // Update xhat - Project the state ahead
    /* Step 1 */
    //angle = X_Raw_Gyro_Angle;
    rate = newRate - bias;
    angle += dt * rate;

    // Update estimation error covariance - Project the error covariance ahead
    /* Step 2 */
    P_00 += dt * ( dt*P_11 - P_10 - P_01 + Q_angle);
    P_01 -= dt * P_11;
    P_10 -= dt * P_11;
    P_11 += Q_bias * dt;

    // Discrete Kalman filter measurement update equations - Measurement Update ("Correct")
    // Calculate Kalman gain - Compute the Kalman gain
    /* Step 4 */
    S = P_00 + R_measure;
    /* Step 5 */
    K_0 = P_00 / S;
    K_1 = P_10 / S;

    // Calculate angle and bias - Update estimate with measurement zk (newAngle)
    /* Step 3 */
    y = newAngle - angle;
    /* Step 6 */
    angle += K_0 * y;
    bias += K_1 * y;

    // Calculate estimation error covariance - Update the error covariance
    /* Step 7 */
    P_00 -= K_0 * P_00;
    P_01 -= K_0 * P_01;
    P_10 -= K_1 * P_00;
    P_11 -= K_1 * P_01;

    return angle;
}