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Kalman filter for altitude

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James Cotton 2012-02-11 20:13:32 -06:00
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58
flight/Modules/AltitudeHold/altitudehold.c
View File

@ -45,12 +45,14 @@
#include "openpilot.h"
#include <math.h>
#include "altholdsmoothed.h"
#include "altitudeholdsettings.h"
#include "altitudeholddesired.h" // object that will be updated by the module
#include "baroaltitude.h"
#include "positionactual.h"
#include "flightstatus.h"
#include "stabilizationdesired.h"
#include "accels.h"
// Private constants
#define MAX_QUEUE_SIZE 2
@ -88,6 +90,7 @@ int32_t AltitudeHoldInitialize()
{
AltitudeHoldSettingsInitialize();
AltitudeHoldDesiredInitialize();
AltHoldSmoothedInitialize();
// Create object queue
queue = xQueueCreate(MAX_QUEUE_SIZE, sizeof(UAVObjEvent));
@ -96,6 +99,7 @@ int32_t AltitudeHoldInitialize()
AltitudeHoldDesiredConnectQueue(queue);
BaroAltitudeConnectQueue(queue);
FlightStatusConnectQueue(queue);
AccelsConnectQueue(queue);
AltitudeHoldSettingsConnectCallback(&SettingsUpdatedCb);
@ -221,6 +225,60 @@ static void altitudeHoldTask(void *parameters)
BaroAltitudeAltitudeGet(&lastAltitude);
} else if (flightStatus.FlightMode != FLIGHTSTATUS_FLIGHTMODE_ALTITUDEHOLD)
running = false;
} else if (ev.obj == AccelsHandle()) {
float dT, P[3][3], K[3][2], x[2];
float G[3] = {1.0e-5f, 1.0e-5f, 1e-3f};
float S[2] = {2, 10};
static float z[3] = {0, 0, 0};
static float V[3][3] = {{10, 10, 10}, {10, 10, 10}, {10, 10, 10}};
AccelsData accels;
AccelsGet(&accels);
BaroAltitudeData baro;
BaroAltitudeGet(&baro);
dT = 1.5e-3;
x[0] = baro.Altitude;
x[1] = -(accels.z + 9.81f);
P[0][0] = dT*(V[0][1]+dT*V[1][1])+V[0][0]+G[0]+dT*V[1][0];
P[0][1] = dT*(V[0][2]+dT*V[1][2])+V[0][1]+dT*V[1][1];
P[0][2] = V[0][2]+dT*V[1][2];
P[1][0] = dT*(V[1][1]+dT*V[2][1])+V[1][0]+dT*V[2][0];
P[1][1] = dT*(V[1][2]+dT*V[2][2])+V[1][1]+G[1]+dT*V[2][1];
P[1][2] = V[1][2]+dT*V[2][2];
P[2][0] = V[2][0]+dT*V[2][1];
P[2][1] = V[2][1]+dT*V[2][2];
P[2][2] = V[2][2]+G[2];
K[0][0] = -(V[2][2]*S[0]+G[2]*S[0]+S[0]*S[1])/(V[0][0]*G[2]+V[2][2]*G[0]+V[0][0]*S[1]+V[2][2]*S[0]+V[0][0]*V[2][2]-V[0][2]*V[2][0]+G[0]*G[2]+G[0]*S[1]+G[2]*S[0]+S[0]*S[1]+(dT*dT)*V[1][1]*V[2][2]-(dT*dT)*V[1][2]*V[2][1]+dT*V[0][1]*G[2]+dT*V[1][0]*G[2]+dT*V[0][1]*S[1]+dT*V[1][0]*S[1]+(dT*dT)*V[1][1]*G[2]+(dT*dT)*V[1][1]*S[1]+dT*V[0][1]*V[2][2]+dT*V[1][0]*V[2][2]-dT*V[0][2]*V[2][1]-dT*V[2][0]*V[1][2])+1.0;
K[0][1] = ((V[0][2]+dT*V[1][2])*S[0])/(V[0][0]*G[2]+V[2][2]*G[0]+V[0][0]*S[1]+V[2][2]*S[0]+V[0][0]*V[2][2]-V[0][2]*V[2][0]+G[0]*G[2]+G[0]*S[1]+G[2]*S[0]+S[0]*S[1]+(dT*dT)*V[1][1]*V[2][2]-(dT*dT)*V[1][2]*V[2][1]+dT*V[0][1]*G[2]+dT*V[1][0]*G[2]+dT*V[0][1]*S[1]+dT*V[1][0]*S[1]+(dT*dT)*V[1][1]*G[2]+(dT*dT)*V[1][1]*S[1]+dT*V[0][1]*V[2][2]+dT*V[1][0]*V[2][2]-dT*V[0][2]*V[2][1]-dT*V[2][0]*V[1][2]);
K[1][0] = (V[1][0]*G[2]+V[1][0]*S[1]+V[1][0]*V[2][2]-V[2][0]*V[1][2]+dT*V[1][1]*G[2]+dT*V[2][0]*G[2]+dT*V[1][1]*S[1]+dT*V[2][0]*S[1]+(dT*dT)*V[2][1]*G[2]+(dT*dT)*V[2][1]*S[1]+dT*V[1][1]*V[2][2]-dT*V[1][2]*V[2][1])/(V[0][0]*G[2]+V[2][2]*G[0]+V[0][0]*S[1]+V[2][2]*S[0]+V[0][0]*V[2][2]-V[0][2]*V[2][0]+G[0]*G[2]+G[0]*S[1]+G[2]*S[0]+S[0]*S[1]+(dT*dT)*V[1][1]*V[2][2]-(dT*dT)*V[1][2]*V[2][1]+dT*V[0][1]*G[2]+dT*V[1][0]*G[2]+dT*V[0][1]*S[1]+dT*V[1][0]*S[1]+(dT*dT)*V[1][1]*G[2]+(dT*dT)*V[1][1]*S[1]+dT*V[0][1]*V[2][2]+dT*V[1][0]*V[2][2]-dT*V[0][2]*V[2][1]-dT*V[2][0]*V[1][2]);
K[1][1] = (V[1][2]*G[0]+V[1][2]*S[0]+V[0][0]*V[1][2]-V[1][0]*V[0][2]+(dT*dT)*V[0][1]*V[2][2]+(dT*dT)*V[1][0]*V[2][2]-(dT*dT)*V[0][2]*V[2][1]-(dT*dT)*V[2][0]*V[1][2]+(dT*dT*dT)*V[1][1]*V[2][2]-(dT*dT*dT)*V[1][2]*V[2][1]+dT*V[2][2]*G[0]+dT*V[2][2]*S[0]+dT*V[0][0]*V[2][2]+dT*V[0][1]*V[1][2]-dT*V[0][2]*V[1][1]-dT*V[0][2]*V[2][0])/(V[0][0]*G[2]+V[2][2]*G[0]+V[0][0]*S[1]+V[2][2]*S[0]+V[0][0]*V[2][2]-V[0][2]*V[2][0]+G[0]*G[2]+G[0]*S[1]+G[2]*S[0]+S[0]*S[1]+(dT*dT)*V[1][1]*V[2][2]-(dT*dT)*V[1][2]*V[2][1]+dT*V[0][1]*G[2]+dT*V[1][0]*G[2]+dT*V[0][1]*S[1]+dT*V[1][0]*S[1]+(dT*dT)*V[1][1]*G[2]+(dT*dT)*V[1][1]*S[1]+dT*V[0][1]*V[2][2]+dT*V[1][0]*V[2][2]-dT*V[0][2]*V[2][1]-dT*V[2][0]*V[1][2]);
K[2][0] = ((V[2][0]+dT*V[2][1])*S[1])/(V[0][0]*G[2]+V[2][2]*G[0]+V[0][0]*S[1]+V[2][2]*S[0]+V[0][0]*V[2][2]-V[0][2]*V[2][0]+G[0]*G[2]+G[0]*S[1]+G[2]*S[0]+S[0]*S[1]+(dT*dT)*V[1][1]*V[2][2]-(dT*dT)*V[1][2]*V[2][1]+dT*V[0][1]*G[2]+dT*V[1][0]*G[2]+dT*V[0][1]*S[1]+dT*V[1][0]*S[1]+(dT*dT)*V[1][1]*G[2]+(dT*dT)*V[1][1]*S[1]+dT*V[0][1]*V[2][2]+dT*V[1][0]*V[2][2]-dT*V[0][2]*V[2][1]-dT*V[2][0]*V[1][2]);
K[2][1] = -(V[0][0]*S[1]+G[0]*S[1]+S[0]*S[1]+dT*V[0][1]*S[1]+dT*V[1][0]*S[1]+(dT*dT)*V[1][1]*S[1])/(V[0][0]*G[2]+V[2][2]*G[0]+V[0][0]*S[1]+V[2][2]*S[0]+V[0][0]*V[2][2]-V[0][2]*V[2][0]+G[0]*G[2]+G[0]*S[1]+G[2]*S[0]+S[0]*S[1]+(dT*dT)*V[1][1]*V[2][2]-(dT*dT)*V[1][2]*V[2][1]+dT*V[0][1]*G[2]+dT*V[1][0]*G[2]+dT*V[0][1]*S[1]+dT*V[1][0]*S[1]+(dT*dT)*V[1][1]*G[2]+(dT*dT)*V[1][1]*S[1]+dT*V[0][1]*V[2][2]+dT*V[1][0]*V[2][2]-dT*V[0][2]*V[2][1]-dT*V[2][0]*V[1][2])+1.0;
z[0] = -K[0][0]*(dT*z[1]-x[0]+z[0])+dT*z[1]+K[0][1]*(x[1]-z[2])+z[0];
z[1] = -K[1][0]*(dT*z[1]-x[0]+z[0])+dT*z[2]+K[1][1]*(x[1]-z[2])+z[1];
z[2] = -K[2][0]*(dT*z[1]-x[0]+z[0])+K[2][1]*(x[1]-z[2])+z[2];
V[0][0] = -K[0][1]*P[2][0]-P[0][0]*(K[0][0]-1.0f);
V[0][1] = -K[0][1]*P[2][1]-P[0][1]*(K[0][0]-1.0f);
V[0][2] = -K[0][1]*P[2][2]-P[0][2]*(K[0][0]-1.0f);
V[1][0] = P[1][0]-K[1][0]*P[0][0]-K[1][1]*P[2][0];
V[1][1] = P[1][1]-K[1][0]*P[0][1]-K[1][1]*P[2][1];
V[1][2] = P[1][2]-K[1][0]*P[0][2]-K[1][1]*P[2][2];
V[2][0] = -K[2][0]*P[0][0]-P[2][0]*(K[2][1]-1.0f);
V[2][1] = -K[2][0]*P[0][1]-P[2][1]*(K[2][1]-1.0f);
V[2][2] = -K[2][0]*P[0][2]-P[2][2]*(K[2][1]-1.0f);
AltHoldSmoothedData altHold;
AltHoldSmoothedGet(&altHold);
altHold.Altitude = z[0];
altHold.Velocity = z[1];
altHold.Accel = z[2];
AltHoldSmoothedSet(&altHold);
} else if (ev.obj == AltitudeHoldDesiredHandle()) {
AltitudeHoldDesiredGet(&altitudeHoldDesired);

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flight/Revolution/UAVObjects.inc
View File

@ -28,6 +28,7 @@ UAVOBJSRCFILENAMES += accessorydesired
UAVOBJSRCFILENAMES += actuatorcommand
UAVOBJSRCFILENAMES += actuatordesired
UAVOBJSRCFILENAMES += actuatorsettings
UAVOBJSRCFILENAMES += altholdsmoothed
UAVOBJSRCFILENAMES += attitudesettings
UAVOBJSRCFILENAMES += attitudeactual
UAVOBJSRCFILENAMES += gyros

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ground/openpilotgcs/src/plugins/uavobjects/uavobjects.pro
View File

@ -26,6 +26,7 @@ OTHER_FILES += UAVObjects.pluginspec
HEADERS += $$UAVOBJECT_SYNTHETICS/accessorydesired.h \
$$UAVOBJECT_SYNTHETICS/baroaltitude.h \
$$UAVOBJECT_SYNTHETICS/attitudeactual.h \
$$UAVOBJECT_SYNTHETICS/altholdsmoothed.h \
$$UAVOBJECT_SYNTHETICS/altitudeholddesired.h \
$$UAVOBJECT_SYNTHETICS/altitudeholdsettings.h \
$$UAVOBJECT_SYNTHETICS/revocalibration.h \
@ -82,6 +83,7 @@ HEADERS += $$UAVOBJECT_SYNTHETICS/accessorydesired.h \
SOURCES += $$UAVOBJECT_SYNTHETICS/accessorydesired.cpp \
$$UAVOBJECT_SYNTHETICS/baroaltitude.cpp \
$$UAVOBJECT_SYNTHETICS/attitudeactual.cpp \
$$UAVOBJECT_SYNTHETICS/altholdsmoothed.cpp \
$$UAVOBJECT_SYNTHETICS/altitudeholddesired.cpp \
$$UAVOBJECT_SYNTHETICS/altitudeholdsettings.cpp \
$$UAVOBJECT_SYNTHETICS/revocalibration.cpp \