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[经验] MATLAB串口助手小程序分享!

2019-8-2 03:06:37  158 matlab 欧拉角
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这里先分享一下,我用matlab写的一个串口助手小程序
下面是21IC.COM  "gaoyang9992006" 的帖子分享:
开始做四轴了,一步一步来,东西实在很多,比较杂。先做matlab上位机,主要用来做数据分析,等板子到了可以写飞控的程序了,从底层一层一层开始写。。希望能好好的完成它。。。关于matlab上位机,首先做个姿态显示,然后等板子来了,把板子底层程序写好后,加上matlab的串口接收部分,基本的环境就算搭建好了。。。。
        这个代码写了一天,写到最后出现戏剧性的一幕,实在是太恶心了哈。。开始自己的想法就是通过输入pitch roll yaw三个欧拉角,然后在空间中现实飞机的姿态,为了学习matlab翻了matlab的书,还看了线性代数,为了画这个姿态图,看了高中的立体解析几何,向量运算等。。。都是泪啊,说回正题,首先计算xOy平面中的转动,也就是yaw轴,这个相对比较简单,让三角形的三个点分别在图中的大圆和小圆上,如图所示:
<img id="aimg_vWRTA"  class="zoom" width="520" height="396" file="http://images.cnitblog.com/i/653299/201407/222103404325655.jpg" border="0" alt="">
yaw解决了之后就需要解决pitch了,就是俯仰角,约定是以坐标的(0 0 0)点进行旋转的,也是两个圆的圆心,所以算pitch只需要在xOz平面内计算,通过sin(pitch)可以算出来A B C三个点在Z轴上的坐标了,这里需要注意下,A点变换后,相对应的X轴变化是cos(pitch),y轴也是,算到这里会发现一个问题,用matlab算B C连个点的时候,只需算B或者C,解出来是有两个解的,一个B一个C,B和C必须分辨清楚,否则在计算roll的时候因为 B C没有分清楚会导致roll旋转方向不确定,后面再说B C怎么分辨。
        接下来是计算 roll了,需要计算B 点和C点在Z轴上的坐标,因为我们是绕着(0 0 0)转的,而不是绕着BC的终点转,所以无法通过BC的长度乘以sin(roll)计算,所以通过圆心做一条直线与BC平行,假设与AC交与F点,

%          A
%       E  O  F
%   B      D     C
无论pitch和yaw怎么转,OF都是在xOy平面的,方便计算,通过sin(roll)*OF的长度就可以得到F在Z轴的变化,从而通过等比可以的到C在Z轴的变化,B点变化和C是一样的,方向相反,之后将B C的坐标在xOy平面做cos(roll)缩放就可以的到最终的三角形的三个坐标了。
       接着讲BC的分辨问题,想来想去只想到一个比较简单的方法,我们算出来BC并不知道哪个是B,哪个是C,不过我们可以制定一个B‘ 点,那就是我们取一个DB方向的方向向量n,跟随三角形旋转,让它始终指向定义的DB方向,然后可以计算OB OC分别和向量n的内积,因为n与OB为锐角,与OB为钝角,so,n 与OB点乘为负数,与OC点乘为正数,从而区分出B点和C点 。
        上面想法看起来不错,但是怎么让向量n随着yaw角转动呢,灵机一闪,线性代数书的矩阵里面有个旋转矩阵啊,立马拿过来验证,发现可以很好的运行,然后想到一个问题,如果某种情况三角形roll为90度,DB的分量在xOy平面为0,这个方法就无效了啊(其实这个问题应该不会出现,因为我们是线计算yaw 然后计算pitch,在计算pitch的时候分辨BC亮点,压根就还没开始计算roll),那用三维旋转矩阵就可以解决这个问题啊,嗯嗯,又灵机一闪,之前看过捷联惯性导航书上讲了方向旋转矩阵啊,应该可以用。把方向余弦拿过来计算一下,和用xOy平面的旋转举证效果一样,到此忽然想到一个非常十分**的事情,妈蛋,三角形三个点全部用这个方向余弦矩阵旋转就可以了啊,立马改程序,不到十分钟就改完了,程序运行良好,都是泪。。。。。。不过自己的算法不能半途而废啊,后面还是把自己的算法完成,并且也可以很好的运行。。。不过因为用了matlab的符号运算,速度和用方向余弦计算比起来慢很多,后面还是用方向余弦算吧。。。。。。。
下面贴代码:



[Golang] 纯文本查看 复制代码%% %2014.7.19 由 sky.zhou 编写 function DrawAttitude(pitch,roll,yaw)%%%用于显示飞机姿态,输入为pitch,roll,yaw。 %自己的2B算法算的太慢了,我勒个去。。。还是用方向余弦吧 mode = 2       %标记用那种方法进行计算,1:表示用自己写的2B算法进行计算,2表示用方向余弦矩阵进行计算    %pitch = 60; %roll = 45; %yaw = 35; r1 =3;        %大圆半径 r2 = 0.618*r1;    %小圆半径   IF mode == 2     pitch = -pitch;   %角度定义不一样,改一下     roll = -roll;     %角度定义方式不一样,自己习惯改就好,看你希望是以怎样的方向转 end dc = [cosd(yaw)*cosd(pitch)-sind(yaw)*sind(roll)*sind(pitch)   sind(yaw)*cosd(pitch)+cosd(yaw)*sind(roll)*sind(pitch)   cosd(roll)*(-sind(pitch));       sind(yaw)*(-cosd(roll))                          cosd(yaw)*cosd(roll)                            sind(roll)        ;       cosd(yaw)*sind(pitch)+sind(yaw)*sind(roll)*cosd(pitch)   sind(yaw)*sind(pitch)-cosd(yaw)*sind(roll)*cosd(pitch)      cosd(roll)*cosd(pitch) ] %三角形规约:A为定点,B C为两边的角,具体方位如下 %       A %     B   C t_fpa = 35;      %三角形定点角度设置为40度,fpa On behalf of Fixed point angle t_b = (180 - t_fpa) / 2; t_c = t_b;   if t_fpa > asind((r2/r1))*2     t_fpa = asind((r2/r1))*2 end   %xd,yd,zd存放真是数值,与符号xyz区分开来 %约定 xd yd zd 第 1 2 3 4位分别代表三角形ABC的 A、B、A、C坐标 if mode == 2    xd=[3 -1.2735;3 -1.2735];    yd=[0  1.3474;0  -1.3474];    zd=[0 0;0 0];    %上面几个初始化的点是根据 定义的。    %pitch = 0;    %roll = 0;    %yaw = 0;    %r1 =3;        %大圆半径    %r2 = 0.618*r1;    %小圆半径 else    xd=[];    yd=[];    zd=[];    tempA =[];     %保存中间计算角度,目前之用来保存角BOA end    temp = []; if mode == 2    temp = [xd(1,1) yd(1,1) zd(1,1);            xd(1,2) yd(1,2) zd(1,2);            xd(2,2) yd(2,2) zd(2,2)];    temp = temp*dc;    xd = [temp(1:2,1)';temp(1,1),temp(3,1)]    yd = [temp(1:2,2)';temp(1,2),temp(3,2)]    zd = [temp(1:2,3)';temp(1,3),temp(3,3)]    %到此位置,方向余弦矩阵已经计算完毕,可以直接用后面的函数进行显示 end   if mode == 1      %执行自己的2B算法 %xs ys zs分别问记录方程的解 xs 为sysm缩写 syms x y z r xs ys zs;                                      %x y z 惯性坐标系中三个正交基,r为xOy平面中的大圆和小圆半径 %定义各点的坐标符号参数 syms xa ya za xb yb zb za zb zc ;   %% c1 = sym('x^2+y^2 = r^2');                         %大圆方程 c1 = subs(c1,'r',r1)                               %换成实际数值   c2 = sym('x^2+y^2 = r^2');                         %校园方程,可以表达为:c2 = 'x^2+y^2 = r^2',效果是一样的 c2 = subs(c2,'r',r2)   l1 = sym('cosd(yaw)*y=sind(yaw)*x') %l1 = sym('y=tand(yaw)*x')                         %不用这个公式是因为这个公式有零点,90和-90无法使用 %l1 = subs(l1, 'yaw', yaw)                         %换成实际数值,这里不要转成实际数值,为了方便subs的运算 %% [xs ys] = solve(c1,l1,'x','y')                     %注意,这里算出来的xd yd是符号变量,matlab自动转换了,下面重新对其赋值,可以变回数值变量    %双百分号还可以类似于分类的作用,挺好。 temp = subs([xs;ys])   %% %计算A点坐标 if yaw > -90 && yaw < 90                             %判断角度的范围,用来选择在坐标中三角形的顶点是正还是负     %这个可能有点难理解,角度确定了,就可以知道焦点在x轴的正负,从前两个数值中取对应的X解后,然后取对应的Y的解     temp = temp([temp(1:2)>0;temp(1:2)>0]) elseif yaw == -90     temp = [ 0 ;temp(temp<0)] elseif yaw == 90     temp = [ 0 ;temp(temp>0)] else     temp = temp([temp(1:2)<0;temp(1:2)<0]) end   %得到在XOY平面中三角形定点的第一个解 xd = [xd temp(1)] yd = [yd temp(2)]   %% %计算B点坐标   %temp计算出来表示的是 AB段的长度, %       A %       O %    B  D  C %其中 sind(t_b/2)*r2 表示的是OD段的长度,cosd(t_b/2)*r2是BD段的长度, %temp计算的最终结果是AB的长度 %利用三角形边与对面角正弦成比例进行运算 %   AB     BC          A0                B0 % ----- = -----       -----     =   --------- % sin(C)  sin(A)     sin(角ABO)      sin(角OAB)(ps:A的一半) %   可以求出角ABO,然后通过内角和可以求出角AOB %   AB                BO          % -----       =     --------      可以求出AB长度,简化代码如下     % sin(角AOB)        sin(角OAB)     % (180 - asind((r1/r2)*sind(t_fpa/2)) - (t_fpa/2)) 为角BOA的大小 tempA = sym('(180 - asind((r1/r2)*sind(t_fpa/2)) - (t_fpa/2))'); temp = sym('(r2/sind(t_fpa/2))*sind(tempA)'); tempA = subs(tempA); temp = subs(temp);     %temp = subs(sym('sqrt(((sind(t_b/2)*r2)+r1)^2 + (cosd(t_b/2)*r2)^2)'));   %假设 符号 xa ya 为 A点的坐标,x,y为要求的B点坐标 temp = subs(sym('(x-xa)^2 + (y-ya)^2 = temp^2'),'temp',temp); %将xa和ya换成数值xa和ya,嵌套换的 temp = subs(subs(temp,'xa',xd(1)),'ya',yd(1)) [xs ys] = solve(temp,c2,'x','y')       %通过下面的计算就已经可以得到 B C的坐标了 temp = subs([xs;ys])   %下面需要做的是区别哪个点是A,哪个点是B。 %% %    下面是在xOy平面内的旋转 %    B   %    D  O  A       yaw=0度的时候三角型在X0Y平面的方位,其中水平位置为x轴竖直方向为Y轴 %    C %    取一个与DB方向一样的方向向量n(0,1) %    用旋转矩阵让它跟三角形同步旋转 %    因为n与OB为锐角,与OB为钝角,so,n与OB点乘为负数,与OC点乘为正数,从而区分出B点和C点 %% %    为了避免roll为90度的时候按照之前的定义方向向量n=(0,0),区分不出来B和C点,所以用方向余弦矩阵进行计算 %方向余弦矩阵定义 %dc = [cosd(yaw)*cosd(pitch)-sind(yaw)*sind(roll)*sind(pitch)   sind(yaw)*cosd(pitch)+cosd(yaw)*sind(roll)*sind(pitch)   cosd(roll)*(-sind(pitch)); %      sind(yaw)*(-cosd(roll))                          cosd(yaw)*cosd(roll)                            sind(roll)        ; %      cosd(yaw)*sind(pitch)+sind(yaw)*sind(roll)*cosd(pitch)   sind(yaw)*sind(pitch)-cosd(yaw)*sind(roll)*cosd(pitch)      cosd(roll)*cosd(pitch) ] %%算到这里的时候我发现只要在xOy平面内将三角形的初始化坐标ABC三个点输入后,用方向余弦矩阵算就可以了,然后花了10分钟不到的时间就实现了 %不过这里还是决定把这个方法写完。。。都是泪。。。。。。。。。。。。。。。。。 %% n  = [0  1  0]                                         %方向向量 n  = n*dc                                               %对方向向量进行旋转 %约定 xd yd zd 第 1 2 3 4位分别代表三角形ABC的 A、B、A、C坐标 n = n*[temp(1);temp(3);0] if n > 0       %说明夹角是锐角,该角是B点     xd = [ xd temp(1) xd temp(2)]     yd = [ yd temp(3) yd temp(4)] else     xd = [ xd temp(2) xd temp(1)]     yd = [ yd temp(4) yd temp(3)] end   %处理成变成矩阵形式 xd = [xd(1:2);xd(3:4)] yd = [yd(1:2);yd(3:4)]   %当存在pitch角度的时候,X坐标做相印调整 xd = xd.*cosd(pitch) yd = yd.*cosd(pitch)     %% %约定 xd yd zd 第 1 2 3 4位分别代表三角形ABC的 A、B、A、C坐标 %计算z中A的坐标,其中B和C是相等的 zd = [zd sind(pitch)*r1]   %下面OD的长度,然后可以计算出B和C在Z轴上的坐标,也就是D点的坐标 od = (sind(tempA - 90)*r2) %zd = [zd temp;zd temp]   %计算roll状态下B和C的坐标 %          A %       E  O  F %     B    D    C %    先计算在roll下OF的长度,然后算F在Z轴的高度,然后等比后算B和C在Z轴的高度 %下面计算OF的长度 l2 = tand(t_fpa/2)*r1 %下面计算F在Z轴上的变化高度 l2 = sind(roll)*l2 %下面计算C点在Z轴上的变化高度,通过相似三角形计算 l2 = l2*(r1+od)/r1   zd = [zd -l2;zd l2] %x,y轴根据picth角度缩放 yd(:,2) = yd(:,2).*cosd(roll) xd(:,2) = xd(:,2).*cosd(roll)   %额。。这方法写的心力交瘁。。。。。。。还是方向余弦好。。。四元素再学。。。。。。     end suRF(xd,yd,zd) axis([-3 3 -3 3 -3 3]) xlabel('X') ylabel('Y') zlabel('Z') text(xd(1,1),yd(1,1),zd(1,1),'A点') text(xd(1,2),yd(1,2),zd(1,2),'B点') text(xd(2,2),yd(2,2),zd(2,2),'C点') %% %测试用圆 hold on alpha=0:pi/20:2*pi; x=r1*cos(alpha); y=r1*sin(alpha); plot(x,y);   hold on x=r2*cos(alpha); y=r2*sin(alpha); plot(x,y);   hold off end

MatLabCOM V1.0 matlab214编写的串口助手.rar (7.18 MB )
doublelove 2019-8-2 06:01:41
学习一下
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gaofang36 2019-8-2 06:09:14
这帖子一般都喜欢下载不说话,你是第一个回复的哈哈
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JoyceChang 2019-8-2 06:26:57
我喜欢捧人场~~
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阿南科院 2019-8-2 06:32:08
厉害、膜拜大神。。
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chinaruto 2019-8-2 06:42:05
顶起
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60user35 2019-8-2 07:00:56
不管用没用上 都先谢谢啦
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ickey_feng 2019-8-2 07:13:47
顶一下 谢谢分享
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felixbury 2019-8-2 07:23:47
很值得学习和借鉴的东西
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lining870815844 2019-8-2 07:42:58
最近正在弄这个,真心感谢楼主
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yueyue521y 2019-8-2 07:54:30
不客气,多多分享
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yhxc 2019-8-2 08:07:17
厉害啊!学习一下。谢谢楼主。
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60user190 2019-8-2 08:26:44
只想说 MTLAB真 强大
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雪景HHF 2019-8-2 08:35:25
厉害 膜拜
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coolgirl01012 2019-8-2 08:47:19
学习一下
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hope710 2019-8-2 09:02:48
厉害 膜拜
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testd020 2019-8-2 09:15:14
matlab真强大
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云汉008 2019-8-2 09:34:32
可以,很6
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fan266 2019-8-2 09:42:30
mark,谢谢分享
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