Erik van de Coevering
Library implementing Madgwick's IMU and AHRS algorithms
Dependents: Hexi_GPSIMU_Hotshoe
Revision 1:d7c70d593694, committed 2018-07-12
- Comitter:
- Anaesthetix
- Date:
- Thu Jul 12 14:00:30 2018 +0000
- Parent:
- 0:9b434b5e28d4
- Commit message:
- Corrected an error in the algorithm and added a regular square root instead of the fast square root as it does not increase processing time by that much.
Changed in this revision
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--- a/MadgwickAHRS.cpp Sun Dec 18 21:50:15 2016 +0000
+++ b/MadgwickAHRS.cpp Thu Jul 12 14:00:30 2018 +0000
@@ -13,7 +13,6 @@
// 29/09/2011 SOH Madgwick Initial release
// 02/10/2011 SOH Madgwick Optimised for reduced CPU load
// 19/02/2012 SOH Madgwick Magnetometer measurement is normalised
-// 18/12/2016 Added better fast inverse square root
//
//=============================================================================================
@@ -26,8 +25,8 @@
//-------------------------------------------------------------------------------------------
// Definitions
-#define sampleFreqDef 500.0f // sample frequency in Hz
-#define betaDef 0.75f // 2 * proportional gain 0.1 - 0.5 - 5
+#define sampleFreqDef 1500.0f // sample frequency in Hz
+#define betaDef 0.1f // 2 * proportional gain 0.1 - 0.5 - 5 was 2.5
//============================================================================================
@@ -36,7 +35,8 @@
//-------------------------------------------------------------------------------------------
// AHRS algorithm update
-Madgwick::Madgwick() {
+Madgwick::Madgwick()
+{
beta = betaDef;
q0 = 1.0f;
q1 = 0.0f;
@@ -46,12 +46,13 @@
anglesComputed = 0;
}
-void Madgwick::update(float gx, float gy, float gz, float ax, float ay, float az, float mx, float my, float mz) {
+void Madgwick::update(float gx, float gy, float gz, float ax, float ay, float az, float mx, float my, float mz)
+{
float recipNorm;
float s0, s1, s2, s3;
float qDot1, qDot2, qDot3, qDot4;
float hx, hy;
- float _2q0mx, _2q0my, _2q0mz, _2q1mx, _2bx, _2bz, _4bx, _4bz, _2q0, _2q1, _2q2, _2q3, _2q0q2, _2q2q3, q0q0, q0q1, q0q2, q0q3, q1q1, q1q2, q1q3, q2q2, q2q3, q3q3;
+ float _2q0mx, _2q0my, _2q0mz, _2q1mx, _2bx, _2bz, _4bx, _4bz, _8bx, _8bz, _2q0, _2q1, _2q2, _2q3, _2q0q2, _2q2q3, q0q0, q0q1, q0q2, q0q3, q1q1, q1q2, q1q3, q2q2, q2q3, q3q3;
// Use IMU algorithm if magnetometer measurement invalid (avoids NaN in magnetometer normalisation)
if((mx == 0.0f) && (my == 0.0f) && (mz == 0.0f)) {
@@ -106,20 +107,36 @@
q2q2 = q2 * q2;
q2q3 = q2 * q3;
q3q3 = q3 * q3;
+ /*
+ // Reference direction of Earth's magnetic field
+ hx = mx * q0q0 - _2q0my * q3 + _2q0mz * q2 + mx * q1q1 + _2q1 * my * q2 + _2q1 * mz * q3 - mx * q2q2 - mx * q3q3;
+ hy = _2q0mx * q3 + my * q0q0 - _2q0mz * q1 + _2q1mx * q2 - my * q1q1 + my * q2q2 + _2q2 * mz * q3 - my * q3q3;
+ _2bx = sqrtf(hx * hx + hy * hy);
+ _2bz = -_2q0mx * q2 + _2q0my * q1 + mz * q0q0 + _2q1mx * q3 - mz * q1q1 + _2q2 * my * q3 - mz * q2q2 + mz * q3q3;
+ _4bx = 2.0f * _2bx;
+ _4bz = 2.0f * _2bz;
+ // Gradient decent algorithm corrective step
+ s0 = -_2q2 * (2.0f * q1q3 - _2q0q2 - ax) + _2q1 * (2.0f * q0q1 + _2q2q3 - ay) - _2bz * q2 * (_2bx * (0.5f - q2q2 - q3q3) + _2bz * (q1q3 - q0q2) - mx) + (-_2bx * q3 + _2bz * q1) * (_2bx * (q1q2 - q0q3) + _2bz * (q0q1 + q2q3) - my) + _2bx * q2 * (_2bx * (q0q2 + q1q3) + _2bz * (0.5f - q1q1 - q2q2) - mz);
+ s1 = _2q3 * (2.0f * q1q3 - _2q0q2 - ax) + _2q0 * (2.0f * q0q1 + _2q2q3 - ay) - 4.0f * q1 * (1 - 2.0f * q1q1 - 2.0f * q2q2 - az) + _2bz * q3 * (_2bx * (0.5f - q2q2 - q3q3) + _2bz * (q1q3 - q0q2) - mx) + (_2bx * q2 + _2bz * q0) * (_2bx * (q1q2 - q0q3) + _2bz * (q0q1 + q2q3) - my) + (_2bx * q3 - _4bz * q1) * (_2bx * (q0q2 + q1q3) + _2bz * (0.5f - q1q1 - q2q2) - mz);
+ s2 = -_2q0 * (2.0f * q1q3 - _2q0q2 - ax) + _2q3 * (2.0f * q0q1 + _2q2q3 - ay) - 4.0f * q2 * (1 - 2.0f * q1q1 - 2.0f * q2q2 - az) + (-_4bx * q2 - _2bz * q0) * (_2bx * (0.5f - q2q2 - q3q3) + _2bz * (q1q3 - q0q2) - mx) + (_2bx * q1 + _2bz * q3) * (_2bx * (q1q2 - q0q3) + _2bz * (q0q1 + q2q3) - my) + (_2bx * q0 - _4bz * q2) * (_2bx * (q0q2 + q1q3) + _2bz * (0.5f - q1q1 - q2q2) - mz);
+ s3 = _2q1 * (2.0f * q1q3 - _2q0q2 - ax) + _2q2 * (2.0f * q0q1 + _2q2q3 - ay) + (-_4bx * q3 + _2bz * q1) * (_2bx * (0.5f - q2q2 - q3q3) + _2bz * (q1q3 - q0q2) - mx) + (-_2bx * q0 + _2bz * q2) * (_2bx * (q1q2 - q0q3) + _2bz * (q0q1 + q2q3) - my) + _2bx * q1 * (_2bx * (q0q2 + q1q3) + _2bz * (0.5f - q1q1 - q2q2) - mz);
+ */
// Reference direction of Earth's magnetic field
hx = mx * q0q0 - _2q0my * q3 + _2q0mz * q2 + mx * q1q1 + _2q1 * my * q2 + _2q1 * mz * q3 - mx * q2q2 - mx * q3q3;
hy = _2q0mx * q3 + my * q0q0 - _2q0mz * q1 + _2q1mx * q2 - my * q1q1 + my * q2q2 + _2q2 * mz * q3 - my * q3q3;
- _2bx = sqrtf(hx * hx + hy * hy);
+ _2bx = sqrt(hx * hx + hy * hy);
_2bz = -_2q0mx * q2 + _2q0my * q1 + mz * q0q0 + _2q1mx * q3 - mz * q1q1 + _2q2 * my * q3 - mz * q2q2 + mz * q3q3;
_4bx = 2.0f * _2bx;
_4bz = 2.0f * _2bz;
+ _8bx = 2.0f * _4bx;
+ _8bz = 2.0f * _4bz;
// Gradient decent algorithm corrective step
- s0 = -_2q2 * (2.0f * q1q3 - _2q0q2 - ax) + _2q1 * (2.0f * q0q1 + _2q2q3 - ay) - _2bz * q2 * (_2bx * (0.5f - q2q2 - q3q3) + _2bz * (q1q3 - q0q2) - mx) + (-_2bx * q3 + _2bz * q1) * (_2bx * (q1q2 - q0q3) + _2bz * (q0q1 + q2q3) - my) + _2bx * q2 * (_2bx * (q0q2 + q1q3) + _2bz * (0.5f - q1q1 - q2q2) - mz);
- s1 = _2q3 * (2.0f * q1q3 - _2q0q2 - ax) + _2q0 * (2.0f * q0q1 + _2q2q3 - ay) - 4.0f * q1 * (1 - 2.0f * q1q1 - 2.0f * q2q2 - az) + _2bz * q3 * (_2bx * (0.5f - q2q2 - q3q3) + _2bz * (q1q3 - q0q2) - mx) + (_2bx * q2 + _2bz * q0) * (_2bx * (q1q2 - q0q3) + _2bz * (q0q1 + q2q3) - my) + (_2bx * q3 - _4bz * q1) * (_2bx * (q0q2 + q1q3) + _2bz * (0.5f - q1q1 - q2q2) - mz);
- s2 = -_2q0 * (2.0f * q1q3 - _2q0q2 - ax) + _2q3 * (2.0f * q0q1 + _2q2q3 - ay) - 4.0f * q2 * (1 - 2.0f * q1q1 - 2.0f * q2q2 - az) + (-_4bx * q2 - _2bz * q0) * (_2bx * (0.5f - q2q2 - q3q3) + _2bz * (q1q3 - q0q2) - mx) + (_2bx * q1 + _2bz * q3) * (_2bx * (q1q2 - q0q3) + _2bz * (q0q1 + q2q3) - my) + (_2bx * q0 - _4bz * q2) * (_2bx * (q0q2 + q1q3) + _2bz * (0.5f - q1q1 - q2q2) - mz);
- s3 = _2q1 * (2.0f * q1q3 - _2q0q2 - ax) + _2q2 * (2.0f * q0q1 + _2q2q3 - ay) + (-_4bx * q3 + _2bz * q1) * (_2bx * (0.5f - q2q2 - q3q3) + _2bz * (q1q3 - q0q2) - mx) + (-_2bx * q0 + _2bz * q2) * (_2bx * (q1q2 - q0q3) + _2bz * (q0q1 + q2q3) - my) + _2bx * q1 * (_2bx * (q0q2 + q1q3) + _2bz * (0.5f - q1q1 - q2q2) - mz);
+ s0= -_2q2*(2.0f*(q1q3 - q0q2) - ax) + _2q1*(2.0f*(q0q1 + q2q3) - ay) + -_4bz*q2*(_4bx*(0.5 - q2q2 - q3q3) + _4bz*(q1q3 - q0q2) - mx) + (-_4bx*q3+_4bz*q1)*(_4bx*(q1q2 - q0q3) + _4bz*(q0q1 + q2q3) - my) + _4bx*q2*(_4bx*(q0q2 + q1q3) + _4bz*(0.5 - q1q1 - q2q2) - mz);
+ s1= _2q3*(2.0f*(q1q3 - q0q2) - ax) + _2q0*(2.0f*(q0q1 + q2q3) - ay) + -4.0f*q1*(2.0f*(0.5 - q1q1 - q2q2) - az) + _4bz*q3*(_4bx*(0.5 - q2q2 - q3q3) + _4bz*(q1q3 - q0q2) - mx) + (_4bx*q2+_4bz*q0)*(_4bx*(q1q2 - q0q3) + _4bz*(q0q1 + q2q3) - my) + (_4bx*q3-_8bz*q1)*(_4bx*(q0q2 + q1q3) + _4bz*(0.5 - q1q1 - q2q2) - mz);
+ s2= -_2q0*(2.0f*(q1q3 - q0q2) - ax) + _2q3*(2.0f*(q0q1 + q2q3) - ay) + (-4.0f*q2)*(2.0f*(0.5 - q1q1 - q2q2) - az) + (-_8bx*q2-_4bz*q0)*(_4bx*(0.5 - q2q2 - q3q3) + _4bz*(q1q3 - q0q2) - mx)+(_4bx*q1+_4bz*q3)*(_4bx*(q1q2 - q0q3) + _4bz*(q0q1 + q2q3) - my)+(_4bx*q0-_8bz*q2)*(_4bx*(q0q2 + q1q3) + _4bz*(0.5 - q1q1 - q2q2) - mz);
+ s3= _2q1*(2.0f*(q1q3 - q0q2) - ax) + _2q2*(2.0f*(q0q1 + q2q3) - ay)+(-_8bx*q3+_4bz*q1)*(_4bx*(0.5 - q2q2 - q3q3) + _4bz*(q1q3 - q0q2) - mx)+(-_4bx*q0+_4bz*q2)*(_4bx*(q1q2 - q0q3) + _4bz*(q0q1 + q2q3) - my)+(_4bx*q1)*(_4bx*(q0q2 + q1q3) + _4bz*(0.5 - q1q1 - q2q2) - mz);
recipNorm = invSqrt(s0 * s0 + s1 * s1 + s2 * s2 + s3 * s3); // normalise step magnitude
s0 *= recipNorm;
s1 *= recipNorm;
@@ -151,7 +168,8 @@
//-------------------------------------------------------------------------------------------
// IMU algorithm update
-void Madgwick::updateIMU(float gx, float gy, float gz, float ax, float ay, float az) {
+void Madgwick::updateIMU(float gx, float gy, float gz, float ax, float ay, float az)
+{
float recipNorm;
float s0, s1, s2, s3;
float qDot1, qDot2, qDot3, qDot4;
@@ -238,13 +256,19 @@
y = y * (1.5f - (halfx * y * y));
y = y * (1.5f - (halfx * y * y));
return y;
-} */
+}
float Madgwick::invSqrt(float x){
unsigned int i = 0x5F1F1412 - (*(unsigned int*)&x >> 1);
float tmp = *(float*)&i;
return tmp * (1.69000231f - 0.714158168f * x * tmp * tmp);
}
+*/
+float Madgwick::invSqrt(float x)
+{
+ float tmp = 1/(sqrt(x));
+ return tmp;
+}
//-------------------------------------------------------------------------------------------
@@ -254,4 +278,5 @@
pitch = asinf(-2.0f * (q1*q3 - q0*q2));
yaw = atan2f(q1*q2 + q0*q3, 0.5f - q2*q2 - q3*q3);
anglesComputed = 1;
-}
\ No newline at end of file
+}
+