gimbal/User/module/gimbal.h
2025-11-12 22:18:15 +08:00

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/*
* 云台模组
*/
#pragma once
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/* Includes ----------------------------------------------------------------- */
#include "component/ahrs.h"
#include "component/filter.h"
#include "component/pid.h"
#include "device/motor.h"
#include "device/motor_dm.h"
#include "device/motor_rm.h"
/* Exported constants ------------------------------------------------------- */
#define GIMBAL_OK (0) /* 运行正常 */
#define GIMBAL_ERR (-1) /* 运行时发现了其他错误 */
#define GIMBAL_ERR_NULL (-2) /* 运行时发现NULL指针 */
#define GIMBAL_ERR_MODE (-3) /* 运行时配置了错误的CMD_GimbalMode_t */
/* Exported macro ----------------------------------------------------------- */
/* Exported types ----------------------------------------------------------- */
typedef enum {
GIMBAL_MODE_RELAX, /* 放松模式,电机不输出。一般情况云台初始化之后的模式 */
GIMBAL_MODE_ABSOLUTE, /* 绝对坐标系控制,控制在空间内的绝对姿态 */
GIMBAL_MODE_RELATIVE, /* 相对坐标系控制,控制相对于底盘的姿态 */
} Gimbal_Mode_t;
typedef enum {
DM, /*大妙*/
RM, /*大疆 */
} Gimbal_MOTOR;
typedef struct {
Gimbal_Mode_t mode;
float delta_yaw;
float delta_pit;
} Gimbal_CMD_t;
/* 软件限位 */
typedef struct {
float max;
float min;
} Gimbal_Limit_t;
typedef struct{
struct{
float yaw; /* 零点行程 */
float pit;
}travel;
float pit; /*零点*/
float yaw;
float pit_encoder; /*零点*/
float yaw_encoder;
} Gimbal_zero_t;
typedef struct {
bool limit_yaw;/*是否开启限位*/
bool limit_pit;
Gimbal_MOTOR pit;
Gimbal_MOTOR yaw;
MOTOR_DM_Param_t pit_dm_motor; /* pitch轴电机参数 */
MOTOR_DM_Param_t yaw_dm_motor; /* yaw轴电机参数 */
MOTOR_RM_Param_t pit_rm_motor; /* pitch轴电机参数 */
MOTOR_RM_Param_t yaw_rm_motor; /* yaw轴电机参数 */
}Gimbal_MOTOR_Param_t;
/* 云台参数的结构体包含所有初始化用的参数通常是const存好几组。*/
typedef struct {
Gimbal_MOTOR_Param_t motor;
Gimbal_zero_t zero;
struct {
KPID_Params_t yaw_omega; /* yaw轴角速度环PID参数 */
KPID_Params_t yaw_angle; /* yaw轴角位置环PID参数 */
KPID_Params_t pit_omega; /* pitch轴角速度环PID参数 */
KPID_Params_t pit_angle; /* pitch轴角位置环PID参数 */
KPID_Params_t yaw_velocity; /* yaw轴电机速度环PID参数 */
KPID_Params_t yaw_ecd_angle; /* yaw轴电机位置环PID参数 */
KPID_Params_t pit_velocity; /* pitch轴电机速度环PID参数 */
KPID_Params_t pit_ecd_angle; /* pitch轴电机位置环PID参数 */
} pid;
/* 前馈系数 */
struct {
struct{
bool yaw;
bool pit;
float coefficient_yaw;
float coefficient_pit;
}imu;
}feedforward;
/* 低通滤波器截止频率 */
struct {
float out; /* 电机输出 */
float gyro; /* 陀螺仪数据 */
} low_pass_cutoff_freq;
struct {
float pit_max; /*pit的限位*/
float pit_min;
float yaw_max; /*yaw的限位*/
float yaw_min;
}Limit_t;
struct {
MOTOR_MIT_Output_t yaw_dm; /*达妙的参数*/
MOTOR_MIT_Output_t pit_dm;
float yaw_dm_Reduction_ratio;
float pit_dm_Reduction_ratio;
}dm_Params_t;
} Gimbal_Params_t;
typedef struct {
AHRS_Gyro_t gyro;
AHRS_Eulr_t eulr;
} Gimbal_IMU_t;
/* 云台反馈数据的结构体,包含反馈控制用的反馈数据 */
typedef struct {
Gimbal_IMU_t imu;
struct {
MOTOR_Feedback_t yaw; /* yaw轴电机反馈 */
MOTOR_Feedback_t pit; /* pitch轴电机反馈 */
} motor;
} Gimbal_Feedback_t;
/* 云台输出数据的结构体*/
typedef struct {
float yaw; /* yaw轴电机输出 */
float pit; /* pitch轴电机输出 */
MOTOR_MIT_Output_t yaw_dm; /*达妙的参数*/
MOTOR_MIT_Output_t pit_dm;
} Gimbal_Output_t;
/*
* 运行的主结构体,所有这个文件里的函数都在操作这个结构体。
* 包含了初始化参数,中间变量,输出变量。
*/
typedef struct {
uint64_t lask_wakeup;
float dt;
Gimbal_Params_t *param; /* 云台的参数用Gimbal_Init设定 */
/* 模块通用 */
Gimbal_Mode_t mode; /* 云台模式 */
Gimbal_MOTOR MOTOR;
Gimbal_zero_t zero;
/* PID计算的目标值 */
struct {
AHRS_Eulr_t eulr; /* 表示云台姿态的欧拉角 */
AHRS_Eulr_t ecd;
} setpoint;
struct {
KPID_t yaw_angle; /* yaw轴角位置环PID */
KPID_t yaw_omega; /* yaw轴角速度环PID */
KPID_t pit_angle; /* pitch轴角位置环PID */
KPID_t pit_omega; /* pitch轴角速度环PID */
KPID_t yaw_velocity; /* yaw轴电机速度环PID参数 */
KPID_t yaw_ecd_angle; /* yaw轴电机位置环PID参数 */
KPID_t pit_velocity; /* pitch轴电机速度环PID参数 */
KPID_t pit_ecd_angle; /* pitch轴电机位置环PID参数 */
} pid;
struct {
Gimbal_Limit_t yaw;
Gimbal_Limit_t pit;
} limit;
struct {
float yaw;
float pit;
} relative_angle;
struct {
LowPassFilter2p_t yaw;
LowPassFilter2p_t pit;
} filter_out;
Gimbal_Output_t out; /* 云台输出 */
Gimbal_Feedback_t feedback; /* 反馈 */
} Gimbal_t;
/* Exported functions prototypes -------------------------------------------- */
/**
* \brief 初始化云台
*
* \param g 包含云台数据的结构体
* \param param 包含云台参数的结构体指针
* \param target_freq 任务预期的运行频率
*
* \return 函数运行结果
*/
int8_t Gimbal_Init(Gimbal_t *g,Gimbal_Params_t *param,
float target_freq);
/**
* \brief 通过CAN设备更新云台反馈信息
*
* \param gimbal 云台
* \param can CAN设备
*
* \return 函数运行结果
*/
int8_t Gimbal_UpdateFeedback(Gimbal_t *gimbal);
int8_t Gimbal_UpdateIMU(Gimbal_t *gimbal, const Gimbal_IMU_t *imu);
/**
* \brief 运行云台控制逻辑
*
* \param g 包含云台数据的结构体
* \param fb 云台反馈信息
* \param g_cmd 云台控制指令
* \param dt_sec 两次调用的时间间隔
*
* \return 函数运行结果
*/
int8_t Gimbal_Control(Gimbal_t *g, Gimbal_CMD_t *g_cmd);
/**
* \brief 云台输出
*
* \param s 包含云台数据的结构体
* \param out CAN设备云台输出结构体
*/
void Gimbal_Output(Gimbal_t *g);
#ifdef __cplusplus
}
#endif