Quaternion-based State Estimation giving wrong values when pitch approaches 90 degrees (STM32 project in C)

I had a problem concerning state estimation with quaternions, specifically with the practical application with an actual IMU. In my simulation in Matlab, my state estimation model worked fine (I used the angle-axis method to update the quaternion), however, when I actually hook up an IMU, I get problems when pitch approaches 90 degrees. Suddenly roll and yaw get crazy big values. Upon further investigation on the quaternion when pitch is 90 degrees, I found something interesting, which I don’t know how to solve:
For example, if I take one of the quaternions I get when pitching with 90 degrees, put it into matlab to figure out whether the angles given are right, this is what I receive (angles in rad/s):

For example this is a quaternion I got: [yaw, pitch, roll] = quat2angle([0.705, 0.00182, 0.706, 0.0013])

yaw =
1.8806
pitch =
1.5662
roll =
1.8813

Obviously, roll and yaw are non zero and way to big, the reason for this is that qx and qz aren’t exactly zero, only close to zero (accuracy problem), which delivers this result, if they were exactly zero this problem wouldn’t occur. I already tried running this through an Extended kalman Filter and it didn’t really help. Anyone got any solution to this issue? btw this issue occured only with pitching. Rolling was fine, and I haven’t tested yaw with it.

Here the code of the pure quaternion integration:
void mpu6050_PureQuaternionAxisAngle(mpu* kal, quatty* quat)
{
float T = (KALMAN_PREDICT_TIME)/1000.0f;

if ((HAL_GetTick() - timeP) >= KALMAN_PREDICT_TIME)
{
quat->PitchEstimate = asinf(2.0f*(quat->quat_y*quat->quat_s - quat->quat_x*quat->quat_z));
quat->RollEstimate = atan2f(2.0f*(quat->quat_y*quat->quat_z + quat->quat_x*quat->quat_s), (quat->quat_s*quat->quat_s - quat->quat_x*quat->quat_x - quat->quat_y*quat->quat_y + quat->quat_z*quat->quat_z));

printf("qs: %f n ",quat->quat_s);
printf("qx: %f n", quat->quat_x);
printf("qy: %f n", quat->quat_y);
printf("qz: %f n", quat->quat_z);

printf("Pitch Angle is %f n ", quat->PitchEstimate*RAD_TO_DEGREES);
printf("Roll Angle is %f n ", quat->RollEstimate*RAD_TO_DEGREES);


mpu6050_GyrRead_Struct(kal);

/* vector amount gyro */
float w = sqrtf(kal->GyroM[0]*kal->GyroM[0] + kal->GyroM[1]*kal->GyroM[1] + kal->GyroM[2]*kal->GyroM[2]);

if (w == 0)
{
    w = 0.01f;
}

kal->GyroM[0] = kal->GyroM[0]/w;
kal->GyroM[1] = kal->GyroM[1]/w;
kal->GyroM[2] = kal->GyroM[2]/w;

float angle = T*w;

float q_delt_s = cosf(angle/2.0f);
float q_delt_x = kal->GyroM[0]*sinf(angle/2.0f);
float q_delt_y = kal->GyroM[1]*sinf(angle/2.0f);
float q_delt_z = kal->GyroM[2]*sinf(angle/2.0f);


quat->quat_s = quat->quat_s*q_delt_s - quat->quat_x*q_delt_x - quat->quat_y*q_delt_y - quat->quat_z*q_delt_z;
quat->quat_x = quat->quat_s*q_delt_x + quat->quat_x*q_delt_s + quat->quat_y*q_delt_z - quat->quat_z*q_delt_y;
quat->quat_y = quat->quat_s*q_delt_y - quat->quat_x*q_delt_z + quat->quat_y*q_delt_s + quat->quat_z*q_delt_x;
quat->quat_z = quat->quat_s*q_delt_z + quat->quat_x*q_delt_y - quat->quat_y*q_delt_x + quat->quat_z*q_delt_s;


float norm = sqrtf(quat->quat_s*quat->quat_s + quat->quat_x*quat->quat_x + quat->quat_y*quat->quat_y + quat->quat_z*quat->quat_z);

/* Norming the quaternion */
quat->quat_s = quat->quat_s/norm;
quat->quat_x = quat->quat_x/norm;
quat->quat_y = quat->quat_y/norm;
quat->quat_z = quat->quat_z/norm;


timeP += KALMAN_PREDICT_TIME;
}

}

New contributor

user26531481 is a new contributor to this site. Take care in asking for clarification, commenting, and answering.
Check out our Code of Conduct.

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa
Thiết kế website Thiết kế website Thiết kế website Cách kháng tài khoản quảng cáo Mua bán Fanpage Facebook Dịch vụ SEO Tổ chức sinh nhật