Czy naprawdę potrzebuję żyroskopu do systemu stabilizacji lotu samolotu?

Pracuję nad podstawowym systemem stabilizacji lotu samolotu, który jest prekursorem pełnego systemu autopilota. Używam uratowanego Wii Motion Plus i Nunchuk do stworzenia IMU 6DOF. Pierwszym celem jest utrzymanie poziomu skrzydeł, a następnie połączenie poleceń użytkowników. Czy mam rację twierdząc, że nie wymagałoby to żyroskopu, a jedynie przyspieszeniomierza z osią 3 (2?), Aby wykryć skok i przechylenie, a następnie wyregulować lotki i windę, aby to zrekompensować?

Po drugie, jeśli rozszerzymy mój cel projektowy z „utrzymywania poziomu skrzydeł” na „latanie w linii prostej” (oczywiście dwie różne rzeczy, biorąc pod uwagę wiatr i turbulencje), czy żyroskop stanie się konieczny, o ile można to osiągnąć bez wskazówek GPS ?

Próbowałem zintegrować wartości żyroskopowe, aby uzyskać z tego wynik przechyłu, skoku i odchylenia, jednak (o czym świadczy to pytanie), jestem na poziomie mojej wiedzy na temat, w którym wolę prostszą matematykę w kodzie . Dzięki za wszelką pomoc!

Czy mam rację twierdząc, że nie wymagałoby to żyroskopu, a jedynie przyspieszeniomierza z osią 3 (2?), Aby wykryć skok i przechylenie, a następnie wyregulować lotki i windę, aby to zrekompensować?

Nie. Prawda jest odwrotna. Akcelerometr będzie prawie bezużyteczny do wykrywania obrotów na platformie, na której występują nieznane przyspieszenia. Twój samolot będzie podlegał dwóm wektorom siły: grawitacji i lift + drag. Lift + drag będzie się znacznie różnić w zależności od nachylenia samolotu.

Ale tutaj jest bardziej ogólny sposób, aby wiedzieć, że jest to niemożliwe, i możesz użyć tej metody w wielu innych przypadkach niż tylko IMU. Czujnik lub zestaw czujników daje N wartości. Nie można interpretować tego w przestrzeni o wymiarach większych niż N.

Trywialny przykład: chcesz, aby czujnik mierzył czyjąś pozycję w pokoju. Czy wystarczy jeden ultradźwiękowy dalmierz? Nie. Pozycja w pokoju wymaga dwóch wartości, współrzędnych (X, Y). Ale czujnik ultradźwiękowy daje tylko jedną wartość, długość. Nie ma sposobu, aby skonfigurować ten czujnik, aby rozwiązać problem. Ale jeśli masz dwa czujniki, może to być możliwe.

Spójrzmy teraz na samolot. Płaszczyzna nieprzyspieszająca podlega tylko jednej sile grawitacji. Kierunek grawitacji w stosunku do płaszczyzny jest wektorem 3D, ale na szczęście (jeśli jesteś na Ziemi) znasz jego wielkość. To 1 wartość, pozostawiając 2 niewiadome, więc możesz teoretycznie uciec z 2-osiowym akcelerometrem, aby uzupełnić te 2 niewiadome i obliczyć wektor grawitacji.

A co z samolotem w locie? Grawitacja oraz lift + drag są wektorami 3D, co daje 6 liczb. OK, znasz siłę grawitacji, więc 5 liczb. Będziesz potrzebował czujnika, który da ci co najmniej 5 wartości. Dlatego 3-osiowy akcelerometr nie może wystarczyć.

Podczas gdy ani 3-osiowy żyroskop, ani 3-osiowy akcelerometr nie wystarczą same w sobie, żyroskop byłby znacznie bardziej użyteczny. Jest tak, ponieważ bezpośrednio mierzy obroty, które właśnie próbujesz kontrolować.

Podobnie akcelerometr będzie bardziej przydatny do wykrywania i korygowania odchyleń od jazdy w linii prostej.

Jak sugeruje nazwa akcelerometru, mierzysz przyspieszenie w twoim systemie, wyłączając je z siły grawitacji. Kiedy czujnik znajduje się w spoczynku, mierzysz przyspieszenie od siły, której używasz do przeciwdziałania sile grawitacji. W ten sposób możesz naprawić swoją orientację względem wektora grawitacji. Gdy czujnik jest przyspieszany, tak jak w przypadku przyłożenia innych sił zewnętrznych (takich jak np. Wiatr), zostaje on zmieszany z siłami przeciwdziałającymi grawitacji i nie można już jednoznacznie zidentyfikować wektora grawitacji. Po uśrednieniu w czasie można wygładzić komponenty przyspieszenia dynamicznego, i to na przykład stosuje się w AHRS w celu kompensacji dryfu żyroskopu.

W efekcie nie można rozróżnić między jednostką poziomą, która jest przyspieszana przez podmuch wiatru, a jednostką, która jest przechylana, ale poza tym nie jest przyspieszana.