Мені справді потрібен гіроскоп для системи стабілізації польоту літака?

Я працюю над базовою системою стабілізації польоту літака, як попередник повноцінної системи автопілоту. Я використовую врятований Wii Motion Plus та Nunchuk для створення 6DOF IMU. Перша мета - утримати рівень крил, потім змішати команди користувачів. Правильно кажу, що для виявлення кроку та кочення не потрібен гіроскоп, а саме акселерометр 3 (2?), А потім відрегулювати елерони та ліфт для компенсації?

По-друге, якщо ми розширимо мою дизайнерську ціль від "підтримання рівня крил" до "польоту по прямій лінії" (очевидно, дві різні речі, враховуючи вітер і турбулентність), чи стане гіроскоп необхідним, наскільки це може бути досягнуто без GPS-наведення ?

Я намагався інтегруватися через гіроскопічні значення, щоб отримати рулон, крок та позіхання від цього, однак (як свідчить це запитання), я знаю рівень своїх знань з теми, де я вважаю за краще простішу математику в коді . Дякуємо за будь-яку допомогу!

Правильно кажу, що для виявлення кроку та кочення не потрібен гіроскоп, а саме акселерометр 3 (2?), А потім відрегулювати елерони та ліфт для компенсації?

Ні. Це навпаки. Акселерометр буде майже марним виявляти обертання на платформі, яка відчуває невідомі прискорення. Ваш літак буде підпорядкований двом силовим векторам: гравітація та підйом + тяга. Підйом + перетягування буде сильно відрізнятися залежно від кроку площини.

Але ось більш загальний спосіб дізнатися, що це неможливо, і ви можете використовувати цей метод у багатьох інших випадках, ніж просто IMU. Датчик або набір датчиків дає вам N значень. Ви не можете інтерпретувати це в простір з більш ніж N розмірами.

Тривіальний приклад: Ви хочете, щоб датчик вимірював чиюсь позицію в кімнаті. Буде достатньо одного ультразвукового далекоміра? Ні. Положення в кімнаті вимагає двох значень, (X, Y) координат. Але ультразвуковий датчик дає лише одне значення, довжину. Немає способу встановити цей датчик для вирішення вашої проблеми. Але якби у вас було два датчики, то це можливо.

Тепер давайте подивимось на літак. Площині, що не прискорюється, підлягає лише одна сила, сила тяжіння. Напрямок сили тяжіння відносно площини - це тривимірний вектор, але на щастя (якщо ви знаходитесь на Землі) ви знаєте його величину. Це 1 значення, залишаючи 2 невідомих, тож теоретично можна було б піти на 2-осьовий акселерометр, щоб скласти ці 2 невідомі та обчислити вектор тяжіння.

Як щодо літака в польоті. Гравітація та підйом + перетягування - обидва 3D вектори, що дає вам 6 чисел. Добре, ви знаєте величину сили тяжіння, тому 5 чисел. Вам знадобиться якийсь датчик, який дає мінімум 5 значень. Тому трихосного акселерометра може бути недостатньо.

Хоча ні 3-осевого гіроскопа, ні 3-осевого акселерометра не вистачить самостійно, гіроскоп буде набагато кориснішим. Це тому, що це безпосередньо вимірювання обертів, що саме ви намагаєтесь контролювати.

Так само акселерометр буде кориснішим для виявлення та виправлення відхилень від руху по прямій лінії.

Як випливає з назви акселерометра, ви вимірюєте прискорення у вашій системі, виключаючи це від сили гравітації. Коли ваш датчик знаходиться в спокої, ви вимірюєте прискорення від сили, яку використовуєте для протидії гравітаційній силі. Ось так ви можете зафіксувати свою орієнтацію проти вектора сили тяжіння. Коли датчик прискорюється, як у випадку, коли застосовуються інші зовнішні сили (наприклад, вітер), він змішується з силами, що протидіють гравітації, і ви вже не можете однозначно ідентифікувати вектор тяжіння. Якщо усереднюватись з часом, ви можете згладити компоненти динамічного прискорення, і це, наприклад, те, що використовується в AHRS для компенсації руху гіроскопа.

Ефективно ви не можете розмежувати судно рівня, яке прискорюється поривом вітру, і судно, яке нахиляється, але в іншому випадку не прискорюється.