비행기 비행 안정화 시스템을 위해 자이로가 필요합니까?

나는 완전한 자동 조종 장치 시스템의 선구자로서 기본 비행기 비행 안정화 시스템을 연구하고 있습니다. 구식 Wii Motion Plus와 Nunchuk을 사용하여 6DOF IMU를 만들고 있습니다. 첫 번째 목표는 날개를 수평으로 유지 한 다음 사용자 명령을 혼합하는 것입니다. 피치와 롤을 감지하기 위해 자이로 (3 (2?) 축 가속도계)가 필요하지 않다고 말하고, 에일러론과 엘리베이터를 조정하여 보상해야한다고 말하는 것이 맞습니까?

둘째, 우리가 설계 목표를 "날개 수준 유지"에서 "직선으로 비행"(바람과 난기류를 고려한 두 가지 다른 것)으로 확장하면 GPS 안내 없이도 자이로가 필요해집니다. ?

롤, 피치 및 요를 얻기 위해 자이로 값을 통합하려고 시도했지만 (이 질문에서 알 수 있듯이) 내 코드에서 더 간단한 수학을 선호하는 주제에 대한 지식 수준에 있습니다. . 도움을 주셔서 감사합니다!

피치와 롤을 감지하기 위해 자이로 (3 (2?) 축 가속도계)가 필요하지 않다고 말하고, 에일러론과 엘리베이터를 조정하여 보상해야한다고 말하는 것이 맞습니까?

아닙니다. 그 반대입니다. 가속도계는 알 수없는 가속이 발생하는 플랫폼에서 회전을 감지하는 데 거의 쓸모가 없습니다. 비행기는 중력과 리프트 + 드래그의 두 가지 힘 벡터에 영향을받습니다. 리프트 + 드래그는 비행기 피치의 함수에 따라 크게 다릅니다.

그러나 이것이 불가능하다는 것을 알 수있는 더 일반적인 방법은 다음과 같습니다. IMU 이외의 다른 많은 경우에도이 방법을 사용할 수 있습니다. 센서 또는 센서 세트는 N 값을 제공합니다. 이것을 N 치수보다 큰 공간으로 해석 할 수 없습니다.

사소한 예 : 센서가 방 안에서 누군가의 위치를 ​​측정하기를 원합니다. 단일 초음파 거리 측정기로 충분합니까? 아니요. 방의 위치에는 (X, Y) 좌표의 두 값이 필요합니다. 그러나 초음파 센서는 길이 하나의 값만 제공합니다. 이 센서를 설정하여 문제를 해결할 방법이 없습니다. 그러나 센서가 두 개인 경우 가능할 수 있습니다.

이제 비행기를 봅시다. 비가 속 평면은 중력의 한 힘에만 영향을받습니다. 평면을 기준으로 한 중력 방향은 3D 벡터이지만 운이 좋으면 (지구에있는 경우) 그 크기를 알고 있습니다. 그것은 1 개의 값으로, 2 개의 미지수를 남기고, 이론적으로 2 축 가속도계를 사용하여 2 개의 미지수를 구성하고 중력의 벡터를 계산할 수 있습니다.

비행중인 비행기는 어떻습니까? 중력 및 리프트 + 드래그는 모두 3D 벡터이며 6 개의 숫자를 제공합니다. 여러분은 중력의 크기를 알고 있습니다. 그래서 5 개의 숫자입니다. 최소한 5 개의 값을 제공하는 일종의 센서가 필요합니다. 따라서 3 축 가속도계로는 충분하지 않습니다.

3 축 자이로 또는 3 축 가속도계만으로는 충분하지 않지만 자이로는 훨씬 유용합니다. 회전을 직접 측정하고 있기 때문에 제어하려는 것입니다.

마찬가지로 가속도계는 직선 이동으로 인한 편차를 감지하고 수정하는 데 더 유용합니다.

가속도계의 이름에서 알 수 있듯이 중력으로부터의 가속도를 제외한 시스템의 가속도를 측정합니다. 센서가 정지 상태이면 중력에 대항하기 위해 사용하는 힘의 가속도를 측정합니다. 이것이 방향 대 중력 벡터를 고정시키는 방법입니다. 센서가 가속되면 다른 외부 힘 (예 : 바람)이 적용될 때와 같이 중력에 작용하는 힘과 혼합되어 더 이상 중력 벡터를 고유하게 식별 할 수 없습니다. 시간이 지남에 따라 평균화되면 동적 가속 구성 요소를 부드럽게 할 수 있으며, 이는 예를 들어 자이로 드리프트를 보상하기 위해 AHRS에서 사용되는 것입니다.

효과적으로 바람 돌풍에 의해 가속되는 레벨 크래프트와 기울어 지지만 가속되지 않는 크래프트를 구별 할 수 없습니다.