Benötige ich wirklich einen Kreisel für ein Flugzeugflugstabilisierungssystem?

Ich arbeite an einem grundlegenden Flugstabilisierungssystem für Flugzeuge als Vorläufer eines vollständigen Autopilotsystems. Ich verwende eine geborgene Wii Motion Plus und Nunchuk, um eine 6DOF-IMU zu erstellen. Das erste Ziel ist es, die Flügel gerade zu halten und dann die Benutzerbefehle einzumischen. Habe ich Recht, wenn ich sage, dass hierfür kein Kreisel, sondern nur ein 3 (2?) - Beschleunigungsmesser erforderlich ist, um Nick- und Rollbewegungen zu erkennen, und dann Querruder und Höhenruder zum Ausgleich einstellen?

Zweitens, wenn wir mein Konstruktionsziel von "Halten der Flügel gerade" auf "Fliegen in einer geraden Linie" (offensichtlich zwei verschiedene Dinge bei Wind und Turbulenzen) erweitern, wird der Kreisel notwendig, sofern dies ohne GPS-Führung erreicht werden kann ?

Ich habe versucht, über die Kreiselwerte zu integrieren, um Roll, Pitch & Yaw zu erhalten. Wie aus dieser Frage hervorgeht, bin ich jedoch auf einem Niveau in meinem Wissen über das Thema, bei dem ich einfachere Mathematik in meinem Code bevorzugen würde . Vielen Dank für jede Hilfe!

Habe ich Recht, wenn ich sage, dass hierfür kein Kreisel, sondern nur ein 3 (2?) - Beschleunigungsmesser erforderlich ist, um Nick- und Rollbewegungen zu erkennen, und dann Querruder und Höhenruder zum Ausgleich einstellen?

Nein, das Gegenteil ist der Fall. Der Beschleunigungsmesser ist fast unbrauchbar, um Rotationen auf einer Plattform zu erkennen, auf der unbekannte Beschleunigungen auftreten. Ihr Flugzeug wird zwei Kraftvektoren ausgesetzt: Schwerkraft und Auftrieb + Widerstand. Lift + Drag variieren stark in Abhängigkeit von der Neigung des Flugzeugs.

Aber hier ist eine allgemeinere Methode, mit der Sie erkennen können, dass dies unmöglich ist, und Sie können diese Methode in vielen anderen Fällen als nur IMUs verwenden. Ein Sensor oder eine Reihe von Sensoren gibt Ihnen N Werte. Sie können dies nicht in einen Raum mit mehr als N Dimensionen interpretieren.

Ein triviales Beispiel: Sie möchten, dass ein Sensor die Position einer Person in einem Raum misst. Wäre ein einziger Ultraschall-Entfernungsmesser ausreichend? Nein. Eine Position in einem Raum erfordert zwei Werte (X, Y) -Koordinaten. Ein Ultraschallsensor gibt Ihnen jedoch nur einen Wert, eine Länge. Es gibt keine Möglichkeit, diesen Sensor einzurichten, um Ihr Problem zu lösen. Wenn Sie jedoch zwei Sensoren hätten, wäre dies möglicherweise möglich.

Nun schauen wir uns das Flugzeug an. Eine nicht beschleunigende Ebene ist nur einer Kraft ausgesetzt, der Schwerkraft. Die Richtung der Schwerkraft relativ zur Ebene ist ein 3D-Vektor, aber zum Glück (wenn Sie auf der Erde sind) kennen Sie seine Größe. Das ist 1 Wert, so dass 2 Unbekannte übrig bleiben. Sie könnten also theoretisch mit einem 2-Achsen-Beschleunigungsmesser davonkommen, um diese 2 Unbekannten zu ermitteln und den Schwerkraftvektor zu berechnen.

Was ist mit einem Flugzeug im Flug? Schwerkraft und Lift + Drag sind beide 3D-Vektoren, die Ihnen 6 Zahlen geben. OK, Sie kennen die Größe der Schwerkraft, also 5 Zahlen. Sie benötigen eine Art Sensor, der Ihnen mindestens 5 Werte liefert. Daher kann ein 3-Achsen-Beschleunigungsmesser nicht ausreichen.

Während weder ein 3-Achsen-Kreisel noch ein 3-Achsen-Beschleunigungsmesser alleine ausreichen, wäre der Kreisel viel nützlicher. Dies liegt daran, dass Rotationen direkt gemessen werden. Genau das versuchen Sie zu steuern.

Ebenso ist der Beschleunigungsmesser nützlicher, um Abweichungen vom Fahrweg in einer geraden Linie zu erkennen und zu korrigieren.

Wie der Name des Beschleunigungsmessers andeutet, messen Sie die Beschleunigung Ihres Systems ohne die von der Gravitationskraft. Wenn Ihr Sensor in Ruhe ist, messen Sie die Beschleunigung anhand der Kraft, mit der Sie der Gravitationskraft entgegenwirken. So können Sie Ihre Ausrichtung gegenüber dem Schwerkraftvektor festlegen. Wenn der Sensor beschleunigt wird, wie dies bei anderen äußeren Kräften (z. B. Wind) der Fall wäre, wird er mit den der Schwerkraft entgegenwirkenden Kräften gemischt, und Sie können den Schwerkraftvektor nicht mehr eindeutig identifizieren. Im Zeitverlauf können Sie die dynamischen Beschleunigungskomponenten glätten. Dies wird beispielsweise in einem AHRS verwendet, um die Kreiseldrift zu kompensieren.

Tatsächlich kann man nicht zwischen einem ebenen Fahrzeug, das durch einen Windstoß beschleunigt wird, und einem Fahrzeug, das gekippt, aber ansonsten nicht beschleunigt ist, unterscheiden.