Ho davvero bisogno di un giroscopio per un sistema di stabilizzazione del volo aereo?

Sto lavorando a un sistema di stabilizzazione di volo aereo di base, come precursore di un sistema di pilota automatico completo. Sto usando un Wii Motion Plus e un Nunchuk recuperati per creare un IMU 6DOF. Il primo obiettivo è mantenere le ali a livello, quindi mescolare i comandi degli utenti. Ho ragione nel dire che ciò non richiederebbe un giroscopio, solo un accelerometro a 3 (2?) Assi, per rilevare il beccheggio e il rollio, quindi regolare gli alettoni e l'elevatore per compensare?

In secondo luogo, se estendiamo il mio obiettivo di progettazione dal "mantenere le ali al livello" al "volare in linea retta" (ovviamente due cose diverse, dato il vento e la turbolenza), il giroscopio diventa necessario, in quanto ciò può essere realizzato senza la guida GPS ?

Ho provato a integrarmi sui valori del giroscopio per ottenere roll, pitch & yaw da ciò, tuttavia (come evidenziato da questa domanda), sono a un livello delle mie conoscenze sull'argomento in cui preferirei una matematica più semplice nel mio codice . Grazie per qualsiasi aiuto!

Ho ragione nel dire che ciò non richiederebbe un giroscopio, solo un accelerometro a 3 (2?) Assi, per rilevare il beccheggio e il rollio, quindi regolare gli alettoni e l'elevatore per compensare?

No. È vero il contrario. L'accelerometro sarà quasi inutile per rilevare le rotazioni su una piattaforma che sta vivendo accelerazioni sconosciute. Il tuo aereo sarà soggetto a due vettori di forza: gravità e sollevamento + trascinamento. Lift + drag varierà enormemente in funzione del tono dell'aereo.

Ma ecco un modo più generale per sapere che è impossibile e puoi usare questo metodo in molti altri casi oltre alle sole IMU. Un sensore o un set di sensori fornisce N valori. Non puoi interpretarlo in uno spazio con più di N dimensioni.

Un esempio banale: vuoi che un sensore misuri la posizione di qualcuno all'interno di una stanza. Un singolo telemetro ad ultrasuoni sarebbe sufficiente? No. Una posizione in una stanza richiede due valori, coordinate (X, Y). Ma un sensore a ultrasuoni ti dà solo un valore, una lunghezza. Non è possibile impostare questo sensore per risolvere il problema. Ma se avessi due sensori, potrebbe essere possibile.

Ora diamo un'occhiata all'aereo. Un piano non accelerante è soggetto a una sola forza, la gravità. La direzione di gravità relativa al piano è un vettore 3D, ma per fortuna (se sei sulla Terra) conosci la sua grandezza. Questo è 1 valore, lasciando 2 incognite, quindi in teoria potresti cavartela con un accelerometro a 2 assi per recuperare quelle 2 incognite e calcolare il vettore di gravità.

Che dire di un aereo in volo. Gravità e sollevamento + trascinamento sono entrambi vettori 3D che ti danno 6 numeri. OK conosci l'entità della gravità, quindi 5 numeri. Avrai bisogno di un qualche tipo di sensore che ti dia almeno 5 valori. Pertanto un accelerometro a 3 assi non può essere sufficiente.

Mentre né un giroscopio a 3 assi né un accelerometro a 3 assi saranno sufficienti da soli, il giroscopio sarebbe molto più utile. Questo perché misura direttamente le rotazioni, che è la cosa che stai cercando di controllare.

Allo stesso modo, l'accelerometro sarà più utile per rilevare e correggere le deviazioni dalla corsa in linea retta.

Come suggerisce il nome dell'accelerometro, si misura l'accelerazione sul proprio sistema escludendola dalla forza gravitazionale. Quando il sensore è a riposo, si misura l'accelerazione dalla forza che si utilizza per contrastare la forza gravitazionale. Ecco come è possibile correggere l'orientamento rispetto al vettore di gravità. Quando il sensore viene accelerato, come nel caso di altre forze esterne (come ad esempio il vento), viene mischiato con le forze che contrastano la gravità e non è più possibile identificare in modo univoco il vettore di gravità. Quando viene calcolata la media nel tempo, è possibile appianare i componenti di accelerazione dinamica, e questo è ad esempio ciò che viene utilizzato in un AHRS per compensare la deriva del giroscopio.

In effetti non è possibile distinguere tra un'imbarcazione di livello che è accelerata da una raffica di vento e un'astronave che è inclinata, ma per il resto non accelerata.