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- 加速度傳感器和陀螺儀如何讓無人機飛得更穩(wěn)
- 來源：互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)表于 2020/7/14
在無人飛行器的飛機姿態(tài)控制這一重要應用上，以MEMS加速度傳感器、MEMS陀螺儀為主的傳感類硬件的應用可謂是大放異彩。
在無人機飛行姿態(tài)控制中，通常在用MEMS傳感器測量角度的變化時，一般都要選擇組合式的傳感器。也就是說，既不能單純地依賴加速度傳感器，也不能單純依賴陀螺儀。為什么呢？
究其原因，這是由每種傳感器自身的局限性所決定的。
例如，陀螺儀輸出的是角速度，要通過積分才能獲得角度，但是即使在零輸入狀態(tài)時，陀螺儀仍是有輸出的，它的輸出是白噪聲和慢變隨機函數(shù)的疊加，受此影響，在積分的過程中，必然會引進累計誤差，積分時間越長，誤差就越大。這時候，便需要加速度傳感器的加入，利用加速度傳感器來對陀螺儀進行校正。
由于加速度傳感器可以利用力的分解原理，通過重力加速度在不同軸向上的分量來判斷傾角。同時，它沒有積分誤差，所以加速度傳感器在相對靜止的條件下，可以有效校正陀螺儀的誤差。但在運動狀態(tài)下，加速度傳感器輸出的可信度就要下降，因為它測量的是重力和外力的合力。
目前，無人機在應用中的較常見算法，就是利用互補濾波，即結合加速度傳感器和陀螺儀的輸出，來算出角度變化。
另外，無人機應用的環(huán)境決定了它所使用的MEMS傳感器必須適用于各種惡劣條件，同時獲得高精度的輸出。
例如，陀螺儀的理想輸出是只響應角速度變化，但實際上受設計和工藝的限制，陀螺儀對加速度也是敏感的，就是我們在陀螺儀數(shù)據(jù)手冊上常見的deg/sec/g的指標。對于多軸飛行器的應用來說，這個指標尤為重要，因為飛行器中的馬達一般會帶來較強烈的振動，一旦減震控制不好，就會在飛行過程中產(chǎn)生很大的加速度，那勢必會帶來陀螺儀輸出的變化，進而引起角度變化，馬達就會誤動作，最后帶給用戶的直觀感覺就是飛行器飛得不穩(wěn)。
飛行控制系統(tǒng)(Flight control system)簡稱飛控，可以看作飛行器的大腦。多軸飛行器的飛行、懸停，姿態(tài)變化等等都是由多種傳感器將飛行器本身的姿態(tài)數(shù)據(jù)傳回飛控，再由飛控通過運算和判斷下達指令，由執(zhí)行機構完成動作和飛行姿態(tài)調整。
控可以理解成無人機的CPU系統(tǒng)，是無人機的核心部件，其功能主要是發(fā)送各種指令，并且處理各部件傳回的數(shù)據(jù)。類似于人體的大腦，對身體各個部位發(fā)送指令，并且接收各部件傳回的信息，運算后發(fā)出新的指令。例如，大腦指揮手去拿一杯水，手觸碰到杯壁后，因為水太燙而縮回，并且將此信息傳回給大腦，大腦會根據(jù)實際情況重新發(fā)送新的指令。
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