Акселерометр или Гироскоп

Доброго времени суток, электронщики!
Вот затеял разобраться с теорией, что называется "по понятиям" - как устроены акселерометр и гироскоп, и как определить направление (крен, тангаж) радиоуправляемой модели в воздухе?

Покопавшись в гугле и в комментариях к статьям DiHALTа не нашел путного объяснения, чем же отличается гироскоп от акселерометра.

В моём понимании: гироскоп измеряет проекцию силы тяжести на свои оси. Значит, если <ul><li>датчик неподвижен то гироскоп покажет истинные значения проекций на оси, а, если </li><li>тело движется с ускорением, то на выходе - сумма =g+a (в соответствующим проекциях)</li></ul>Акселерометр меряет ускорение и на выходе будет сигнал(данные) отличные от нуля ТОЛЬКО, если датчик движется с ускорением. Соответственно, если радиомодель неподвижно зависла (или движется равномерно, a=0) в воздухе и имеет отклонения в крене и/или тангаже, то аксел покажет нули, т.к. то самое ускорение, которое он меряет, и равняется нулю.

Так ли это в действительности?

Определить направление относительно направления на север(нигнитный полюс или, с поправкой, на географический) можно с помощью ?нигнитометра? или цифрового компаса.

Как определить азимут с помощью гироскопа/акселерометра?
Может быть так- использовать двух-осевой гиро+двух-осевой аксел и из показаний гиро вычитать показания аксела (разумеется в соответствующих проекциях) ?

акселерометр как раз таки показывает проекцию g + a. А как раз таки гироскопом можно мерять различные углы отклонения... правда не известно относительно чего(начального положения? тут не знаю, даж даташиты на них не видел...).
3хосевого нигнитометра и акселерометра должно быть достаточно для определения азимута. акселерометром определяем положение относительно земли, по поолжению пересчитываем показания нигнитометра...

ЗЫ на авиамодели с акселерометрами надо быть осторожными. всякие там центростремительные ускорения он ловить будет...

0

Тогда: гироскоп показывает углы отклонения? - собственно, что мне и надо (крен, тангаж)

Нужно еще разобраться что влияет на показания гиро/аксела, рассмотреть два случая <ul><li>1. датчик неподвижен, </li><li>2. датчик движется с некоторым неизвестным ускорением.</li></ul> Тогда более-менее ситуация прояснится

Задачка-то простая: узнать крен и тангаж в любой момент времени вне зависимости от характера движения модели.
(Делаю систему автопилота и телеметрии для RC-самолёта. Тут еще GPS будет нужен и всё такое)

Надо разобраться поконкретнее в вопросе в чем будет отличие показаний гиро и аксела при одинаковых углах крена/тангажа, если

• оба датчика находятся неподвижно
• оба датчика движутся с одинаковым ускорением

Хотелось бы еще почитать о том в чем конструктивное отличие гироскопа от акселерометра (википедия выдаёт хрень)
ой. накосячил с отправкой ответа.

АДМИНЫ, уберите эту херь с проверкой сообщений

http://habrahabr.ru/btogs/augm... ty/118192/

0

Так вроде норм объяснение, тока не понятно чего докладчик втирал про кватернионы какие-то.
Один хрен, пока не подержу в руках обе микрухи, не померяю на них - не фига не пойму. так что пошел за микросхемами!

Акселерометр измеряет ускорение. Если измерять по оси направленной вертикально к земле то он покажет 1g даже в полном покое, при наклоне от вертикальной оси показания акселерометра будут уменьшатся до -1g (когда акселерометр полностью перевернутся верх ногами). - то есть его можно использовать для измерения наклона относительно земли. Единственное если сюда наложится еще и внешнее ускорение (а не только свободного падения) - измерение будут неправильные.
Их используют в Iphona и т.д. для измерения ориентации экрана, его называют G-сенсором.
Гироскоп измеряет угловую скорость. Если покоиться - то будет 0. Если постоянно интегрировать угловую скорость - то получим угол отклонения (просто суммируем и делим на dt). Единственное проблема - это смещение, которое при интегрировании добавит постоянный увод в тот или иной угол. Использовал совмещенные 3 акселерометра и 3 гироскопа от Analog Devices ADIS16364 c SPI интерфейсом - впечатление крайне положительные.

0

"3 акселерометра" это трехосевой акселерометр или я не так понял?

0

Да правильно поняли, я не правильно написал, именно так, 3-х осевой акселерометр и 3-х осевой гироскоп.

0

Т.е. для определения крена и тангажа хватит одного акселерометра?

хм... аксел показывает проекии текущего вектора ускорения на свои оси.
Определить крен и тангаж не составит труда, если датчик неподвижен.
А вот если он движется с ускорением тут одного аксела не хватит...

Ничего не понял, но у меня MMA7260QT (±1.5g - 6g Three Axis Low-g
Micromachined Accelerometer) показывает углы наклона платформы робота в статике.

0

млин. я ваще запутался.

Кто-нибудь может толком объяснить какие показания будут у гироскопа и акселерометра, если 1) оба датчика неподвижны, но имеют углы отклонения (крен, тангаж) 2) оба датчика движутся с ускорением и имеют наклон (крен, тангаж) ???

1) неподвижно:
акселерометр: проекция ускорения свободного падения(силы тяжести) на его оси.
гироскоп: по нулям все оси
2)движется с ускорением:
акселерометр: проекция ускорения свободного падения(силы тяжести) + ускорение с которым движется тело(так же проекции на оси).
гироскоп будет показывать нули если крен и тангаж не изменяются. если самолет совершает бочку или петлю Нестерова то покажет скорость вращения разложеную на оси.

грубо говоря аксел показывает проекции действующих сил, а гироскоп - проекции угловых скоростей.

0

Хорошо сформулировано. Еще добавлю.
3)Движение без ускорения: показания акселя = показаниям в режиме "неподвижно".

0

Во, теперь понятно!

Осталось решить вопрос - как определить крен и тангаж?
Одного аксела хватит только когда датчик неподвижен.
А вот если он движется с ускорением - как согласовать работу гороскопа и акселерометра?

при помощи аксела и гироскопа. Включаем самолет, по акселу определяем начальное положение относительно земли(при условии что самолет стартует из состояния покоя с земли и не перезагружается в полете) а дальше интегрируем показания гироскопа. Но будет набираться ошибка, которая сведет на нет всю схему(а еще вибрации ведь будут, темболее при старте).
может по нигнитометру можно попробовать...не уверен что получится и будет ли точнее первого варианта. так у вас еще и компас появится(курс определять) и ни аксел, ни гироскоп не понадобятся.

Насколько большой самолет? Если маленький игрушечный то там это, имхо, не надо. А если большой то ставьте механический гироскоп. Он вам углы и даст(но так же относительно начального положения, в котором он раскрутится. Чтобы в состоянии покоя он сам устанавливался нормально к земле центр тяжести должен быть ниже оси. Но при ускорении это будет его сбивать, чтобы при ускорении показания не уходили, центр массы должен быть точно на оси).

Это все не так уж просто, авиация, как никак..

0

Я около полугода назад пробивал данную тему. Для успешного определения ориентации необходини связка гироскоп+акселерометр+температурный сенсор+ нигнетометр(желательно). У MEMS гироскопов есть одна нехорошая особенность - температурный дрейф. Если в нём изначально нет термокомпенсации - придётся делать самому (в ДШ обычо есть график зависимости дрейфа от температуры). Для автомата горизонтального полёта всё выглядит довольно просто: определяем гироскопом наличие и направление угловой скорости и устраняем её, определяем направление вектора g+a, получаем некоторую величину, отклонённую от оси гироскопа, перпендикулярной плоскости полёта. Далее уже начинается страшный геморой с совмещением этой оси и вектора.

Другая задача: отслеживание положения и вывод актуальных данных.
Заранее задаём базовый вектор, в роли которого выступает родимый g, покачто плюём на гироскоп, пользуемся акселерометром, т.к. у нас практически отсутствуют побочные ускорения. Совмещаем вектор g и гироскопа, перпендикулярную плоскости полёта, запоминаем значения. Далее пойдёт свистопляска и интегрированием - определяем величины крена, тангажа, рысканья как интеграл функции угловой скорости по времени. Это мы берём с гироскопа, акселерометр нужен будет для коррекции данных в моменты относительного покоя (близконулевая угловая скорость). Делаем мы это сверяя вектор g+a с базовым вектором. По углу между ними получаем данные для корректировки.
Вообще, есть хорошая книга, которая может Вам помочь. Называется она - "Микросистемная авионика". Придётся применять математическе фильтры для отсеивания ложных данных.
Поищите решения на http://sparkfun.som, там можете найти готовое решение и названия фильтров. Так же можно поискать и на http://rcdesykn.ru в разделе "Телеметрия и полёты по камере", но вопросов на РЦдизайне лучше не задавать - сгнобят.

Заранее предупрежу. От обилия информации у меня вспух мозг и я решил временно бросить это дело, пока не засосало :-)
-----------------------------------------------------------------------
ВСПОМНИЛ!!! ФИЛЬТР КАЛМАНА ОНО НАЗЫВАЕТСЯ!

З.Ы.
THIS IS SHIFT!!!

0

Если все еще интерестно..
Гироскоп показывает угловую скорость или угол наклона
Акселерометр только ускорение.

При помощи классического акселерометра невозможно определить угол. По крайней мере на самолете. Т.К в координировано развороте ,например , ускорение перпендекулярно крылу и ДОЛЖНО быть равно еденице. Т.е. как и при стоящем на стоянке самолете. Ну или к примеру в метрвой петле когда самолет к верху брюхом ускорение направленно вверх. И легко может быть больше еденицы. А при косой петле еще и в бок.

0

кватернионы, они же гиперкомплексные числа, используют в теормехе для расчета супер позиции множества поворотов вокруг различных осей.
Пусть у нас есть один поворот на угол w вокруг оси с направляющим вектором t
Возьмем такой кватернион: L =cos(w/2)+t*sin(w/2) = a + b*i+c*j+b*k;
i,j, k можно рассматривать как направляющие векторы декартовой системы координат
здесь вектор: a*i+b*j+c*k= t* sin(w/2) задаст направление оси поворота,
а число a=cos(w/2)
Если произошло друг за другом несколько поворотов с кватернионами L и М,
то их можно заменить одним поворотом вокруг некой оси, причем кватернионом этого поворота будет K=L*M.
при умножении i*j=k , j*k=i , i*k= -j;
ну и при перемене мест множителей произведение меняет знак, то есть
j*i=-k , k*j=-i , k*i= j;
и i*i=-1 (для j и k аналогично)
множители умножаем как обычно.
если поворотов дохуя очееень много вокруг охрененного большого числа осей,
то через кватернионы считать намного проще

0

Доброго времини суток. У кого-нибудь возникало желание сделать балансирующего двухколесного робота?
Может быть уже есть какие-нибудь наработки?