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解析加速度传感器和陀螺仪如何让无人机飞的更稳

关键词:加速度传感器 陀螺仪 无人机

时间:2018-01-10 10:14:01      来源:网络

近两年,伴随传感器技术的发展,消费电子产品领域逐渐成为行业热门。除了火热的可穿戴设备外,无人机在最近两年的发展势头也不可小觑。在2015年的开春之际,可以说,无人机,特别是多轴无人飞行器已迅速成为现象级热门产品。而在无人飞行器的飞机姿态控制这一重要应用上,以MEMS加速度传感器、MEMS陀螺仪为主的传感类硬件的应用可谓是大放异彩.

  

在无人机飞行姿态控制中,通常在用MEMS传感器测量角度的变化时,一般都要选择组合式的传感器。也就是说,既不能单纯地依赖加速度传感器,也不能单纯依赖陀螺仪。为什么呢?

究其原因,这是由每种传感器自身的局限性所决定的。

例如,陀螺仪输出的是角速度,要通过积分才能获得角度,但是即使在零输入状态时,陀螺仪仍是有输出的,它的输出是白噪声和慢变随机函数的叠加,受此影响,在积分的过程中,必然会引进累计误差,积分时间越长,误差就越大。这时候,便需要加速度传感器的加入,利用加速度传感器来对陀螺仪进行校正。

由于加速度传感器可以利用力的分解原理,通过重力加速度在不同轴向上的分量来判断倾角。同时,它没有积分误差,所以加速度传感器在相对静止的条件下,可以有效校正陀螺仪的误差。但在运动状态下,加速度传感器输出的可信度就要下降,因为它测量的是重力和外力的合力。

目前,无人机在应用中的较常见算法,就是利用互补滤波,即结合加速度传感器和陀螺仪的输出,来算出角度变化。

另外,无人机应用的环境决定了它所使用的MEMS传感器必须适用于各种恶劣条件,同时获得高精度的输出。

例如,陀螺仪的理想输出是只响应角速度变化,但实际上受设计和工艺的限制,陀螺仪对加速度也是敏感的,就是我们在陀螺仪数据手册上常见的deg/sec/g的指标。对于多轴飞行器的应用来说,这个指标尤为重要,因为飞行器中的马达一般会带来较强烈的振动,一旦减震控制不好,就会在飞行过程中产生很大的加速度,那势必会带来陀螺仪输出的变化,进而引起角度变化,马达就会误动作,最后带给用户的直观感觉就是飞行器飞得不稳。

 

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