Поговорим о гироскопах. #учебка
Гироскоп – это вестибулярный аппарат любого БПЛА. Благодаря гироскопу беспилотник понимает в какой пространственной ориентации он находится.
Классический гироскоп изображён на рис. 1. Это быстро вращающийся диск, помещённый в рамки карданового подвеса. Гироскоп способен сохранять своё первоначальное положение невзирая на перемещения основания. Соответственно, если установить датчики угла в оси подвеса, то мы всегда будем знать угловое положение основания (и того, к чему основание прикручено) относительно первоначальной уставки гироскопа.
Конечно, есть и ложка дёгтя – прецессионный и нутационный уход, сложение рамок и т.п., но мы сейчас не будем усложнять.
В 80х годах технологии дошли до практической реализации вибрационного (или камертонного) гироскопа (рис. 2). В нём ветви вибратора-камертона с помощью специальной электрической схемы приводятся в колебательное движение. Если при этом объект вместе с основанием вибратора поворачивается вокруг оси Z с угловой скоростью Ω, то возникает момент Кориолиса сил инерции, вызывающий крутильные колебания вибратора вокруг оси Z. Что, в свою очередь, приводит к смещению фазы колебаний пропорционально угловой скорости Ω.
Несколько позже, в 2000х годах, технология переродилась в кремнии и ныне известна как MEMS.

Принципиально ничего не поменялось – вытравленный в кристалле резонатор совершает линейные, угловые или смешанные колебания (рис. 3-6) под действием электростатического привода. Сигналы снимаются сенсорами на том же кристалле, там же располагается и обрабатывающая логика.
Внимательные заметили, что МЕМС гироскопы выдают не угол, а угловую скорость поворота основания, то есть, являются ДУСами – датчиками угловой скорости. Чтобы получить из их показаний углы ориентации, надо угловые скорости проинтегрировать.
Интегрирование, в переводе на бытовой язык, это измерение сигнала угловой скорости с равными промежутками времени и расчёт углового перемещения на каждой дискрете этого измерения. Суммируя эти дискреты мы получаем (накапливаем) изменение углового положения БПЛА.
В идеальном мире.
Но наш мир жесток и получаем мы хрень. По двум причинам.
Первая – собственные шумы и ошибки МЕМС датчика. Хотя технологии не стоят на месте и современные МЕМСы уже хорошо скомпенсированы с завода, шумы в показаниях всё равно значительны.
Вторая – ошибка интегрирования, вызванная тем, что мы не знаем, как менялся сигнал между измерениями (рис. 7). Мы можем лишь предполагать, что он менялся ступенчато, линейно или аппроксимировать его параболой. Все три метода лишь приближённо описывают исходный сигнал.
Обе эти причины приводят к накоплению не только значения угла, но и ошибки его определения – ошибки интегрирования.
На рис. 8 график 1, это запись интегрированного угла от МЕМС гироскопа, просто лежащего на столе. Как мы видим, ошибка интегрирования достигает 10 градусов всего за 3 минуты.
Чтобы компенсировать ошибку интегрирования прибегают к методам фильтрации и комплексирования. Но об этом в следующий раз.

Гекса от питерских оружейников Обуховского завода.
Зовут "Горыныч"!

Удалось выяснить, что грузоподъемность летательного аппарата - до 10 кг, скорость - до 50 км/час, и в воздухе может провести до часа.
Про начинку ничего не известно, но не сложно догадаться 😉