飛行機の飛行安定化システムには本当にジャイロが必要ですか？

フルオートパイロットシステムの前身として、基本的な飛行機の飛行安定化システムに取り組んでいます。回収されたWiiモーションプラスとヌンチャクを使用して6DOF IMUを作成しています。最初の目標は、翼を水平に保ち、ユーザーのコマンドを混ぜることです。ピッチとロールを検出し、エルロンとエレベーターを調整して補正するために、ジャイロは必要なく、3（2？）軸の加速度計だけが必要だと私は言っていますか？

次に、設計目標を「翼の高さを保つ」から「直線で飛行する」まで広げると（明らかに、風と乱気流が与えられた場合、2つの異なることが起こります）、GPSガイダンスなしで達成できる限り、ジャイロが必要になります。 ？

私はジャイロ値を統合して、そこからロール、ピッチ、ヨーを取得しようとしましたが、（この質問で証明されているように）私はコードでより単純な数学を好むトピックに関する私の知識のレベルにいます。助けてくれてありがとう！

ピッチとロールを検出し、エルロンとエレベーターを調整して補正するために、ジャイロは必要なく、3（2？）軸の加速度計だけが必要だと私は言っていますか？

いいえ、その逆です。加速度計は、未知の加速度を経験しているプラ​​ットフォームでの回転を検出するのにほとんど役に立ちません。飛行機は、重力とリフト+ドラッグの2つの力ベクトルの影響を受けます。リフト+ドラッグは、飛行機のピッチの関数として大きく変化します。

しかし、これが不可能であることを知ることができるより一般的な方法です。IMU以外の多くの場合にこの方法を使用できます。センサーまたはセンサーのセットは、N個の値を提供します。これをN次元を超える空間に解釈することはできません。

簡単な例：部屋の中の誰かの位置をセンサーで測定したいとします。単一の超音波距離計で十分でしょうか？いいえ。部屋の位置には、（X、Y）座標の2つの値が必要です。しかし、超音波センサーは、長さという1つの値のみを提供します。このセンサーをセットアップして問題を解決する方法はありません。しかし、2つのセンサーがあった場合、それは可能かもしれません。

それでは飛行機を見てみましょう。非加速面は重力の1つの力のみを受けます。平面に対する重力の方向は3Dベクトルですが、幸運なことに（地球上にいる場合）その大きさはわかっています。これは1つの値であり、2つの未知数を残しているので、理論的には2軸の加速度計を使用してこれら2つの未知数を構成し、重力のベクトルを計算できます。

飛行中の飛行機はどうですか。重力とリフト+ドラッグは両方とも3Dベクトルであり、6つの数値を与えます。重力の大きさを知っているので、5つの数値です。少なくとも5つの値を提供するある種のセンサーが必要です。したがって、3軸の加速度計では不十分です。

3軸ジャイロも3軸加速度計もそれだけでは十分ではありませんが、ジャイロの方がはるかに便利です。これは、回転を直接測定しているためです。これは、まさに制御しようとしていることです。

同様に、加速度計は、直線の移動からの偏差を検出して修正するのに役立ちます。

加速度計の名前が示すように、重力からの加速度を除いて、システムの加速度を測定します。センサーが静止しているときは、重力に対抗するために使用する力から加速度を測定します。これは、重力ベクトルに対する向きを修正する方法です。センサーが加速されると、他の外力（たとえば、風）が適用される場合のように、重力を打ち消す力と混合され、重力ベクトルを一意に特定できなくなります。時間の経過とともに平均化すると、動的加速度コンポーネントを平滑化できます。これは、たとえばAHRSでジャイロドリフトを補正するために使用されるものです。

効果的には、突風によって加速される水平な船と傾斜した船を区別することはできませんが、それ以外は加速されません。