恍然大悟！为什么陀螺仪没法简单的做自动平衡仪用！

北京青年

昨天临睡前突然想通了为什么陀螺仪不能简单的作为自动平衡仪来用的道理。:em24:
先拿pg03这类非锁尾的陀螺仪来说，这类陀螺仪只能提供简单的负反馈信号，也就是偏移多少它输出多大的量，至于输出以后机体是否能修正回原来的角度他就不管了。
这点通过摆动电直的尾部可以很明显的看出来。把电直的尾部摆动一个较大的角度，可以看到变距舵机马上旋转一个较大的角度，当尾部摆动停止以后，变距舵机也跟着停止响应，而此时电直的尾部早已偏离了原来的航线。这种陀螺仪如果用来控制电直的副翼舵，肯定没法使机身自动平衡，顶多能够使副翼舵反映更加柔顺一些。

  再说说gy240 gy401等尾部锁定陀螺仪。这些陀螺仪能够在开机初始化以后，会把初始坐标储存起来，一旦尾部产生偏移，陀螺仪会计算出偏移量，并且自动的修正尾部回到原先的初始坐标。这个初始坐标你可以想象为一根“虚拟标竿”。（这个概念很重要）
  
  有人说了，既然这样为什么这种陀螺仪也没法使机体自动平衡呢？答案就是这些锁尾陀螺仪所建立的“虚拟标竿”是不固定的，而是随着操作者的打舵而被重新定义！这点对于锁定尾部来说很重要，否则直升机就只能飞直线了！但是如果用在副翼舵上，这点反而成了缺陷:em09:。如果想把陀螺仪用在副翼舵上，这个“虚拟标竿”就应该是固定不变的、永远保持和地面垂直的，而不受操作者的打舵而改变！也就是假如你不打副翼舵，陀螺仪就应该控制相应的舵面自动使得机体回到瞄准“虚拟标竿”的角度上去，这样机体才能够自动保持水平！否则，在飞行中你一打舵，这个“虚拟标竿”就变了，陀螺仪就算矫正回去 也不是当初设定的垂直状态了。各位仔细琢磨一下电直的尾部和陀螺仪的关系就能想明白。
  
  而目前市场上卖的“红外线平衡仪”是靠测量大气层中的红外线分布来作为基准坐标。而大气层中的红外线分布是固定不变的，也就是一个很好的“虚拟标竿”。
  其实，机械式陀螺仪反而更容易作为自动平衡仪的传感器来用！！因为根据陀螺效应，旋转物体的轴心线本身就是不变的！就算你怎么打舵，轴线也不会跟着改变。它靠物理效应建立了一根廉价的“虚拟标竿”这就是深圳飞扬卖的遥控飞碟使用三个机械式陀螺仪能自动维持机身平衡的原因！！
  明白了这个道理以后，通过修改压电式锁尾陀螺仪（gy240、401等）的单片机程序，使得初始化以后的“虚拟标竿”保持恒定，不受操作者打舵而改变，就可以用来控制一个轴向上的自动平衡:em24:但是发烧友个人条件下很难做到这一点。。。。。。。。。。
所以说，陀螺仪并不是不能用于直升机的自动平衡，而是现有的尾部锁定陀螺仪里面的程序不是我们想要的！
第一次写这么大段的技术型文章，也不知道各位看明白没有？？

[ Last edited by 北京青年 on 2005-1-18 at 21:11 ]

7777777

看懂了，写的不错。就是不知道对不对，哈，要能搞出便宜的平衡仪就会象PGO3样的普及好用了。

北京青年

不会便宜！至少不会低于市场上卖的锁尾陀螺仪，因为里面要有单片机和程序。而且一个这样的陀螺仪只能平衡一个舵面，要想机身俯仰、横滚都能自动平衡就需要两个这样的陀螺仪。重量上也是个问题。。。。。。。。。

北京青年

写这个头都想疼了 斑竹给个精吧:em07::em07:

7777777

斑竹设精

狐狸

顶一下！
好兄弟，用压电锁定式陀螺仪修改程序的可能不太好，我到航校去玩时见过真飞机的地平仪，那家伙的原理可能更好；也可以是机械式陀螺，关键是三个轴向的判定传感器（要360度的），难。。。

北京青年

谢谢鼓励哈
其实直升机上用两轴的就可以了
一个负责俯仰，一个负责横滚，尾部还用原来的陀螺仪
不见得用一个多轴陀螺仪啊，可以用两个机械式陀螺仪放成90度各自负责一轴。这样成本倒是下来了，重量却也上去了。。。。。。。。。。。。。

winle

恭喜,终于成精了
:em26::em26::em26::em26::em26:

Hyun

的确应该加精！先不说能不能用陀螺仪来实现自动平衡，起码把原理说得很简单易懂了！我想只要玩过直升机的都能看懂！我想说的是用两个或三个陀螺仪实现自动平衡，对电直来说可能重量是个问题，那么，可不可以用在油动直升机上呢？相对来说，油直也许不会在呼那么点重量吧？

北京青年

呵呵 谢谢斑竹鼓励和哥几个支持哈～～:em00::em00:
再发几贴就能升官了:em06::em06::em06:

北京青年

自制的话  相对还是机械式陀螺仪方便容易些  不像压电式的还需要复杂的逻辑电路 机械式的如果用手机、呼机里面的微型电机 也不是没可能把重量控制在30克左右一个  这样小型电直装两个也不是不可能 t450x最适合。zoom400、ms700这样的ccpm的机机还是没戏。真想自制一个机械陀螺试试我这理论能否通过实践检验。请教刘老师，如果自制机械陀螺的话测量角速度应该用什么传感器？？用霍尔元件行吗？您要是能设计一个电路就更好了～～～

[ Last edited by 北京青年 on 2005-1-19 at 03:03 ]

realcool

以前没发现这个帖子
说的有道理！

micro

楼主的观点错误甚多！！我呆会儿写一贴详细分析。:em01:

micro

北京青年  在 2005-1-18 20:53 发表:

先拿pg03这类非锁尾的陀螺仪来说，这类陀螺仪只能提供简单的负反馈信号，也就是偏移多少它输出多大的量，至于输出以后机体是否能修正回原来的角度他就不管了。
这点通过摆动电直的尾部可以很明显的看出来。把电直的尾部摆动一个较大的角度，可以看到变距舵机马上旋转一个较大的角度，当尾部摆动停止以后，变距舵机也跟着停止响应，而此时电直的尾部早已偏离了原来的航线。这种陀螺仪如果用来控制电直的副翼舵，肯定没法使机身自动平衡，顶多能够使副翼舵反映更加柔顺一些。

楼主似乎以为陀螺仪检测的是变化的角度，他以下的推测也是基于这个结论。实际上陀螺仪检测的是当前的角速度。对于pg03这类非锁尾的陀螺仪，有多大的角速度它就按比例输出多大的修正量。对于楼主的实例：舵机的响应是由于电直尾部摆动有了一定的角速度，舵机停止响应是因为尾部摆动停止角速度为零。至于本机的水平方向即绝对角度陀螺仪是无法直接检测的。待会继续~~

手机没电了

好帖！
我也考虑过用三个角差120度的陀螺仪来做CCPM控制方式的自动平衡仪，但和楼主遇到一样的问题。
但是如果用一个程序将3个陀螺仪的动作量作个积分，然后再将这几个积分值反馈回相应的舵机是不是就可以粗略的达到目的呢？

北京青年

micro  在 2005-1-19 12:32 PM 发表:

楼主似乎以为陀螺仪检测的是变化的角度，他以下的推测也是基于这个结论。实际上陀螺仪检测的是当前的角速度。对于pg03这类非锁尾的陀螺仪，有多大的角速度它就按比例输出多大的修正量。对于楼主的实例：舵机的响应 ...

陀螺仪是检测角速度的传感器没错，但是也可以通过积分计算测量出变化的角度！看配合什么样的电路了。角度/变化时间＝角速度  同样，有了角速度通过积分计算也可以计算出所变化的角度。陀螺仪的关键是轴的不变性，配合什么样的电路就会有什么样的输出。
你用个gy401打开锁尾试试
尾部停止摆动以后舵机并不停止响应 直到尾部回到原来航线舵机才停止响应。
我这个帖子也说了pg03由于太简单所以没法用，主要是为了说明锁尾陀螺仪为什么也没法用的原因。请再仔细看一下

北京青年

由一个高速旋转转子和保证转子的旋转轴能在空间自由转动的支承系统组成的仪器。简称陀螺，又称回转仪。陀螺仪是量测载体的方位或角速度的核心元件，利用它的动力学特性制成的各种仪表或装置，广泛用于航空、航天、航海的导航系统和稳定装置中。
陀螺仪可根据不同的支承方式分类：由一个或两个框架支承的陀螺仪称为框架陀螺仪；利用静电场或磁场支承的陀螺仪称为静电支承或磁支承陀螺仪；利用液体或气体润滑膜支承的陀螺仪称为液浮或气浮陀螺仪；利用挠性接头支承的陀螺仪称为挠性陀螺仪。也可根据转子旋转轴的不同自由度分为单自由度和双自由度陀螺仪。有些文献将转子的自转自由度也考虑在内，而改称二自由度和三自由度陀螺仪。
陀螺定轴性是陀螺仪沿转子轴的垂直方向无力矩作用时，转子轴在惯性空间中保持指向不变的性质。具有定轴性的陀螺仪称为自由陀螺仪，其指向不变的转子轴可作为物质化了的惯性坐标轴应用于惯性导航系统。高速自转均衡陀螺仪的转子轴具有定轴性。

wangguanfu

北京青年  在 2005-1-19 04:49 PM 发表:

陀螺仪是检测角速度的传感器没错，但是也可以通过积分计算测量出变化的角度！看配合什么样的电路了。角度/变化时间＝角速度  同样，有了角速度通过积分计算也可以计算出所变化的角度。陀螺仪的关键是轴的不变性， ...

非也非也，但不全非.:em15:
根据在单位时间旋转的弧度=角速度，角速度传感器与陀螺就是两马子事，但他们间的关系可以转换，如同电压，电流，电阻的关系一样
角速度传感器必须给出一个量：单位弧度/S与其输出电压的比例关系！（我指常规的模拟量输出的角速度传感器）
真正的陀螺仪器给出的是相对于初始化时的参照轴偏转量的绝对角度（平衡要的就是这个）
直机平衡，用两个角速度传感器完全没问题

wangguanfu

用两个角速度传感器控制平衡，说白了就是要把“角速度”转换为绝对偏转角度

北京青年

是啊 咱们说的其实不矛盾。但是你所谓“真正的陀螺仪”这个概念有点侠义。机械陀螺仪的精度其实是最差的，压电式、音叉式、激光式陀螺仪的精度远远高于机械式。只要它的初始坐标不受操作者和外界环境的影响总是恒定的，就能自动平衡。我这个帖子的结论其实是：锁尾陀螺仪的初始坐标由于受到操作者的影响而被重新定义，所以不能作为自动平衡用。pg03由于没有积分电路，也不能记忆初始坐标，一开始就被否定了。
要是能在pg03的后面再串上一个单片机，或者根据这个原理自行开发出一套电路，用压电陀螺传感器就能开发出自动平衡仪了。熟悉单片机或者机器人的朋友应该好好开发一下，如果能使成本大幅下降市场很可观啊！