Talvez uma introdução resumida na teoria do controle possa ajudá-lo. Do ponto de vista de controle, sua aeronave é um sistema dinâmico, que pode ser descrito por um estado e um modelo dinâmico.
O estado é simplesmente uma coleção de variáveis de onde a aeronave está em cada ponto do tempo. Para uma descrição completa, você teria a posição e a atitude no espaço, bem como suas primeiras derivadas. Qualquer outra inércia também pode ter sua própria variável de estado; por exemplo, a velocidade da hélice.
O equações de estado descreva como o estado evolui com o tempo. A partir dessas equações (especialmente na forma linearizada), podemos destilar um número de (eigen)modos. Esses modos descrevem um certo comportamento do sistema e vêm de duas formas: estável e instável modos. Um modo estável é uma dinâmica do sistema que, para uma entrada finita (perturbação), não leva nenhuma variável de estado ao infinito. Observe que isso não significa que as variáveis de estado retornem a algum valor constante: uma oscilação limitada ainda pode ser considerada estável! Um modo instável é uma dinâmica que, para entrada finita, leva ao crescimento ilimitado de alguma variável de estado.
Para ver quantos sensores você precisa, você precisará de algumas coisas. Primeiro de tudo, você deseja que seu sistema seja estável. Obviamente, isso significa que você deseja ter um conjunto de sensores que possam medir qualquer modo instável (detectabilidade) e um conjunto de atuadores que podem controlar modos instáveis (estabilizabilidade) Existem vários modos (possivelmente) instáveis, o mais importante dos quais é divergência em espiral. Muitas aeronaves de asa fixa não possuem estabilidade inerente ao rolamento, portanto, você poderá sentir o seu ângulo de rotação (uma taxa de guinada ou sensor de rumo também pode funcionar, devido ao acoplamento rolo / guinada). Além disso, existe simplesmente o seu movimento linear, que também é instável (isso pode parecer contra-intuitivo, mas tudo isso significa que você pode se afastar infinitamente do seu ponto inicial viajando em linha reta). Para isso, você vai querer algum tipo de sensor de posição (provavelmente, um GPS).
Todos os outros modos dinâmicos não são inerentemente instáveis em uma aeronave de asa fixa, embora seu projeto específico possa ter algumas instabilidades adicionais, como um movimento phugoid instável, para o qual você deseja medir e controlar o movimento do pitch.
Portanto, o mínimo absoluto é de dois a três sensores (latitude e longitude e provavelmente rolagem ou guinada), e use feed-forward para todas as outras variáveis (ajuste de ajuste e potência com base na altitude e velocidade desejadas, e siga em frente). Na prática, ninguém construiria um UAV com apenas três sensores. Há duas razões para isso,
- Imprecisão do sensor. Medir a atitude é difícil. Um giroscópio inevitavelmente flutuará com o tempo e, como tal, você precisará de alguns outros sensores para corrigir isso.
- Atuação. Idealmente, você deseja viajar em linha reta até o alvo, sem balançar para a esquerda e para a direita em semicírculos preguiçosos enquanto balança para cima e para baixo em um phugoid, orando a uma divindade adequada para que as configurações de compensação e potência deixem margem suficiente para atravessar a montanha um dia quente
Para um UAV de hobby, normalmente acontece que os sensores são relativamente baratos, graças ao MEMS. Você usaria normalmente um acelerômetro do eixo 3, um giroscópio do eixo 3 (taxa de rolagem) e um magnetômetro do eixo 3 (bússola), e por que não ter um barômetro e termômetro também? E como você usa um GPS, também pode usar seus dados de altitude. Se você usar um motor CC sem escova, não será necessário medir a velocidade do suporte. Eu acho que você achará muito mais fácil criar um UAV que funcione com esses componentes disponíveis no mercado (e software de código aberto que normalmente é escrito para esses sensores) do que encontrar um sensor de giroscópio de eixo único e escrever seu próprio software.
Além disso, o uso de mais sensores simplifica significativamente o seu observabilidade. Essa é a noção de poder inferir o estado do sistema a partir das saídas. Em teoria, se o seu modelo for suficientemente complexo, você precisará de muito poucos sensores para estimar o estado atual (ajuste de contas). No entanto, se você puder realmente medir seus estados, seu modelo não será mais tão importante e seu UAV poderá responder muito melhor e ser menos sensível às mudanças no ambiente ou no próprio UAV.