一种利用力的分解原理设计的变速自行车的变速原理是什么


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矢量的运算高中数学会讲,楼仩错了这可以证明,具体证明过程在下不详述请参看牛顿的《自然哲学的数学原理》第一章

无人飞行器近一年来市场非常火爆推动了包括MEMS陀螺仪、加速度计的大规模普及应用。《电子工程专辑》主编张迎辉日前撰文《多轴飞行器无人机硬件技术细谈》文中通过采访ADI亚太区微机电产品市场和应用经理赵延辉,对MEMS传感器在无人飞行器中的产品技术及应用做了深度解读

这些MEMS传感器主要用来实现飛行器的平稳控制和辅助导航。飞行器之所以能悬停可以做航拍,是因为MEMS传感器可以检测飞行器在飞行过程中的俯仰角和滚转角变化茬检测到角度变化后,就可以控制电机向相反的方向转动进而达到稳定的效果。这是一个典型的闭环控制系统至于用MEMS传感器测量角度變化,一般要选择组合传感器既不能单纯依赖加速度计,也不能单纯依赖陀螺仪这是因为每种传感器都有一定的局限性。

比如说陀螺儀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依然是有输出的,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。这就需要加速度计来校正陀螺仪因为加速度计可鉯利用力的分解原理,通过重力加速度在不同轴向上的分量来判断倾角

由于没有积分误差,所以加速度计在相对静止的条件下可以校正陀螺仪的误差但在运动状态下,加速度计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。较常见的算法就是利用互补滤波结合加速度计和陀螺仪的输出来算出角度变化。

ADI亚太区微机电产品市场和应用经理赵延辉

赵延辉表示ADI产品主要的优势就是在各种恶劣條件下,均可获得高精度的输出以陀螺仪为例,它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較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输出的变化,进而引起角度变化马达就会誤动作,最后给终端用户的直观感觉就是飞行器并不平稳除此之外,在某些情况下如果飞行器突然转弯,可能会造成输入转速超过陀螺仪的测试量程理想情况下,陀螺仪的输出应该是饱和输出待转速恢复到陀螺仪量程范围后,陀螺仪再正确反应实时的角速度变化泹有些陀螺仪确不是这样,一旦输入超过量程陀螺便会产生震荡输出,给出完全错误的角速度

还有某些情况下,飞行器会受到较大的加速度冲击理想情况陀螺仪要尽量抑制这种冲击,ADI的陀螺仪在设计的时候也充分考虑到这种情况,利用双核和四核的机械结构采用差分输出的原理来抑制这种“共模”的冲击,准确测量“差模”的角速度变化但某些陀螺仪在这种情况下会产生非常大错误输出,甚至昰产生震荡输出

“对于飞行器来说,最重要的一点就是安全无论它的硬件设计还是软件设计,都要首先保证安全而后才是极致的用戶体验。ADI的MEMS传感器设计理念恰好跟此想吻合我们的MEMS传感器首先是保证在各种极端条件下的稳定性,而后才是追求极致的指标根据客户實测反馈,在飞行器误操作不小心掉落后,ADI的陀螺仪输出基本不会受任何影响而其它某些陀螺仪会出现非常大零点偏移。ADI的加速度计茬受到冲击后也不会产生任何可靠性问题,而其它某些加速度计则会以很大概率出现完全没有输出的现象这些用户实测出来的差异,嘟是得益于ADI MEMS传感器在设计时对各种极端情况的充分考虑”赵延辉说。

集成化方向发展比如3轴加速度加上3轴陀螺仪的集成产品,甚至是SOC把处理器也集成进去,直接提供角度输出供后端处理器调用由于飞行器的应用场景一般都是户外,客户势必会做全温范围内的温度补償而在出厂前就对MEMS产品做好了全温范围内的温补,或者是设计超级低温漂的传感器都会是MEMS产品在这一领域的发展方向。当然可靠性依嘫是最重要的指标”他认为。

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