發布日期：2022-10-09 點擊率：143
在無人飛行器的飛機姿態控制這一重要應用上，以MEMS加速度傳感器、MEMS陀螺儀為主的傳感類硬件的應用可謂是大放異彩。
在無人機飛行姿態控制中，通常在用MEMS傳感器測量角度的變化時，一般都要選擇組合式的傳感器。也就是說，既不能單純地依賴加速度傳感器，也不能單純依賴陀螺儀。為什么呢？
究其原因，這是由每種傳感器自身的局限性所決定的。
例如，陀螺儀輸出的是角速度，要通過積分才能獲得角度，但是即使在零輸入狀態時，陀螺儀仍是有輸出的，它的輸出是白噪聲和慢變隨機函數的疊加，受此影響，在積分的過程中，必然會引進累計誤差，積分時間越長，誤差就越大。這時候，便需要加速度傳感器的加入，利用加速度傳感器來對陀螺儀進行校正。
由于加速度傳感器可以利用力的分解原理，通過重力加速度在不同軸向上的分量來判斷傾角。同時，它沒有積分誤差，所以加速度傳感器在相對靜止的條件下，可以有效校正陀螺儀的誤差。但在運動狀態下，加速度傳感器輸出的可信度就要下降，因為它測量的是重力和外力的合力。
目前，無人機在應用中的較常見算法，就是利用互補濾波，即結合加速度傳感器和陀螺儀的輸出，來算出角度變化。
另外，無人機應用的環境決定了它所使用的MEMS傳感器必須適用于各種惡劣條件，同時獲得高精度的輸出。
例如，陀螺儀的理想輸出是只響應角速度變化，但實際上受設計和工藝的限制，陀螺儀對加速度也是敏感的，就是我們在陀螺儀數據手冊上常見的deg/sec/g的指標。對于多軸飛行器的應用來說，這個指標尤為重要，因為飛行器中的馬達一般會帶來較強烈的振動，一旦減震控制不好，就會在飛行過程中產生很大的加速度，那勢必會帶來陀螺儀輸出的變化，進而引起角度變化，馬達就會誤動作，最后帶給用戶的直觀感覺就是飛行器飛得不穩。
飛行控制系統(Flight control system)簡稱飛控，可以看作飛行器的大腦。多軸飛行器的飛行、懸停，姿態變化等等都是由多種傳感器將飛行器本身的姿態數據傳回飛控，再由飛控通過運算和判斷下達指令，由執行機構完成動作和飛行姿態調整。
控可以理解成無人機的CPU系統，是無人機的核心部件，其功能主要是發送各種指令，并且處理各部件傳回的數據。類似于人體的大腦，對身體各個部位發送指令，并且接收各部件傳回的信息，運算后發出新的指令。例如，大腦指揮手去拿一杯水，手觸碰到杯壁后，因為水太燙而縮回，并且將此信息傳回給大腦，大腦會根據實際情況重新發送新的指令。
舉報/反饋
百度google上確實有專業的科學的回答，但大家從原理，區別，用途三點討教一下。
我總結的，請各位批評指正：
前提：手機左右方向是x軸、上下方向是y軸、垂直于屏幕的是z軸。
1. 線性加速度器
| 施力者：線性加速度引起的慣性力；
| 原理：測量x、y、z軸的線性加速度，計算出速度和路徑
| 用途：微信搖一搖
2. 陀螺儀（三軸）
| 施力者：角動量引起的扭力
| 原理：測量x、y、z軸的轉動加斯度
| 用途：google星空，iOS的射擊游戲
3. 重力感應器
| 施力者：地球的萬有引力
| 原理：測量萬有引力對x、y、z軸的作用力，來判斷手機的水平面，從而計算出手機屏幕和水平面的交角？
| 用途：iOS的照片自動翻轉、重力滾珠迷宮
陀螺儀就是內部有一個陀螺，陀螺儀一旦開始旋轉，由于輪子的角動量，陀螺儀有抗拒方向改變的特性，它的軸由于陀螺效應始終與初始方向平行，這樣就可以通過與初始方向的偏差計算出實際方向。手機里陀螺儀實際上是一個結構非常精密的芯片，內部包含超微小的陀螺。陀螺儀測量是參考標準是內部中間在與地面垂直的方向上進行轉動的陀螺。通過設備與陀螺的夾角得到結果。陀螺儀的強項在于測量設備自身的旋轉運動。對設備自身運動更擅長。但不能確定設備的方位。（線性）加速計是用來檢測手機受到的加速度的大小和方向的，而手機靜置的時候是只受到重力加速度。所以很多人把加速計功能又叫做重力感應功能。加速計是以內部測量組件在各個方向上的受力情況來得到結果。加速計的強項在于測量設備的受力情況。對設備相對外部參考物(比如，地面)的運動更擅長。另外，磁力計和GPS定位有時候也會同時輔助來做一項探測。不認為陀螺儀等同于非線性加速器。
重力傳感器，重力感應器，加速度傳感器，g sensor，加速度計是一回事。
陀螺儀
原理：用在手機里面的陀螺儀都是MEMS陀螺儀，里面的微機械結構為振動件,如下圖（不同意排名最高的說法，有旋轉件的是傳統的陀螺儀），通過測量旋轉產生的科氏加速度來獲得角速度。
用途：照相防抖，以及配合加速度計（有的還有磁傳感器）形成的組合傳感器來完成特定的功能（如慣性導航，還有玩游戲時的一些角速度測試）
來源：百度圖片。意法半導體的3軸陀螺儀MEMS芯片結構
加速度計
原理：用在手機里的加速度計同樣是MEMS的，也是由振動結構，由于外界加速度會影響結構的振動特性，由此來測量加速度。
用途：用途很多，只要跟手機運動相關的幾乎都與加速度計有關（計步、手機的姿態測量、相關的游戲等等）
什么是線性加速度計？由于加速度計的輸出包含了重力加速度，線性加速度計簡單來說就是排除了重力加速度的影響得到的值。
重力感應儀
原理：嚴格來說，重力感應儀就是加速度計。像手機里面說的重力感應器、方向感應器等等都是基于加速度計、陀螺儀、磁傳感器（有的還有GPS）的數據獲得的派生傳感器。
區別：
加速度計和陀螺儀：從原理來說，陀螺儀和加速度計都是通過振動測量加速度的，只不過陀螺儀測量的是科氏加速度，而加速度計是測量的直接加速度。MEMS陀螺儀可以簡單理解為一個諧振器+加速度計。因此陀螺儀的結構要比加速度計復雜得多，技術也難得多。
重力傳感器，方向傳感器（電子羅盤），旋轉傳感器（姿態傳感器）：這三種都是派生的3D傳感器。重力傳感器是通過測量重力加速度方向來判斷重力的方向，那跟旋轉傳感器有什么區別呢？旋轉傳感器用到了陀螺儀的數據，在動態情況（比如你在邊走邊看手機）也能很好的判斷手機的姿態角。方向傳感器則是主要通過磁傳感器來測量地磁場來判斷方向（類似指南針的作用），有時還需要配合GPS（各地的磁場不一樣）。這些傳感器能配合非常多的應用，如地圖導航（手機上傳感器的精度還不能滿足慣導，主要是充當輔助的作用，比如判斷你的朝向）。
--利益相關---
傳感器方向博士僧
我寫了一個安卓的手勢軟件-微動手勢，專門使用陀螺儀來檢測微小的手勢，當初我也嘗試檢測了各種傳感器，最終發現陀螺儀是最合適的，簡單的說：
陀螺儀適合檢測轉動角速度，并且一般手機都可以做到三軸，識別精度可以很高，參考下面的視頻。加速度傳感器和重力傳感器在手機里通常是一個物理傳感器，只是推導得到不同的數據，適合檢測線性的運行加速度和手機姿態。
使用陀螺儀的演示視頻：
對于不熟悉這類產品的人來說，陀螺儀傳感器是一個簡單易用的基于自由空間移動和手勢的定位和控制系統。在假想的平面上揮動鼠標，屏幕上的光標就會跟著移動，并可以繞著鏈接畫圈和點擊按鍵。當你正在演講或離開桌子時，這些操作都能夠很方便地實現。 陀螺儀傳感器原本是運用到直升機模型上的，已經被廣泛運用于手機這類移動便攜設備上（IPHONE的三軸陀螺儀技術）。
陀螺儀傳感器工作原理：
陀螺儀的原理就是，一個旋轉物體的旋轉軸所指的方向在不受外力影響時，是不會改變的。人們根據這個道理，用它來保持方向。然后用多種方法讀取軸所指 示的方向，并自動將數據信號傳給控制系統。我們騎自行車其實也是利用了這個原理。輪子轉得越快越不容易倒，因為車軸有一股保持水平的力量。現代陀螺儀可以 精確地確定運動物體的方位的儀器，它在現代航空，航海，航天和國防工業中廣泛使用的一種慣性導航儀器。傳統的慣性陀螺儀主要部分有機械式的陀螺儀，而機械 式的陀螺儀對工藝結構的要求很高。70年代提出了現代光纖陀螺儀的基本設想，到八十年代以后，光纖陀螺儀就得到了非常迅速的發展，激光諧振陀螺儀也有了很 大的發展。光纖陀螺儀具有結構緊湊，靈敏度高，工作可靠。光纖陀螺儀在很多的領域已經完全取代了機械式的傳統的陀螺儀，成為現代導航儀器中的關鍵部件。光纖陀螺儀同時發展的除了環式激光陀螺儀外。
陀螺儀傳感器應用：
1、國防工業
陀螺儀傳感器原本是運用到直升機模型上的，而它現在已經被廣泛運用于手機這類移動便攜設備上，不僅僅如此現代陀螺儀是一種能夠精確地確定運動物體的方位的儀器，所以陀螺儀傳感器是現代航空，航海，航天和國防工業應用中的必不可少的控制裝置。陀螺儀傳感器是法國的物理學家萊昂·傅科在研究地球自轉時命名的，到如今一直是航空和航海上航行姿態及速率等最方便實用的參考儀表。
2、開門報警器
陀螺儀傳感器新的應用：測量開門的角度，當門被打開一個角度后，發出報警聲，或者結合GPRS模塊發送短信以提醒門被打開了。另外，陀螺儀傳感器集 成了加速度傳感器的功能，當門被打開的瞬間，將產生一定的加速度值，陀螺儀傳感器將會測量到這個加速度值，達到預設的門檻值后，將發出報警聲，或者結合 GPRS模塊發送短信以提醒門被打開了。報警器內還可以集成雷達感應測量功能，主要有人進入房間內移動時就會被雷達測量到。雙重保險提醒防盜，可靠性高， 誤報率低，非常適合重要場合的防盜報警。
加速度傳感器
加速度傳感器是一種能夠測量加速力的電子設備。加速力就是當物體在加速過程中作用在物體上的力，就好比地球引力，也就是重力。加速力可以是個常量，比如g，也可以是變量。加速度計有兩種：一種是角加速度計，是由陀螺儀（角速度傳感器）的改進的。另一種就是線加速度計。
加速度傳感器工作原理：
線加速度計的原理是慣性原理，也就是力的平衡，A(加速度)=F(慣性力)/M(質量) 我們只需要測量F就可以了。怎么測量F？用電磁力去平衡這個力就可以了。就可以得到 F對應于電流的關系。只需要用實驗去標定這個比例系數就行了。當然中間的信號傳輸、放大、濾波就是電路的事了。
多數加速度傳感器是根據壓電效應的原理來工作的。
加速度傳感器應用：
通過測量由于重力引起的加速度，你可以計算出設備相對于水平面的傾斜角度。通過分析動態加速度，你可以分析出設備移動的方式。但是剛開始的時候，你會發現光測量傾角和加速度好像不是很有用。但是，工程師們已經想出了很多方法獲得更多的有用的信息。
陀螺儀傳感器和加速度傳感器的區別：
陀螺儀測角速度的，加速度是測線性加速度的。前者是慣性原理，后者是利用的力平衡原理。
加速度計在較長時間的測量值是正確的，而在較短時間內由于信號噪聲的存在，而有誤差。陀螺儀在較短時間內則比較準確而較長時間則會有與漂移而存有誤差。因此，需要兩者（相互調整）來確保航向的正確。
今天找pid的資料突然找到了一個，然后發現了一個平衡車的教程，所以就記錄了下來，方便以后看，下面有鏈接所以可以去看一下這個網站。
1. 加速度傳感器
加速度傳感器，有些人也叫它加速度計，你只要記住其實是一個東西兩個名字而已。
加速度傳感器，顧名思義，用于測量由地球引力作用或者物體運動所產生的加速度。
為了方便理解，我將加速度分為兩種：由地球引力產生的重力加速度，只要地球還在，重力就不會消失；由物體運動產生的運功加速度，根據牛二定理，只要有外力作用，便產生加速度。加速度傳感器測量的是這個加速度的總和。物體靜止加速度計測量的就是重力加速度。
2.陀螺儀
陀螺儀，沒錯，它就只叫陀螺儀，沒有其他名字。
陀螺儀，顧名思義，你猜不出它是干嘛的也很正常。但是，現在你要記住了，陀螺儀可以用來測量物體的旋轉角速度。
我們小時候玩四驅車的時候，常說這個電機轉每秒很牛逼，單位轉/秒，那你怎么知道它轉每秒，它這樣寫你就信了？如果我們有陀螺儀，把陀螺儀掛到電機軸上，那么陀螺儀測量的是旋轉角速度，再除于三百六十度（一轉）就可以知道這個電機轉速了。實際上我們不會這樣測轉速-。 -，這里僅舉個例子讓你明白陀螺儀是干啥的。
陀螺儀利用了旋轉坐標系中的物體會受到科里奧利力的原理。在陀螺儀中利用壓電陶瓷做成振動單元，當旋轉（陀螺儀）時會改變振動頻率從而反映出物體旋轉的角速度。
要獲得角度，就需要對陀螺儀角速度進行積分Angle+ 。Angle是帶有正負的，正值表示按正向旋轉，負值表示按負向旋轉。具體怎么定義正負方向，就得看你的運用了。
圖5 MPU-6050方向正負示意圖
由于從陀螺儀角速度獲得角度信息，需要經過積分運算。如果角速度信號存在微小 的偏差和漂移，經過積分運算之后，變化形成積累誤差。這個誤差會隨著時間延長逐步 增加，最終導致電路飽和，無法形成正確的角度信。如圖6所示。
為什么要用加速度計和陀螺儀兩個傳感器？
似乎只需要加速度傳感器就可以獲得車模的傾角，再對此角度值進行微分便可以獲得傾角速度。但在實際車體運行過程中，由于車體本身的擺動所產生的加速度會產生很大的干擾信號，它疊加在上述測量信號上使得輸出信號無法準確反映車體的傾角，如圖7所示。
圖7 車體運動引起加速度信號波動
由于陀螺儀輸出的是車體的角速度，不會受到車體運動的影響，因此該信號中噪聲很小。車體的角度又是通過對角速度積分而得，這可進一步平滑信號，從而使得角度信號更加穩定。因此車模控制所需要的角度和角速度可以使用陀螺儀所得到的信號。
由于從陀螺儀角速度獲得角度信息，需要經過積分運算。如果角速度信號存在微小的偏差和漂移，經過積分運算之后，變化形成積累誤差。這個誤差會隨著時間延長逐步增加，最終導致電路飽和，無法形成正確的角度信號，如圖8所示。
圖8 陀螺儀積分誤差
如何消除陀螺儀的累積誤差呢？
一種簡單的方法就是通過加速度傳感器獲得的角度信息對此進行校正。通過對比陀螺儀積分所得到的角度與重力加速度所得到的角度，使用它們之間的偏差改變陀螺儀的輸出，從而積分的角度逐步跟蹤到加速度傳感器所得到的角度。
一言蔽之，陀螺儀噪聲很小，角速度數據精準，通過積分得到角度，但是長期積分會產生累積誤差，需要加速度傳感器來校正此誤差，獲得正確的姿態數據。
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