وبلاگ شرکت در مورد ST LSM6DSOWTR iNEMO با کارایی بالا 6DoF 6-Axis IMU برای برنامه های پهپاد

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd. ST را تامین و بازیافت می کندLSM6DSOواحد اندازه گیری اینرسی 6 محوری iNEMO 6DoF با کارایی بالا (IMU)، مناسب برای کاربردهای پهپاد.

در سیستم‌های کنترل پرواز هواپیماهای بدون سرنشین، واحد اندازه‌گیری اینرسی (IMU) جزء اصلی برای تخمین نگرش، شناور پایدار و ناوبری دقیق است. دقت اندازه گیری، مقاومت در برابر تداخل، مصرف انرژی و پایداری آن به طور مستقیم ایمنی پرواز و دقت کنترل پهپاد را تعیین می کند. STLSM6DSOیک واحد اندازه گیری اینرسی شش محوره iNEMO 6DoF با کارایی بالا است که یک شتاب سنج با دقت بالا 3 محوره و یک ژیروسکوپ با پایداری بالا 3 محوره را ادغام می کند. با عملکرد حسگر فوق العاده، مصرف انرژی بسیار کم، طراحی قوی ضد لرزش و قابلیت های هوشمند لبه، به تراشه حسگر ترجیحی برای سیستم های کنترل پرواز در هواپیماهای بدون سرنشین کوچک تا متوسط ​​درجه مصرف کننده و صنعتی تبدیل شده است که کاملاً نیازهای سنجش حرکت و کنترل وضعیت پهپادها را در شرایط پیچیده عملیاتی برآورده می کند.

I. معماری اصلی و پارامترهای اصلی سخت افزارLSM6DSOتراشه

راLSM6DSOاز فن‌آوری سنسور MEMS (سیستم‌های میکرو الکترومکانیکی) ST استفاده می‌کند که دارای ادغام یکپارچه شتاب‌سنج سه بعدی و ژیروسکوپ سه بعدی است. این به هیچ واحد حسگر کمکی خارجی نیاز ندارد و یک تراشه را قادر می‌سازد تا داده‌های حرکتی شش درجه آزادی را بگیرد. این امر معماری سخت افزاری کنترل پرواز پهپاد را به طور قابل توجهی ساده می کند، اندازه برد مدار را کاهش می دهد و مصرف برق و هزینه های سخت افزاری را کاهش می دهد. این تراشه از پکیج فشرده LGA-14 بهره می‌برد که پایداری حرارتی عالی و مقاومت در برابر لرزش مکانیکی را ارائه می‌کند و آن را برای شرایط پرواز پهپاد که با ارتعاشات فرکانس بالا و متناوب دماهای بالا و پایین مشخص می‌شود، مناسب می‌سازد. همچنین از فرآیندهای لحیم کاری با جریان مجدد خودکار پشتیبانی می کند که الزامات تولید انبوه در مقیاس بزرگ را برآورده می کند.

پارامترهای سخت افزاری اصلی آن دقیقاً برای سناریوهای کنترل پرواز هواپیماهای بدون سرنشین تنظیم شده است. پارامترهای کلیدی به شرح زیر است:

- عملکرد ژیروسکوپ: از سوئیچینگ چند دامنه پشتیبانی می کند، با محدوده اندازه گیری ± 125 dps تا ± 2000 dps. این حالت های پروازی مختلفی را در خود جای می دهد، از جمله شناور پایدار با سرعت کم، مانور با سرعت بالا و پیچ های سریع. حالت برد بالا با دقت تغییرات شدید در نگرش پرواز را ثبت می کند و مسائل مربوط به اشباع اندازه گیری پویا را حذف می کند. مجهز به زنجیره بازخوانی کاملاً دیفرانسیل و ساختار مکانیکی متقارن، به طور موثر تداخل ارتعاش را سرکوب می کند و خطاهای اندازه گیری ناشی از ارتعاشات پرواز را کاهش می دهد.

- عملکرد شتاب سنج: از تشخیص شتاب چند برد پشتیبانی می کند، امکان حس دقیق تغییرات حرکت خطی در صعود و فرود عمودی پهپاد، ترجمه افقی و شیب نگرش را فراهم می کند، و از داده های دقیق برای جبران ارتفاع، تصحیح موقعیت و کالیبراسیون مرجع نگرش پشتیبانی می کند.

- طراحی مصرف انرژی بسیار کم: جریان عملیاتی کمتر از 0.55 میلی آمپر و مصرف انرژی بسیار کم در حالت آماده به کار به طور قابل توجهی باعث کاهش اتلاف انرژی در مقایسه با تراشه های سنتی IMU می شود، به طور موثر زمان پرواز پهپاد را افزایش می دهد و کاملاً الزامات طراحی برای پهپادهای سبک وزن و با استقامت طولانی را برآورده می کند.

- رابط‌های ارتباطی پرسرعت: مجهز به رابط‌های ارتباطی دوگانه I²C/SPI، با نرخ انتقال بالا و تأخیر داده کم، می‌تواند داده‌های حسگر اینرسی را در زمان واقعی به واحد اصلی کنترل‌کننده پرواز منتقل کند و شرایط بلادرنگ را برای محاسبه نگرش فرکانس بالا در هواپیماهای بدون سرنشین برآورده کند. یک رابط کمکی اختصاصی SPI می تواند به طور مستقل داده های ضد لرزش را تولید کند و آن را برای سیستم های تثبیت کننده تصویر در پهپادهای عکاسی هوایی مناسب می کند.

II. مزایای فنی اصلیLSM6DSOبرای برنامه های پهپاد

1. قابلیت های ضد تداخل قوی و پایداری بالا، مناسب برای شرایط پرواز پیچیده

در طول پرواز پهپاد، منابع متعدد تداخل - مانند ارتعاشات موتور با فرکانس بالا، اختلالات جریان هوا و نوسانات شدید دما در خارج از منزل - می توانند به راحتی باعث تغییر داده و اعوجاج در محاسبات نگرش برای IMUهای استاندارد شوند. راLSM6DSOاز یک معماری مکانیکی MEMS بهینه و فناوری دریافت سیگنال دیفرانسیل استفاده می‌کند که سرکوب لرزش و پایداری دما را ارائه می‌دهد. این به طور موثر نویز اندازه گیری ناشی از ارتعاشات پرواز و نوسانات دمای محیط را فیلتر می کند و به طور قابل توجهی خطاهای رانش نقطه صفر را کاهش می دهد. حتی در سناریوهای پیچیده مانند پرواز با سرعت بالا، پیچ‌های تند و تلاطم در ارتفاع پایین، تداوم و دقت داده‌های حسگر را حفظ می‌کند و از وضعیت پایدار پهپاد اطمینان می‌دهد و از مسائلی مانند رانش، واژگونی و از دست دادن کنترل جلوگیری می‌کند.

2. قابلیت محاسبات لبه داخلی برای کاهش بار روی پردازنده اصلی کنترلر پرواز

این تراشه مجهز به ماشین حالت محدود (FSM) و هسته یادگیری ماشین (MLC) اختصاصی ST است که از محاسبات لبه در سطح حسگر پشتیبانی می کند. می‌تواند وظایف پیش‌پردازشی مانند تشخیص حالت حرکت، تشخیص ناهنجاری نگرش و تجزیه و تحلیل داده‌های ارتعاش را مستقیماً در داخل تراشه بدون تکیه بر قدرت پردازش اصلی کنترل‌کننده پرواز انجام دهد. در مقایسه با IMU های سنتی که فقط داده های خام را تولید می کنندLSM6DSOمی تواند به طور مستقیم نتایج ارزیابی نگرش ساختاریافته را خروجی دهد. این به طور قابل توجهی بار پردازش داده ها را بر روی کنترل کننده اصلی کاهش می دهد، سرعت پاسخ سیستم کنترل پرواز را افزایش می دهد و به طور همزمان مصرف انرژی کلی هواپیما را کاهش می دهد و آن را برای پیکربندی کنترل کننده اصلی ساده شده پهپادهای سبک وزن مناسب می کند.

3. تاخیر کم و نرخ تجدید بالا کنترل پرواز صاف را تضمین می کند

تنظیم نگرش هواپیمای بدون سرنشین نیاز به پاسخ داده در سطح میلی ثانیه دارد. تأخیر بیش از حد می تواند منجر به کنترل تاخیر و پرواز ناگهانی شود. راLSM6DSOدارای نرخ تازه سازی خروجی داده فوق العاده بالا، همراه با یک رابط انتقال سریع SPI، که امکان دریافت بلادرنگ، انتقال سریع و به روز رسانی همزمان داده های اینرسی را فراهم می کند. هنگامی که با الگوریتم‌های کنترل پرواز ترکیب می‌شود، تنظیم نگرش حلقه بسته با فرکانس بالا را امکان‌پذیر می‌کند، که منجر به شناور شدن نرم‌تر، چرخش دقیق‌تر و کنترل پاسخ‌گوتر می‌شود، در نتیجه تجربه کنترل پرواز و پایداری پرواز را به‌طور قابل‌توجهی افزایش می‌دهد.

4. جمع و جور و سبک وزن، نیازهای یکپارچه سازی شدید هواپیماهای بدون سرنشین را برآورده می کند

پهپادهای کوچک عکاسی هوایی، پهپادهای مسابقه ای FPV و پهپادهای بازرسی قابل حمل، الزامات سختگیرانه‌ای را بر فضای بدنه و وزن اعمال می‌کنند. راLSM6DSOاز یک بسته میکرو LGA-14 استفاده می کند که جمع و جور و بسیار سبک وزن است. این امر صرفه جویی در فضا را در برد کنترل پرواز به حداکثر می رساند و وزن کلی هواپیما را کاهش می دهد و طراحی های سبک وزن و جمع و جور پهپاد را بدون به خطر انداختن عملکرد سنسور تسهیل می کند. این برای نیازهای یکپارچه سازی سخت افزاری پهپادهای صنعتی مختلف درجه مصرف کننده و کوچک مناسب است.

III. سناریوهای کاربردی معمولی برایLSM6DSOدر بخش هواپیماهای بدون سرنشین

1. کنترل اولیه تثبیت نگرش پرواز

به عنوان واحد سنجش اصلی سیستم کنترل پرواز،LSM6DSOداده های بلادرنگ در مورد سرعت زاویه ای سه محوره و شتاب سه محوره پهپاد را جمع آوری می کند. از طریق الگوریتم‌های محاسبه نگرش، اطلاعات دقیق گام، چرخش و زاویه انحراف را خروجی می‌دهد و از شناور شدن خودکار، کالیبراسیون افقی و تنظیم تعادل نگرش پشتیبانی می‌کند. این هسته اصلی پرواز پایدار هواپیماهای بدون سرنشین را تشکیل می دهد و به طور موثر مسائل مربوط به کنترل نگرش را در محیط های محروم از GPS حل می کند.

2. تثبیت تصویر و کمک بصری عکاسی هوایی

برای برآوردن نیازهای تصویربرداری پهپادهای عکاسی هوایی، این تراشه می‌تواند به طور مستقل داده‌های اینرسی با دقت بالا را برای پشتیبانی از عملکرد سیستم‌های تثبیت‌کننده تصویر الکترونیکی (EIS) و تثبیت‌کننده تصویر نوری (OIS) تولید کند. در زمان واقعی جابجایی های تصویر ناشی از ارتعاشات پرواز و کج شدن در حین مانورها را جبران می کند و به طور موثر وضوح و پایداری فیلم ها و عکس های هوایی را افزایش می دهد و نیازهای بهینه سازی تصویر پهپادهای عکاسی هوایی درجه یک مصرف کننده را برآورده می کند.

3. پرواز هوشمند و نظارت بر وضعیت

این تراشه با استفاده از هسته یادگیری ماشین MLC داخلی خود، تشخیص هوشمند وضعیت حرکت پهپاد را امکان پذیر می کند، مانورهایی مانند شناور شدن، پرواز، غواصی، غلت زدن و توقف های ناگهانی را به طور دقیق شناسایی می کند و در نتیجه از عملکردهای هوشمندی مانند نگه داشتن هوشمند ارتفاع، شناور شدن در نقطه ثابت و پرواز در مسیر پشتیبانی می کند. در عین حال، می‌تواند ارتعاشات غیرعادی موتور و انحرافات وضعیت بدنه هواپیما را در زمان واقعی نظارت کند، پیش‌بینی وضعیت پرواز و هشدارهای ناهنجاری را امکان‌پذیر می‌کند و در نتیجه ایمنی پرواز هواپیماهای بدون سرنشین را افزایش می‌دهد.

4. ناوبری کمکی و تصحیح موقعیت

در سناریوهای ناوبری پیچیده - مانند مواردی که سیگنال‌های GPS ضعیفی دارند، در داخل خانه، در جنگل‌های انبوه، یا جایی که ساختمان‌های شهری باعث انسداد سیگنال می‌شوند.LSM6DSOمی تواند به طور مستقل داده های ناوبری اینرسی دقیق را برای کمک به GPS/Beidou در تصحیح موقعیت ارائه دهد. این نقاط کور سیگنال در ناوبری ماهواره‌ای را جبران می‌کند و در نتیجه دقت ناوبری و پایداری عملیاتی پهپادها را در طول پروازهای داخلی، عملیات در ارتفاع پایین و بازرسی در محیط‌های پیچیده افزایش می‌دهد.

IV. ارزش اصلی ازLSM6DSOبرای برنامه های پهپاد

در مقایسه با سایر تراشه های IMU شش محوره در همان کلاس، STLSM6DSOچهار مزیت کلیدی در برنامه های پهپاد ارائه می دهد: عملکرد، مصرف انرژی، هوشمندی و هزینه. اولا، دقت بالا، رانش کم و مقاومت در برابر لرزش قوی آن کاملاً با شرایط پیچیده پرواز هواپیماهای بدون سرنشین مناسب است و به طور قابل توجهی ثبات و ایمنی پرواز را افزایش می دهد. ثانیا، طراحی بسیار کم مصرف انرژی آن به طور موثر استقامت پرواز پهپاد را افزایش می دهد و نیازهای اصلی پهپادهای سبک وزن را برآورده می کند. ثالثاً، قابلیت‌های محاسباتی داخلی آن، توسعه الگوریتم‌های کنترل پرواز را ساده می‌کند، موانع ورود سخت‌افزار کنترل اصلی را کاهش می‌دهد و هزینه‌های تحقیق و توسعه را کاهش می‌دهد. چهارم، بسته بندی جمع و جور آن ادغام با پیکربندی های مختلف سخت افزار پهپاد را تسهیل می کند و عملکرد را با امکان سنجی تولید انبوه متعادل می کند.

به لطف این مزایای جامع،LSM6DSOبه طور گسترده در طیف وسیعی از محصولات، از جمله پهپادهای عکاسی هوایی درجه یک مصرف کننده، هواپیماهای بدون سرنشین مسابقه، هواپیماهای بدون سرنشین کوچک بازرسی صنعتی و هواپیماهای بدون سرنشین امنیتی داخلی استفاده شده است. این گزینه ترجیحی برای واحدهای اندازه گیری اینرسی شش محوره مقرون به صرفه و بسیار قابل اعتماد در سیستم های کنترل پرواز برای پهپادهای کوچک و متوسط ​​است.