Hallo,
bei den Sensoren würde ich gleich in die vollen greifen und ADXRS614 Gyros verwenden. Die haben eine max. Geschwindigkeit von 50°/s und daher eine sehr hohe Auflösung für kleine Winkelgeschwindigkeiten (ich nehme an, du möchtest die Winkelgeschwindigkeiten gerne auf null halten...). Ich nutze die ADXRS610 (300°/s) und bin begeistert.
Kennst du schon das Murata girl? Das ist ein sehr gut funktionierender Einrad Robo, der etwas anders funktioniert als dein Vorschlag:
http://www.youtube.com/watch?v=IAWYgZbUvHs
Lustig, was die Japaner immer für beknackte Hüllen an ihre Roboter flanschen.
Ich glaube ein Mega32 reicht locker für die Stabilisierung eures Gerätes. Ob der allerdings auch ein
Kalman-Filter 14. Ordnung und ein P-regler (hier 4x14 Matrix) mit 20 Einträgen
schnell genug berechnen kann, kann ich nicht sagen, da ich nicht weiss wie viel Mathematik dahinter steckt. Auf jeden Fall würde ich schon versuchen die Regelfrequenz so hoch wie möglich zu machen, das macht das Einstellen deutlich unkomplizierter (das sind meine Erfahrungen als ausgewiesener nicht-Regelungstechniker).