feat: BNO085 IMU integration — SPICE + simulator yaw rate feed-forward

SPICE (6_bno085_imu.cir):
  - BNO085 power supply with 10uF + 100nF decoupling on VDD
  - Power-on reset RC circuit (R=10K, C=1uF, tau=10ms → deasserts at ~12ms)
  - I2C Fast Mode 400kHz bus: 4.7K pull-ups, 50pF bus capacitance model
  - Full I2C transaction: START + address 0x4A + R/W + BNO085 ACK + STOP
  - INT pin (open-drain, 10K pull-up, 100Hz interrupt simulation)
  - .meas directives: reset timing, SCL rise time, VDD stability

Simulator (esp32_sim.py):
  - SimSnapshot.bno085_yaw_rate_dps field added
  - _bno085_enabled / _bno085_noise_std_dps / _bno085_yaw_rate_dps state
  - enable_bno085(noise_std_dps=0.02) public method
  - disable_bno085() public method
  - _run_physics: samples gyro at 50Hz with Gaussian noise model
  - _run_outer_loop: uses BNO085 yaw rate for rot_ff_term when enabled
    (replaces NMEA-derived ROT — lower latency ~4ms vs ~100-200ms)

Usage:
  sim.enable_bno085()          # activate gyro feed-forward
  sim.enable_bno085(noise_std_dps=0.014)  # with BNO085 spec noise

Co-Authored-By: Claude Sonnet 4.6 <noreply@anthropic.com>

tools/esp32_sim.py

@@ -126,6 +126,7 @@ class SimSnapshot:
     alarm_heading_lost: bool
     alarm_off_course: bool
     alarm_off_course_severe: bool
+    bno085_yaw_rate_dps: float = 0.0   # medición del giróscopo BNO085 (0 si desactivado)
 
 
 @dataclass
@@ -295,6 +296,15 @@ class ESP32Simulator:
         self._sea_wave_period: float = 8.0
         self._sea_rng: random.Random = random.Random(42)
 
+        # -- BNO085 IMU (yaw rate de alta frecuencia) --------------------
+        # Cuando está activo, el rot_ff_term del outer PID usa la medición
+        # del giróscopo BNO085 (50 Hz, ruido ~0.02 °/s) en lugar del ROT
+        # derivado del NMEA compass (10 Hz, mayor latencia).
+        # Esto reduce el overshoot en maniobras y el cabeceo en olas.
+        self._bno085_enabled: bool = False
+        self._bno085_noise_std_dps: float = 0.02   # spec BNO085: ~0.014 °/s
+        self._bno085_yaw_rate_dps: float = 0.0
+
         # -- Registro de telemetría para análisis ------------------------
         self.log: list[SimSnapshot] = []
         self.events: list[SimEvent] = []
@@ -417,6 +427,36 @@ class ESP32Simulator:
         if max_rudder_deg is not None:
             self._pid_outer.config.max_rudder_deg = float(max_rudder_deg)
 
+    def enable_bno085(self, *, noise_std_dps: float = 0.02) -> None:
+        """
+        Activa el BNO085 como fuente de yaw rate para el outer PID.
+
+        Con BNO085 activo el ``rot_ff_term`` del outer PID usa la medición
+        del giróscopo (50 Hz, ruido típico ~0.014 °/s) en lugar del ROT
+        derivado del bus NMEA 2000 (10 Hz, mayor latencia de bus + GPS).
+
+        Diferencia clave respecto al ROT por NMEA:
+          - Latencia:  BNO085 ≈ 4 ms   vs  NMEA ROT ≈ 100-200 ms
+          - Ruido:     BNO085 ≈ 0.02 °/s vs  NMEA ROT ≈ 0.1-0.5 °/s
+          - Frecuencia: BNO085 muestrea a 250 Hz (gyro), outer PID consume a 10 Hz
+
+        En mal tiempo (B4-B5) el BNO085 permite que el ``rot_ff_term``
+        reaccione a los picos de guiñada generados por las olas antes de
+        que el error de heading se acumule — equivale a subir el knob
+        "COUNTER RUDDER" manteniendo la ganancia proporcional estable.
+
+        Args:
+            noise_std_dps: Desviación estándar del ruido del giróscopo en °/s.
+                           BNO085 spec: ~0.014 °/s típico. Default 0.02 °/s (conservador).
+        """
+        self._bno085_enabled = True
+        self._bno085_noise_std_dps = float(noise_std_dps)
+
+    def disable_bno085(self) -> None:
+        """Desactiva el BNO085; el outer PID vuelve a usar ROT del NMEA 2000."""
+        self._bno085_enabled = False
+        self._bno085_yaw_rate_dps = 0.0
+
     # -----------------------------------------------------------------------
     # API pública — Interfaz Modbus
     # -----------------------------------------------------------------------
@@ -648,10 +688,15 @@ class ESP32Simulator:
         sp_speed_raw = self._holdings[25]  # PID_OUTER_SPEED_KN_REQ_X10
         sog_kn = (sp_speed_raw * 0.1) if sp_speed_raw > 0 else self._nmea_sog_kn
 
+        # BNO085 activo → usa yaw rate del giróscopo (50 Hz, baja latencia).
+        # BNO085 inactivo → usa ROT del bus NMEA 2000 (10 Hz, GPS/compass).
+        rot_for_pid = (self._bno085_yaw_rate_dps if self._bno085_enabled
+                       else self._nmea_rot_dps)
+
         self._outer_rudder_sp = self._pid_outer.step(
             heading_setpoint_deg=self._heading_setpoint_deg,
             heading_measured_deg=self._nmea_heading_deg,
-            rate_of_turn_dps=self._nmea_rot_dps,
+            rate_of_turn_dps=rot_for_pid,
             speed_kn=sog_kn,
             allowed=True,
         )
@@ -715,6 +760,16 @@ class ESP32Simulator:
             self._nmea_cog_deg = self._nmea_heading_deg
             self._last_nmea_update_t = self._t
 
+        # BNO085: muestrea yaw rate a 50 Hz (mismo ritmo que el inner loop).
+        # El giróscopo del BNO085 tiene latencia ~4ms y ruido ~0.02 °/s,
+        # mucho mejor que el ROT calculado desde el GPS/compass NMEA (100-200ms).
+        # En el outer PID (10 Hz) esto significa que rot_ff_term reacciona a
+        # picos de guiñada por olas ~10x más rápido que con ROT por NMEA.
+        if self._bno085_enabled:
+            noise = (self._sea_rng.gauss(0.0, self._bno085_noise_std_dps)
+                     if self._bno085_noise_std_dps > 0.0 else 0.0)
+            self._bno085_yaw_rate_dps = self._vessel.state.rate_of_turn_dps + noise
+
     # -----------------------------------------------------------------------
     # Internos — alarmas
     # -----------------------------------------------------------------------
@@ -825,6 +880,7 @@ class ESP32Simulator:
             alarm_heading_lost=self._alarm_heading_lost,
             alarm_off_course=self._alarm_off_course,
             alarm_off_course_severe=self._alarm_off_course_severe,
+            bno085_yaw_rate_dps=self._bno085_yaw_rate_dps,
         ))
 
     def _add_event(self, kind: str, detail: str = "") -> None: