滤波器配置


通过滤波器可以有效的滤除因电机/螺旋桨及外部干扰导致的振动与噪音;确保EKF获取到纯净的IMU姿态感知数据,避免姿态误判提升飞行稳定性和操控性。 ArduPilot支持低通滤波器与陷波滤波器两种软件滤波器进行滤波。

  • 低通滤波器:允许低于截至频率的信号通过,过滤高于该频率的所有信号。

  • 陷波滤波器:针对某个狭窄的特定频率范围进行深度衰减(挖坑),同时尽可能的保留其它频率的信号。

[!Warning] 滤波器会增加相位延迟并且会增加处理器的负载,在处理器性能不足的控制器(比如STM32F7/F4)中谨慎使用;软件滤波只能环节振动,无法解决严重的物理缺陷,机械振动过大应通过调整硬件结构或增加控制器减震器进行解决。在调试软件滤波器前,需先进行PID调参让飞机能够平稳飞行;再进行滤波器配置。

低通滤波器

根据载具自身重量、惯性大小以及对控制响应度进行低通滤波器的匹配;以达到精准高效的控制体验。ArduPilot的低通滤波器是由INS_GYRO_FILTER(陀螺仪)和INS_GYRO_FILTER(加速度)控制.对于手动配置,一般只需要配置INS_GYRO_FILTER陀螺仪低通滤波器;INS_GYRO_FILTER=20(默认)适用于大多数载具。 Mission Planner/LGC等地面站提供的根据螺旋桨/电池数据自动匹配参数模型;可以通过系统匹配出合适的值。

不合适的值的典型表现

参数设置 不利表现 优势
过大 INS_GYRO_FILTER = 60 IMU噪音多,可能引发无人机抖动或电机啸叫和异常发热 控制回路延迟更低,响应更灵,追求响应度可以引入陷波滤波器缓解
调小 INS_GYRO_FILTER = 15 相位滞后大,反应迟缓、姿态偏软 能滤除更多噪声

[!NOTE] 调试的原则是尽可能的提高低通滤波器的截至频率,兼顾较好的滤波效果;寻找两者的平衡点。对于竞速无人机可通过调高低通滤波器,使用陷波滤波器补充滤波。

陷波滤波器

陷波滤波器功能说明

动态陷波滤波器属于频率自适应窄带滤波,可跟随无人机电机实时转速自动调整滤波中心频率,专门用于抑制电机运转产生的周期性机械振动噪声,与低通滤波器形成互补搭配使用。 该滤波器能够实时追踪电机旋转基频以及各次谐波倍频,精准针对振动集中的频率峰值做能量衰减压制,仅针对性滤除振动干扰,不会影响其余频段有效姿态信号,最大限度保留飞控姿态响应灵敏度。

通俗来讲:全局噪声由低通滤波器整体压制,固定周期性电机振动,由动态陷波滤波器定点精准剔除,二者配合可实现降噪与操控手感兼顾

配置方法

  • 在配置前需要先设置日志存储数据(INS_RAW_LOG_OPT=10)或启用批量日志(INS_GYRO_RATE=2

  • 在定点的模式下飞行至少30秒,期间可以先悬停一段时间再往不同方向进行打杆,不单单是悬停
  • 然后下载飞控日志并导入官方滤波分析工具,进行分析调试。

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