동적 고조파 노치 필터로 자이로 노이즈 관리
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항목 에서 논의한 바와 같이 ArduPilot 자동 조종 장치 설치에서 진동을 관리하는 것은 항공기의 예측 가능한 제어를 제공하기 위해 매우 중요합니다. 일반적으로 설치는 최악의 진동을 제거하기 위해 내부 또는 외부 자동 조종 장치에 기계적 진동 감쇠를 활용합니다. 그러나 기계적 댐핑은 지금까지만 가능하며 추가 노이즈를 제거하려면 소프트웨어 필터링을 사용해야 합니다.
자동 조종 장치에서 진동 소음은 항공기를 제어하기 위해 자동 조종 장치가 보상해야 하는 다른 방해 요소(예: 바람, 난기류, 제어 링크 기울기 등)처럼 보입니다. 이는 자세 제어 루프의 최적 튜닝과 성능 저하를 방지합니다.
ArduPilot은 노이즈에 대해 두 가지 필터링 메커니즘을 제공합니다. 에 의해 제어되는 가속도계 신호 및 에 의해 제어되는 자이로 신호에 대한 저역 통과 필터 및 자이로 신호에 대한 고조파 노치 필터.
섹션 에서 논의한 바와 같이 기본적으로 노이즈/진동에는 두 가지 클래스가 있습니다. 자이로/가속도계 샘플링의 대역폭 내에서 생성된 클래스와 대역폭 내에서 나타나고 "린"을 유발할 수 있는 주파수 이상의 노이즈입니다. 앨리어싱 노이즈는 장착 또는 프레임 강성을 개선하여 소스에서 제거해야 하지만 위의 필터는 다른 하나를 처리할 수 있습니다.
멀티콥터 및 QuadPlanes의 경우 거의 모든 진동은 모터의 회전 주파수에서 발생합니다. 헬리콥터와 비행기의 경우 진동은 메인 로터/프롭 속도와 연결됩니다.
ArduPilot은 필터 주파수가 모터의 모터 회전 주파수 또는 헬리콥터의 회전자 속도에 연결될 수 있는 두 개의 노치 필터를 지원하며 기본 주파수 및 해당 고조파에서 노치를 제공합니다.
로우패스 필터는 이 노이즈의 영향을 효과적으로 줄일 수 있지만 주파수 설정점이 낮으면 많은 위상 지연이 발생하므로 진동이 발생하기 전에 튜닝이 얼마나 공격적일 수 있는지 감소하여 튜닝이 더 나빠집니다.
자이로 기반 속도 컨트롤러의 경우 이는 빠른 교란에 대한 응답 능력을 감소시킵니다. 자이로 로우패스 필터를 더 높게 설정할 수 있으면 유도된 위상 지연이 더 낮아지고 튜닝이 더 공격적으로 될 수 있습니다. 그러나 이것은 더 많은 소음과 진동을 허용하여 게인을 효과적으로 취소합니다. 하모닉 노치 필터 중 하나 또는 둘 모두를 활성화하면 모터에서 생성된 소음을 목표로 삼을 수 있으므로 다음 저역 통과의 더 높은 주파수를 설정할 수 있으므로 보다 엄격한 조정이 가능합니다.
고조파 노치는 첫 번째 노치에 대해 = 1, 두 번째 노치에 대해 = 1 을 설정하여 전체적으로 활성화됩니다 . 재부팅 후 모든 관련 매개변수가 나타납니다.
서로 다른 추력 조건에서 모터 속도를 추적하기 위해 노치 중심 주파수를 동적으로 조정하는 다양한 방법, 즉 동적 고조파 노치 필터링이 제공됩니다.
실제로 동적 노치 필터를 설정하기 전에 거부하려는 주파수를 먼저 결정해야 합니다. 사용하는 경우 중요합니다 . 다른 방법은 선험적으로 이 지식을 필요로 하지 않지만 필터의 효과에 대한 사후 필터 활성화 분석을 위한 비교 포인트로 여전히 가치가 있습니다.
이 단계는 페이지를 참조하십시오 . 노이즈 주파수가 결정되면 노치 필터를 설정할 수 있습니다.
동적 노치 필터 작동의 핵심은 중심 주파수를 제어하는 것입니다. 이를 위해 사용할 수 있는 다섯 가지 방법이 있습니다.
위의 모든 내용은 두 번째 노치에 대해 독립적으로 반복되며 INS_HNTC2_대신 로 시작됩니다 INS_HNTCH_. 다음은 첫 번째 노치 세트에 대한 설정을 설명합니다.
메모
하나의 필터만 모드 4(FFT)가 될 수 있습니다.
메모
트리플 노치 옵션이 추가된 이후로 더블 노치 옵션은 더 이상 권장되지 않습니다. 이중 노치의 경우 최대 감쇠는 중심 주파수의 양쪽에 있으므로 매우 뚜렷한 피크가 있는 소형 항공기에서는 일반적으로 비생산적입니다.
= 0. 동적 노치 주파수 제어가 비활성화됩니다. 중심 주파수는 고정되어 있고 정적입니다. ESC에 통합되거나 ICE 모터용으로 분리된 로터 속도용 외부 거버너가 있는 기존 헬리콥터에 자주 사용됩니다.
= 1. (기본값) 스로틀 위치 기반. 호버링 스로틀에서의 주파수는 로그 분석에 의해 결정된 다음 이 이상의 스로틀 위치 변화는 노이즈 주파수의 증가를 추적하는 데 사용됩니다. 스로틀 참조는 전방 모터가 아닌 QuadPlanes의 VTOL 모터에만 적용되며 고정 날개 전용 비행 모드에서는 적용되지 않습니다. 자세한 설정 내용은 참조하세요
= 2. RPM 센서 기반, 여기서 외부 모터 주파수를 결정하는 데 사용되므로 노치에 대한 기본 진동 소스의 주파수를 결정합니다. ArduPilot 헤드 속도 거버너 기능을 사용하는전통적인 헬리콥터(추가 설정 지침은 참조하십시오
= 3. ESC 텔레메트리 기반, 여기서 ESC는 중심 주파수를 설정하는 데 사용되는 모터 RPM 정보를 제공합니다. 전방 모터 ESC가 RPM을 보고하는 경우 고정익 비행의 전방 모터에도 사용할 수 있습니다. 이렇게 하려면 ESC가 통해 BLHeli 원격 측정을 지원하도록 올바르게 구성되어야 합니다 . 추가 설정 지침은 참조하십시오 또는두 번째 노치 세트가 활성화된 경우 INS_HNTC2_OPTS에 비트 1이 설정된 경우 각 모터에 대한 노치 세트가 생성되어 RPM 원격 측정을 추적합니다. 그렇지 않으면 모든 모터의 평균 주파수가 중심 주파수를 설정합니다
= 4. 자동조종장치가 지원하는 경우(즉, 2MB 이상의 플래시가 있는 경우, 참조 ), 실행 중인 FFT가 기본 노이즈 주파수를 결정하고 노치의 노치를 조정하기 위해 비행 중에 수행되는 기내 FFT 일치하는 중심 주파수. 자동 조종 장치가 이 기능을 실행할 수 있는 경우 이것은 아마도 최상의 모드일 것입니다. 이 모드는 고정익 전용 비행기에서도 작동합니다. 추가 설정 지침은 참조하십시오
설정하여 최대 3개의 고조파(중심 주파수의 배수) 노치를 활성화합니다. ESC 추적을 위해 각 모터는 이러한 노치 세트를 얻습니다. 옥토콥터가 3개의 고조파를 모두 설정하면 8 x 3 = 24개의 노치 필터가 생성됩니다. 트리플 노치(아래 참조)를 활성화하면 72개의 필터가 생성됩니다! 이것은 확실히 과도한 CPU 로딩 및 성능 문제를 일으킬 것입니다. 다른 모드는 단일 세트의 고조파 노치만 제공합니다.
= 3) 추적 모드를 사용하는 경우 무엇이 활성화되는지 알고 있어야 합니다 .
FFT 모드 추적은 기본 주파수를 가장 큰 노이즈 피크로 설정합니다. 일반적으로 여러 고조파 노치 필터가 활성화되면 각 고조파의 중심 주파수는 에 의해 결정된 대로 첫 번째 필터의 기본 주파수에 정수 배수로 고정됩니다 . 또는 의 비트 1을 설정하면 각 고조파 필터가 가장 큰 노이즈 피크를 개별적으로 추적할 수 있습니다.
의 기본값도 일반 3이 아닌 1로 변경됩니다. 이는 이전 펌웨어 버전과의 하위 호환성을 유지하기 위한 것입니다. 다시 3 또는 원하는 대로 설정할 수 있습니다 .
노치 필터가 설정되면 필터 출력의 주파수 스펙트럼(IMU 센서에 대한 새 입력)을 다시 측정하여 노치 필터의 효과를 확인할 수 있습니다. 이에 대해서는 페이지를 다시 참조하십시오 .
사용된 소프트웨어 노치 필터는 매우 "스파이키"하여 상대적으로 좁지만 중심에서 감쇠가 좋습니다. 더 큰 콥터에서 모터의 소음 프로필은 단일 노치 필터로 커버할 수 있는 것보다 더 넓은 범위의 주파수를 커버하는 상당히 더럽습니다. 이 상황을 해결하기 위해 고조파 노치를 이중 또는 삼중 노치로 구성하여 더 넓은 범위의 상당한 감쇠를 제공할 수 있습니다. 이 기능을 사용하려면 이중 노치의 경우 "1"로, 삼중 노치의 경우 "16"으로 설정하십시오.
각 노치에는 약간의 CPU 비용이 있으므로 여러 노치를 구성하면 기체에 많은 노치가 생길 수 있습니다. 예를 들어, 3중 단일(고조파 없음) 노치는 ESC 텔레메트리를 사용하여 모터당 3개의 노치 또는 총 12개의 노치를 생성합니다. 예를 들어, F4 cpus의 경우 이것은 허용되어야 하지만 또는 다중 하모닉 노치로 두 번째 트리플 노치 그룹을 활성화하면 문제가 발생할 수 있습니다.