四旋翼那些事-03.飞控减振实验

四旋翼那些事-03.飞控减振实验

说明：

• 本教程介绍针对飞控Z轴振动进行的飞控减振实验

飞控减振实验

• 前段时间，在做飞行控制实验时，发现飞控数据非常不理想

• 后来发现飞控Z轴振动非常厉害，特此专门对飞控振动环境（减振）做了一系列实验，特记于此

• 此实验由WalkAnt和A'bel共同完成

• 验机型如上图所示，为四轴飞行器，详细参数如下：

机架	450红白机架
电调	好盈乐天40A
电机	朗宇x2212,KV980
桨	1047
电池	3S 2000mAh
飞控硬件	Pixhawk
遥控器	华科尔D10
数传	3DR radio

1. 仅减振床情形

• 情形1：将飞控(Pixhawk)直接安装在减振床（如上图）上。

• Pixhawk大约38克，在仅仅加减振床的情形下，测得的Z轴加速度（原始采样值）曲线如下：

• 可以看到振动已经超出8g量程范围，这导致加速度测量严重失真

• 需要说明的是，这个数据是加速计原始数据，没有经过任何滤波，不像Pixhawk地面站(Mission Planner)中观测到的是经过滤波后的加速计数据

• MissionPlanner中的加速计数据是在1000hz采样下经过15hz二阶滤波的结果，用该数据调试减振，数据不充分，请各位注意分辨。

注：本文数据均是以200hz采样频率得到;加速度计量程为正负8g

2. 减振床+铜板情形

• 情形2：在减振床上方增加一块70克铜板，再将飞控固定于铜板上

• 测得的Z轴加速度原始值已经降为8g以下，少量数据超出8g，如下图所示

3. 减振床+铜板+海绵情形

• 情形3：减震床上加铜板（70克），铜板上再加海绵

• 海绵其实就是洗完用的海绵（如下图），为了做实验不管啦。实验时，对海绵进行了一些裁剪

• 减振床、铜板再另加海绵，发现Z轴原始加速计值已经基本降低到了到正负5g以下。因为海绵高度较高，这导致了X、Y轴加速计振动值变得更加恶劣。（上图为Z轴加速计值，下图为Y轴加速计值）

• 可以看到，Z轴有明显改善的情况下，Y轴却突然已经飙升到了3~4g了。原因是海绵太高，所以自然难免会摇来晃去

4. 减振床+铜板+泡沫胶情形

• 当然这之后又做了不少实验，最后功夫不负有心人，经过多次改良，总算设计出一种非常好的减振结构：采用减震床+铜板+泡沫胶

• 下面给出减振曲线,原始值如下：

• 滤波后的值如下：

• 可以看到：

  • Z轴加速计原始值已经控制在正负3g以内，滤波后振动信号幅度进一步减小至正负0.2g以内
  • X、Y轴加速计原始值集中在正负1g以下，滤波后更是在正负0.1g以内

• 此实验所用到的泡沫双面胶如下图所示：

• 粘贴方式为：
  1、将减震床固定在飞行机架上；
  2、在减震床上固定70克铜板；
  3、在长方形铜板四个角上各粘贴一片15mm*15mm的泡沫双面胶；
  4、将飞控放置于泡沫双面胶上固定。

• 以上是我测试的结果，各位也可以用3M胶进行测试，这样的固定会更加牢靠。

• 综合上面的测试，得到的主要经验是：飞控太轻（38克），像“减震床”这样的东西，飞控都觉得太硬了。所以减振的原则就是：第一，必须给飞控增重；第二，必须给减震床增加额外的弹性
  1、给飞控增重，就是增加铜块，以增加飞控的整体惯性，起到“硬”滤波效果
  2、增加所谓的泡沫双面胶（四个角上，各贴一小片），为的就是增加更多的弹性，更好的隔绝振动

• 当然还有很多因素会影响的飞控的振动环境，比如机架是否牢靠，电机质量如何（转动稳不稳），螺旋桨是否做过动平衡等等，这些因素也比较关键，这次实验没有在这些地方做文章

• 关于70克铜板，有朋友会觉得太重啦！要追求一个非常好的减振效果，这样的牺牲也许是非常值得的！

• 当然，也有一些公司的加速度计、陀螺仪单元（IMU单元）是单独做成了小盒子的，他们在IMU盒子里面做了许多减振的工作，这样直接安装到机架上就可以了。不至于像我这样，下血本