飞机震动桨频分析

由于无人机通过加速度计、陀螺仪等惯性传感器来测量自身的导航信息，而机体振动，会影响加速度计、陀螺仪等惯性传感器的测量，使得测量噪声加大，进而影响控制效果。

振动的分析主要通过原始传感器的数值来看。通过DataViewer查看原始的加速度计信息，如下图1所示，也可以查看原始的陀螺仪输出，如下图2 所示。如果加速度计的输出，噪声的峰峰值超过了5g（即5000mg），或者陀螺仪的噪声超过了50°/s(即872mrad)，则应该考虑改进机架结构，降低机架振动水平以改善飞行性能。

值得注意的是，飞机的振动主要集中在加速度计的z轴和陀螺仪的x、y轴，因此需要分析无人机的振动特性主要观察上述三个轴的输出值。

图1：三轴陀螺仪原始输出(只有独立飞控开放了这个数据查看，下同）

图2：三轴加速度计原始数据

无人机的机体高频振动主要来源为电机的转动，所以对于电机转速或螺旋桨的转动频率的分析尤其重要，桨频即指螺旋桨的转动频率。对于桨频的分析主要借助快速傅里叶变换工具（FFT）来实现，首先将原始陀螺仪数据画到绘图区，然后点选FFT工具，并使用鼠标左键点选后不放，使用矩形区域选定需要做FFT分析的曲线区域，接着分析结果就会出现在新的标签页中。

如下图示。可以看到在76Hz左右出现了一个峰值，在150Hz出现了第二个峰值，它们分别是一倍桨频点与二倍桨频点，通常第一个峰值为桨频的频率点，即76Hz。

通过对加速度计原始数据做FFT也可以得到桨频信息，如图所示。

加速度计原始数据FFT

陀螺仪原始数据FFT

桨频对于飞行品质有一定影响。建议桨频不低于40Hz，否则会造成控制器对于低频噪声衰减不足，在控制效果上变现为无人机抽动、振动等问题。

机架震动主要来源于：

（1）机架柔性。①机架的柔性是震动的来源之一，过于柔软的机架会引入更多震动，因此机架应该尽可能的保持刚性。碳纤维机架具有较好的抗扭矩和抗弯曲特性，是较为理想的机架材质选择。②机臂与中心板的连接处应尽可能保持刚性，连接牢固，且不要留有活动间隙。

（2）电机。①电机与电机座的连接处应尽可能保持刚性，连接牢固，且不要留有活动间隙。②电机座与机臂的连接处应尽可能保持刚性，连接牢固，且不要留有活动间隙。

③电机的动平衡性能要好，空载旋转时应运行平稳。

（3）螺旋桨。①螺旋桨与电机轴的连接处应尽可能保持刚性，连接牢固，电机轴与桨平面尽可能保持垂直，且不要留有活动间隙。②螺旋桨的平衡性要好，对于两叶桨应能够在螺旋桨平衡器上保持平衡。大尺寸螺旋桨引起的震动比小尺寸螺旋桨要大，因此在大尺寸飞行器中要特别注意机械减震。

审核编辑 ：李倩