Notch filter что это

Иллюстрированный самоучитель по Adobe Audition 1.5

Notch Filter – многополосный фильтр выреза.

Фильтр, окно которого Notch Filter (рис. 6.8), открывается командой Effects › Filters › Notch Filter, предназначен для подавления нежелательных узкополосных составляющих в спектре сигнала. Он особенно полезен для подавления фоновых составляющих с частотой промышленной электрической сети (50 Гц) и гармоник этой частоты, образующихся в результате нелинейных преобразований.

Рис. 6.8. Диалоговое окно Notch Filter

В группе Tones to Notch можно выбрать значение частоты (Frequency) и степень подавления (Attenuation) для каждой из подавляемых составляющих спектра.

Флажки DTMF Lower Tones и DTMF Upper Tones – включение/отключение режима подавления спектральных составляющих на частотах, стандартных для системы тонального набора номера телефона. Степень подавления можно выбрать отдельно для каждой группы низкочастотных и высокочастотных тонов.

Если флажок Fix Attenuations to установлен, то для всех частот уровень ослабления будет одинаковым (вводится в соответствующем поле). Если этот флажок сброшен, то есть возможность выбрать индивидуальные уровни ослабления каждой частоты.

В раскрывающемся списке Notch Width вы можете выбрать порядок фильтра [12] и, тем самым, ширину полосы его пропускания: узкую (Narrow), очень узкую (Very Narrow) или супер узкую (Super Narrow). Рекомендуемые значения степени подавления для:

Narrow – не более 30 дБ;
Very Narrow – не более 60 дБ;
Super Narrow – не более 90 дБ.

В списке Presets содержатся следующие предустановки:

50 Hz + Harmonics (heavy), 50 Hz + Harmonics Removal – варианты фильтров подавления фоновой составляющей от сети 50 Гц и пяти гармоник этой частоты;
60 Hz + Harmonics (heavy), 60 Hz + Harmonics Removal – варианты фильтров подавления фоновой составляющей от сети 60 Гц и пяти гармоник этой частоты;
DTMF Tones Removal – фильтр подавления спектральных составляющих на стандартных частотах системы тонального набора номера телефона;
Ice Cream Truck – фильтр, значительно (на 25 дБ) поднимающий уровень спектральных составляющих с частотами 1000, 1333, 1500, 2000, 2666 Гц и 3000 Гц;
Sibilance Softener (De-Ess) – вариант фильтра деэсера.

Предпоследний из вариантов фильтров представляет особый интерес и нуждается в пояснениях. По своему назначению каждый из элементов такого фильтра напоминает контур ударного возбуждения, обладающий высокой добротностью. При поступлении на такой контур короткого импульса или даже небольшого по амплитуде колебания, частота которого совпадает с резонансной частотой контура, в нем возбуждаются колебания большой амплитуды, которые долго не затухают.

Сигнал, имеющий богатый спектр (например, речь человека), в результате обработки таким фильтром приобретает мелодический характер: появляется то затухающий, то вновь возрождающийся призвук, напоминающий звучание аккорда До мажор. В этом нет ничего удивительного, ибо частоты настройки элементов фильтра, который в списке предустановок называется Ice Cream Truck, находятся приблизительно в тех же соотношениях, что и частоты звуков До, Ми, Соль.

Рассматриваемое окно фильтра носит название Notch Filter. По смыслу этого названия фильтр должен только подавлять определенные частоты. Но пресет Ice Cream Truck совершенно не укладывается в эту логику. Здесь не подавляются, а, наоборот, подчеркиваются определенные частоты. Это привело нас к мысли, что Notch Filter обладает неочевидными свойствами, о которых ничего не сказано в руководстве пользователя. После непродолжительных экспериментов с фильтром стало ясно, что характер фильтра (ослабление или усиление частотных составляющих сигнала) зависит от знака параметра, который вводится в полях Attenuation. Если ввести, например, 25 дБ, тогда программа воспримет такой ввод, как: "Подавить частотную составляющую на 25 дБ". Если ввести -25 дБ, это трактуется как подавление составляющей на -25 дБ, что эквивалентно указанию повысить уровень частотной составляющей на 25 дБ.

Если взять в качестве обрабатываемого аудиофайла запись шума, то с помощью фильтра Notch Filter можно синтезировать звук, с любым распределением пяти спектральных составляющих. Поскольку шум является широкополосным процессом, в его спектре присутствуют составляющие с любыми частотами (во всяком случае, в пределах от единиц герц до десятков килогерц), то всегда найдется частота, которую можно выделить фильтром Notch Filter.

Notch Filter

Предназначен для подавления нежелательных узкополосных составляющих в спектре сигнала. Особенно полезен для подавления фоновых составляющих с частотой промышленной электрической сети (50Гц) и гармоник этой частоты, образующихся в результате нелинейных искажений. Если запись проводилась к примеру в России, где частота электросети 50Гц (или других местах где схожие стандарты), то воспользуйтесь пресетами в названиях которых присутствует 50Гц. Если к примеру в Америке (или других местах где схожие стандарты) то воспользуйтесь пресетами в названиях которых присутствует 60Гц.

1. Fix Attenuations to — если флажок установлен, то для всех частот уровень ослабления будет одинаковым. Если этот флажок сброшен, то есть возможность выбрать индивидуальные уровни ослабления каждой частоты(3);

2. On — активация полосы фильтра;

3. Frequency — установка частоты полосы фильтров;

4. Attenuation — Степень подавления частот;

5. DTMF Lower Tones — фильтры нижнего тона DTMF телефона;

6. DTMF Higher Tones — фильтры верхнего тона DTMF телефона. Эти параметры полезны, если вы подготавливаете аудио для радио;

7. Notch Width — определяет частотный диапазон для всех вырезов. Три варианта, от Narrow (узкий) диапазона для фильтра второго порядка, который удаляет некоторые прилегающие частоты, до Super Narrow для фильтра шестого порядка, который является очень специфичным. Используйте attenuation не более 30дБ для настройки Narrow (узкий), не более 60дБ для Very Narrow (очень узкий), и не более 90дБ для Super Narrow (супер узкая). Большее ослабление может удалить широкий спектр соседних частот;

8. Ultra?Quiet — практически устраняет все шумы и артефакты, но требует значительной обработки. Эта функция используется на т. н. state?of?the?art, профессиональных системах мониторинга.

Полосно-заграждающий фильтр — принцип работы, характеристики, схемы, формулы

Полосный фильтр, известный также как Notch Filter и Band Stop Filter, блокирует и отклоняет частоты, лежащие между двумя точками частоты среза, пропускает все частоты, находящиеся по обе стороны от этого диапазона.

Комбинируя основной RC-фильтр низких частот с RC-фильтром высоких частот, мы можем сформировать простой полосовой фильтр, который будет пропускать диапазон или полосу частот по обе стороны от двух точек среза. Но мы также можем объединить эти секции фильтра низких и высоких частот для создания другого типа RC-фильтра, называемого полосовым фильтром, который может блокировать или, по крайней мере, сильно ослабить диапазон частот в пределах этих двух точек среза.

Полосовой стоп-фильтр (BSF) — это еще один тип частотно-избирательной схемы, которая функционирует прямо противоположно полосовому проходному фильтру, который мы рассматривали ранее. Полосовой фильтр, также известный как полосовой отклоняющий фильтр, пропускает все частоты, за исключением тех, которые находятся в определенной полосе пропускания и сильно ослаблены.

Если эта полоса очень узкая и сильно ослаблена на несколько герц, то полосовой фильтр чаще называют фильтром с засечками, так как его частотная характеристика имеет вид глубокой засечки с высокой избирательностью (крутая кривая), а не уплощенной широкой полосы.

Также, как и полосовой пропускной фильтр, полосовой стоп-фильтр (полосовой отклоняющий фильтр или фильтр с засечками) — это фильтр второго порядка (двухполюсный), имеющий две частоты среза, обычно называемые точками -3 дБ или точками половинной мощности, с широкой полосой пропускания между этими двумя точками -3 дБ.

Тогда функция полосового фильтра заключается в том, чтобы пропускать все частоты от нуля (DC) до первой (нижней) точки частоты среза ƒL, и пропускать все частоты выше второй (верхней) частоты среза ƒH, но блокировать или отклонять все частоты между ними. Тогда полоса пропускания фильтра, BW, определяется как: (ƒH — ƒL).

Таким образом, для широкополосного фильтра фактическая полоса пропускания лежит между нижней и верхней точками -3 дБ, поскольку он ослабляет или отклоняет любую частоту между этими двумя частотами среза. Поэтому кривая частотной характеристики идеального полосового стоп-фильтра имеет вид:

Отклик фильтра с полосовой остановкой

Из вышеприведенных кривых амплитуды и фазы для полосового пропускающего контура видно, что величины ƒL, ƒH и ƒC совпадают с теми, которые используются для описания поведения полосового фильтра. Это объясняется тем, что полосовой фильтр является просто инвертированной или дополненной формой стандартного полосового фильтра. На самом деле определения, используемые для полос пропускания, полосы пропускания, полосы остановки и центральной частоты, такие же, как и раньше, и мы можем использовать те же формулы для расчета полосы пропускания, BW, центральной частоты, ƒC, и коэффициента качества, Q.

Идеальный полосовой фильтр имеет бесконечное затухание в своей полосе пропускания и нулевое затухание в любой из полос пропускания. Переход между двумя полосами пропускания и полосой остановки будет вертикальным (кирпичная стена). Существует несколько способов создания «полосового стоп-фильтра», и все они преследуют одну и ту же цель.

Как правило, полосовые фильтры создаются путем объединения фильтра низких частот (LPF) последовательно с фильтром высоких частот (HPF). Полосно-задерживающие фильтры создаются путем объединения секций фильтра низких и высоких частот в «параллельную» конфигурацию, как показано на рисунке.

Типичная конфигурация фильтра остановки полосы пропускания

Суммирование фильтров высоких и низких частот означает, что их частотные характеристики не перекрываются, в отличие от полосового фильтра. Это связано с тем, что их начальная и конечная частоты находятся в разных частотных точках. Например, предположим, что у нас есть фильтр низких частот первого порядка с частотой среза ƒL 200 Гц, соединенный параллельно с фильтром высоких частот первого порядка с частотой среза ƒH 800 Гц. Поскольку два фильтра соединены параллельно, входной сигнал подается на оба фильтра одновременно, как показано выше.

Все входные частоты ниже 200 Гц будут пропущены фильтром низких частот без затухания на выход. Аналогично, все входные частоты выше 800 Гц будут пропущены без ослабления на выход фильтром высоких частот. Однако частоты входного сигнала между этими двумя точками среза 200 Гц и 800 Гц, то есть от ƒL до ƒH, будут отклонены любым из фильтров, образуя зазубрину в выходной характеристике фильтров.

Другими словами, сигнал с частотой 200 Гц или меньше и 800 Гц и выше пройдет без помех, но сигнал с частотой, скажем, 500 Гц будет отклонен, поскольку он слишком высок, чтобы быть пропущенным фильтром низких частот, и слишком низок, чтобы быть пропущенным фильтром высоких частот. Мы можем показать эффект этой частотной характеристики ниже.

Характеристики фильтра остановки полосы пропускания

Преобразование этой характеристики фильтра может быть легко реализовано с помощью одной схемы фильтра низких и высоких частот, изолированной друг от друга неинвертирующим последователем напряжения (Av = 1). Выходные сигналы этих двух схем фильтра затем суммируются с помощью третьего операционного усилителя, подключенного в качестве лепестка напряжения (сумматора), как показано на рисунке.

Схема полосового фильтра

Использование операционных усилителей в конструкции полосового ограничительного фильтра также позволяет нам ввести коэффициент усиления по напряжению в базовую схему фильтра. Два неинвертирующих последователя напряжения могут быть легко преобразованы в базовый неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления Av = 1 + Rƒ/Rin путем добавления входных резисторов и резисторов обратной связи, как показано в нашем учебнике по неинвертирующим операционным усилителям.

Также если нам требуется, чтобы полосовой фильтр имел точки среза -3 дБ, скажем, на частотах 1 кГц и 10 кГц и коэффициент усиления полосы -10 дБ между ними, мы можем легко разработать фильтр низких частот и фильтр высоких частот с такими требованиями и просто соединить их вместе, чтобы сформировать нашу конструкцию широкополосного полосового фильтра.

Теперь мы понимаем принцип работы полосового фильтра, давайте спроектируем его, используя предыдущие значения частоты среза.

Пример No1

Разработайте базовый широкополосный RC-полосный фильтр с нижней частотой среза 200 Гц и верхней частотой среза 800 Гц. Найдите геометрическую центральную частоту, полосу пропускания -3 дБ и Q схемы.

Верхнюю и нижнюю точки частоты среза для полосового фильтра можно найти по той же формуле, что и для фильтров низких и высоких частот, как показано на рисунке.

Предполагая, что значение конденсатора C для обеих секций фильтра составляет 0,1 мкФ, значения двух определяющих частоту резисторов RL и RH рассчитываются следующим образом.

Секция фильтра низких частот

Секция фильтра высоких частот

Исходя из этого, мы можем рассчитать частоту геометрического центра, ƒC как:

Теперь, когда мы знаем значения компонентов для двух ступеней фильтра, мы можем объединить их в одну схему сумматора напряжения для завершения нашей конструкции фильтра. Величина и полярность выходного сигнала сумматора в любой момент времени будет равна алгебраической сумме двух его входов.

Если мы сделаем резистор обратной связи оп-ампа и два его входных резистора одинаковыми, скажем, 10kΩ, то инвертирующая суммирующая схема обеспечит математически правильную сумму двух входных сигналов с нулевым коэффициентом усиления напряжения.

Тогда окончательная схема для нашего примера полосового фильтра будет выглядеть следующим образом:

Проектирование полосового задерживающего фильтра

Мы видели выше, что простые полосовые фильтры могут быть изготовлены с использованием фильтров низких и высоких частот первого или второго порядка вместе с неинвертирующей суммирующей схемой операционного усилителя для отклонения широкого диапазона частот. Но мы также можем разработать и сконструировать полосовые фильтры для получения гораздо более узкой частотной характеристики для устранения определенных частот путем увеличения избирательности фильтра. Этот тип конструкции фильтра называется «Notch Filter».

Фильтры с засечкой

Фильтры с засечками — это высокоселективная форма полосового стоп-фильтра с высокой добротностью, которая может использоваться для отсеивания одной или очень маленькой полосы частот, а не целого диапазона различных частот. Например, может потребоваться отклонить или ослабить определенную частоту, генерирующую электрический шум (например, сетевой гул), который был наведен в цепи индуктивной нагрузкой, такой как двигатели или балластное освещение, или удалить гармоники и т.д.

Но помимо фильтрации, фильтры с переменной насечкой также используются музыкантами в звуковом оборудовании, таком как графические эквалайзеры, синтезаторы и электронные кроссоверы, для борьбы с узкими пиками в акустическом отклике музыки. Таким образом, мы видим, что фильтры с насечками широко используются примерно так же, как низкочастотные и высокочастотные фильтры.

По своей конструкции фильтры с насечками имеют очень узкую и очень глубокую полосу пропускания вокруг своей центральной частоты, причем ширина насечки описывается ее избирательностью Q точно так же, как пики резонансной частоты в RLC-цепях.

Наиболее распространенной конструкцией фильтров с засечками является сеть фильтров с засечками типа Twin-T. В своей базовой форме конфигурация twin-T, также называемая параллельным тройником, состоит из двух RC-ветвей в виде двух тройников, в которых используются три резистора и три конденсатора с противоположными и противоположными R и C элементами в тройниковой части конструкции, как показано на рисунке, что создает более глубокую засечку.

Базовая конструкция фильтра с двумя зубцами

Верхняя Т-образная конфигурация из резистора 2R и конденсатора 2C образует секцию фильтра низких частот, а нижняя Т-образная конфигурация из конденсатора C и резистора R — секцию фильтра высоких частот. Частота, на которой эта базовая конструкция фильтра с двумя Т-образными засечками обеспечивает максимальное затухание, называется «частотой засечки», ƒN, и определяется как:

Уравнение фильтра с двумя зубцами

Будучи пассивной RC-сетью, одним из недостатков этой базовой конструкции сдвоенного Т-образного режекторного фильтра является то, что максимальное значение выходного сигнала (Vout) ниже частоты режекции обычно меньше, чем максимальное значение выходного сигнала выше частоты режекции, частично из-за того, что два последовательных сопротивления (2R) в секции фильтра нижних частот имеют большие потери, чем реактивное сопротивление двух последовательных конденсаторов (C) в секции высоких частот.

Помимо неравномерного усиления по обе стороны от частоты засечки, еще одним недостатком этой базовой конструкции является то, что она имеет фиксированное значение Q, равное 0,25, порядка -12 дБ. Это происходит потому, что на частоте засечки реактивное сопротивление двух последовательных конденсаторов равно сопротивлению двух последовательных резисторов, в результате чего токи, протекающие в каждой ветви, расходятся по фазе на 180o.

Мы можем улучшить эту ситуацию, сделав фильтр с засечками более избирательным с помощью положительной обратной связи, подключенной к центру двух опорных ножек. Вместо того чтобы соединять спай R и 2C с землей (0 В), вместо этого подключите его к центральному выводу сети делителя напряжения, питаемого выходным сигналом. Величина обратной связи, задаваемая коэффициентом делителя напряжения, определяет значение Q, которое, в свою очередь, в некоторой степени определяет глубину засечки.

Однотактный фильтр с двумя T-образными засечками

Здесь выход из секции сдвоенного Т-образного режекторного фильтра изолирован от делителя напряжения одним неинвертирующим буфером операционного усилителя. Выход с делителя напряжения подается обратно на точку «земли» R и 2C. Величина обратной связи сигнала, известная как доля обратной связи k, задается соотношением резисторов и имеет вид:

Значение Q определяется соотношением резисторов R3 и R4, но если бы мы хотели сделать Q полностью регулируемым, мы могли бы заменить эти два резистора обратной связи одним потенциометром и подать его на другой буфер оп-ампа для увеличения отрицательного усиления. Кроме того, для получения максимальной глубины засечки на заданной частоте, резисторы R3 и R4 можно исключить, а соединение R и 2C подключить непосредственно к выходу.

Пример No2
Разработайте узкополосный RC-фильтр с двумя ОУ с центральной частотой среза ƒN 1 кГц и полосой пропускания -3 дБ 100 Гц. Используйте в конструкции конденсаторы 0.1uF и рассчитайте ожидаемую глубину засечки в децибелах.

Приведенные данные: ƒN = 1000 Гц, BW = 100 Гц и C = 0,1 мкФ.

Рассчитайте значение R для заданной емкости 0,1uF.

2. Рассчитайте значение Q

3. Рассчитайте значение доли обратной связи k

4. Вычислите значения резисторов R3 и R4

5. Рассчитайте ожидаемую глубину надреза в децибелах, дБ

Проектирование фильтров с насечками

Краткое описание полосового стоп-фильтра

Мы видели, что идеальный полосовой фильтр имеет частотную характеристику, обратную полосовому фильтру. Полосовые фильтры блокируют или «отклоняют» частоты, лежащие между двумя точками среза (ƒL и ƒH), но пропускают все частоты по обе стороны от этого диапазона. Диапазон частот выше ƒL и ниже ƒH называется полосой останова.

Фильтры остановки полосы достигают этого путем суммирования выходов фильтра высоких частот и фильтра низких частот (особенно для широкополосной конструкции), при этом выход фильтра является разностью. Конструкцию полосового фильтра с широкой полосой пропускания также называют полосовым отклоняющим фильтром, а конструкцию полосового фильтра с узкой полосой пропускания — полосовым фильтром. В любом случае, полосовые фильтры являются фильтрами второго порядка.

Фильтры с засечками предназначены для обеспечения высокого затухания на одной частоте и вблизи нее при незначительном или нулевом затухании на всех остальных частотах. Для получения глубокой зазубрины в фильтрах с зазубринами используется параллельная сеть сопротивления-емкости (RC) в виде двойного тройника. Более высокие значения Q можно получить, подавая часть выходного сигнала на соединение двух тройников.

Чтобы сделать фильтр с засечками более избирательным и с регулируемыми значениями Q, можно соединить стык сопротивления и емкости в двух тройниках с центральной точкой делителя напряжения, подключенного к выходному сигналу фильтра. Правильно спроектированный фильтр с засечками может давать затухание более -60 дБ на частоте засечки.

Фильтры с засечками имеют множество применений в электронике и коммуникационных схемах, и, как мы видели здесь, они могут использоваться для удаления полосы нежелательных частот из системы, позволяя другим частотам проходить с минимальными потерями. Фильтры с насечками могут быть высокоселективными и могут быть разработаны для отклонения или ослабления определенной частоты или гармоник, создающих электрический шум, например, сетевой гул в цепи.

FPV Квадрокоптер: Фильтрация в Betaflight

На днях, я все таки решил обновиться до Betaflight 4.2 и все вокруг советуют включить фильтрацию с двухсторонним DShot. К слову она была и в 4.1.

Для начала, давайте немного разберемся, что такое фильтрация и зачем она нужна.
По умолчанию Betaflight задает общие настройки фильтрации подходящие для большинства моделей. Но для достижения наибольшего перфоманса, фильтрация может быть настроена по другому, так как ее может быть излишне или не достаточно для потрепанного квадрокоптера.

MEMS Гироскоп

У каждого квадрокоптера есть FC — Flight Controller, который по сути является мозгами. На этих контроллерах так же присутствует цифровой чип, который часто называют gyro — гироскоп. Это сенсор, который чувствует движение. Он содержит в себе маленькое электро-механическое устройство, которое так и называется — MEMS (Micro Electro Mechanical System).

Внутри этого устройства расположены механически резонирующие «вилки». Эти вилки, расположены по всем трем осям (pitch, roll, yaw) и двигаясь (механическая часть) создают флуктуации вольтажа (электрическая часть).

Флуктуации (колебания) вольтажа, по факту являются аналоговыми волнами, которые преобразуются в цифровую информацию для обработки полетным контроллером. Когда мы говорим 8k gyro, это значит, что 8000 раз в секунду, аналоговый сигнал превращается в цифровой и обрабатывается контроллером, прошивкой, в данном случае Betaflight.

Шум — это термин, который мы часто слышим, но, что это такое? Как правило, мы сразу же представляем звуковой шум или шумную обстановку в очередном 23 этажном муравейнике.

Гироскоп и PID контроллер сталкиваются с похожей проблемой. Так как гироскоп расположен на полетном контролере, который прикреплен к раме, он испытывает шум. Шум может исходить от: моторов, пропеллеров, ветра на скорость, общий шум от рамы, электроники etc.

PID Controller

PID Controller — это такая система которая корректирует позицию квадрокоптера согласно стикам (вашему управлению) или заданного положения (ну, что бы его не колбасило). PID настраивается за счет 3х параметров — P, I и D. К сожалению в этой статье мы не будем детально рассматривать настройку PID. Если вы пилот, то уже знаете, а если новичок, но на эту тему будет отдельная статья.

Эта система хорошо работает, когда количество шумов минимальна, иначе мы можем столкнуться с такими проблемами как осцилляция (вибрации) или перегрев моторов.

D term в PID контроллере имеет особенно отношение к шуму. D сглаживает быстрые движения, но вычисление D в PID контроллере значительно усиливает шум в сигнале. Это означает, что шум от гироскопа существенно усиливается значением D term и поэтому мы фильтруем в двух местах — гироскоп и D.

В качестве примера такого приумножения покажу вам такие вот логи:
Первый график — гироскоп
Второй график — PID
Третий — моторы

(это нормальные пропеллеры, с немного уменьшенной фильтрацией)

(Как видите вибрации от плохих пропеллеров усиливаются на этапе PID контроллера, что ведет к излишнему напрягу моторов, их буквально колбасит)

Фильтрация

Процесс фильтрации заключается в удалении лишнего шума из сигнала от гироскопа. Но какую часть сигнала от гироскопа мы хотим оставить, а какую отфильтровать?

Честно не могу вам в красках рассказать, но так сложилось, что в бетафлайт, шум, а точней вибрации измеряются в Hz. 1Hz — одна ротация в секунду. Делается это как для простоты визуализации и работы с этими переменными. А еще, турбулентность технически называется «rate of change of rotation» — частота изменения ротации.

Скорость движения квадрокоптера лежит в районе 0-30 Hz. Выше 30Hz до 80Hz у нас находится пропвош (propwash), когда квадрокоптер трясет от турбулентности в собственных потоках. Информация в пределах 0 — 80Hz важна для PID контроллера, поэтому ее мы трогать не будем.

С помощью PIDtoolbox можно рисовать вот такие карты:

Low Pass

Как показывает предыдущий график — сигнал от гироскопа содержит информацию от 0 Гц до 1000 Гц, но нас интересует только диапазон 0-80 Гц, поскольку это фактическое движение квадрокоптера, о котором должен знать PID-контроллер. Таким образом, нам нужно решение для фильтрации, чтобы позволить низким частотам проходить через PID-контроллер, в то же время ослабляя высокие частоты, и для этого мы можем использовать фильтр Low Pass (Низких частот).

Фильтры нижних частот пропускают низкочастотный сигнал и ослабляют высокие частоты, которые в основном являются просто шумом.

Устанавливается частота среза, и контроллер просто уменьшает сигналы выше этой частоты. Кривая затухания позволяет не срезать все под чистую, а чем выше частота шума, тем сильней происходит его затухание, плавно.

Часто пилоты допускают ошибку устанавливая такой фильтр на той же частоте, что и видимый шум. Например на 200Hz. Поскольку фильтр плавно ослабляет шум, установка такого фильтра не даст особого результата. Фильтр стоит устанавливать на более низкие частоты. Возможно, даже на 80Hz.

Устанавливая фильтрацию, следует помнить об одной простой вещи. Чем больше фильтрации тем больше задержка. Понятное дело, что она в миллисекундах и не значительная, но для PID-контроллера это критично. Так как он начнет реагировать на события позже, а это значит, что он будет пытаться выровнять квадракоптер в прошлом 🙂

Notch фильтр

Notch переводится как зарубка, собственно это примерно так и выглядит:

Фильтра откидывают часть шума ниже и часть шума выше. Начиная с Betaflight 3.1 эти фильтры являются динамическими, и подстраиваются под различный шум.

Фильтра используются в связке с Low Pass фильтрами, но используются уже для фильтрации шумов от моторов, которые находятся выше.

D term фильтрация

Как было сказано выше, D способен приумножать шумы от гироскопа, поэтому в Betaflight есть фильтрация D. Ниже на грификах видно уровень шума до фильтрации и после.

В сообществе нет четкого понимания, стоит ли сильно фильтровать D или нет. Но есть правило горячих моторов, чем меньше фильтрация и чем выше D, тем сильней они греются и могут даже сгореть. Но и в обратную сторону мы получаем задержку.

RPM Filter

Так вот, собственно, что новое я стал использовать, так это RPM фильтрацию. Она работает за счет двухстороннего протокола DSHOT который позволяет полетному контроллеру узнать точное количество оборотов конкретного мотора. И уже на основании этих данных применяется фильтрация.

(Ваш ESC должен поддерживать двухсторонний DHSOT)

Прошивка на ESC, от 3.7

Если моторы греются, то это проблема. Горячие моторы могут быть признаком того, что на моторы попадает много шума и они пытаются реагировать на вибрации так часто, что начинает выделяться тепло.

Греться моторы могут по ряду причин, старая рама, погнутые колокола у моторов, нарушенная балансировка, лишние прибомбасы на вашем коптере.

Конечно лучше иметь, как говорят clean build, и что бы все было новое, но можно сперва попробовать настроить фильтрацию.

Для начала можно начать с увеличения фильтрации D, делать шаги в 20 Hz. Проверяйте температуру после каждого такого шага и найдите свой оптимальный диапазон.

А искать его следует между температурой моторов и вибрациями. Как было сказано выше, хоть и фильтрация призвана уменьшить количество шума, она может накладывать некоторые задержки и PID контроллер может не успевать. И как бы это смешно не было, вызывать вибрации. Но эти вибрации не относятся к пропвош. Это уже просто неэффективная работа PID.

В последних версиях Betaflight есть ползунки, пробуйте не менять значения самих фильтров, а попробуйте использовать эти «мастер» ползунки.

На текущий момент у меня такие настройки с включенным RPM фильтром, возможно я попытаюсь уменьшить фильтрацию еще больше:

Notch filter что это

Иллюстрированный самоучитель по Adobe Audition 1.5

Notch Filter

Читайте также

3.4. Таблица Filter

Andromeda Rainbow Filter

Andromeda Velocity Filter

Andromeda cMulti Filter

Andromeda SMulti Filter

Andromeda Reflection Filter

Andromeda Designs Filter

Andromeda Prism Filter

Andromeda Halo Filter

Andromeda Star Filter

Photo Filter (Фотофильтр)

Софтерра: Helicon Filter

13.5. Photo Filter (Фотофильтр)

FFT Filter (process)

Quick Filter (process)