振动频谱与机械整改¶
振动分析的目标不是把频谱图调得平滑，而是找到能量从哪里进入传感器，并优先从机械源头消除它。
只有基线悬停与日志证据已经取得已授权C层飞行日志，且日志完整性通过后，才能使用本节。
惯性测量单元、快速傅里叶变换、每分钟转数、日志丢帧和传感器削波等术语统一按专题术语表解释。
不可绕过的原则¶
- 先确认日志，再解释频谱；
- 先排机械，再讨论滤波；
- 一次只改变一个部件或安装状态；
- 使用相同动作、载荷和电池条件复测；
- 每次短测试后落地查日志；
- 每次落地检查电机和电调温度；
- 每一步保留修改前状态和回滚方法。 绝不允许用滤波掩盖：
- 松动的紧固件；
- 弯曲的电机轴；
- 破损、变形或不平衡的螺旋桨；
- 粗糙、松旷或受损的轴承；
- 飞控软安装件碰到机架、外壳或螺钉；
- 线束、天线或附件敲击飞控；
- 裂纹、脱胶或明显柔性的机臂与载荷支架。
其中任一项未排除，滤波阶段保持
阻断。
输入门禁¶
开始分析前必须具备： - 当前飞行器身份与起飞质量； - 固件、配置和日志工具版本； - 螺旋桨、电机、电子调速器和电池身份； - 飞控安装和线束照片； - 完整的原始飞行日志； - 可计算的有效采样率； - 已量化的dropout或损坏段； - 可定位的稳定悬停窗口； - 落地后温度和异常记录； - 未修改的配置基线。 采样率不明时，频率轴不可信。 dropout覆盖关注窗口时，峰值高度、频带能量和前后对比均不得作为结论。
先区分运动和振动¶
低频成分可能来自： - 操作者输入； - 姿态恢复； - 阵风； - 位置控制； - 地效； - 柔性载荷摆动。 较高频或随油门移动的成分可能来自： - 电机转动； - 桨叶通过； - 谐波； - 轴承； - 机架结构模态； - 附件或线束碰撞。 这只是建立假设，不能只凭频率高低直接指定故障部件。
频谱图必须带上下文¶
每张频谱或时频图都应标明： - 原始日志文件； - 飞行器和配置身份； - 分析工具与版本； - 信号来自哪个传感器实例； - 原始、滤波前还是滤波后信号； - 横滚、俯仰或偏航轴； - 采样率和理论奈奎斯特频率； - 窗口起止时间； - 窗函数、重叠率和频率分辨率； - 是否去除均值或趋势； - dropout位置； - 同期油门、电机转速和动作。 缺少这些信息的图只能作为线索，不能作为整改验收。
建立时域检查¶
先看时域，再看频域： 1. 排除起飞、着陆和碰地冲击； 2. 标出稳定悬停段； 3. 标出每个小幅测试动作； 4. 检查传感器是否削顶； 5. 检查时间戳是否跳变； 6. 比较三个轴的幅度和形态； 7. 对齐油门、电机输出和转速； 8. 标出控制器明显振荡的时段； 9. 检查异常是否只在某一电池电压出现； 10. 确认分析窗口足够长。 孤立冲击产生的宽带能量不等于持续机械噪声。 控制器引发的振荡也会出现在陀螺仪中，因此不能把所有峰都归因于机械。
读取频谱的基本方法¶
窄峰¶
稳定窄峰通常提示周期性激励或结构模态。 观察它是否： - 随总油门移动； - 跟随某一个电机转速； - 在倍频位置重复； - 只集中在一个轴； - 在改变安装预紧后变化； - 在更换单个部件后消失。
宽带抬升¶
宽带能量可能来自： - 多个相近峰叠加； - 摩擦或间歇碰撞； - 气动乱流； - 轴承粗糙； - 松散部件； - 控制输出快速抖动； - 采样混叠。 宽带抬升不适合用一个静态陷波草率处理。
随转速移动的斜线¶
时频图中随转速移动的能量轨迹可能与旋转系统相关。 只有在转速遥测可信、磁极数正确且时间对齐后，才能把轨迹与电机基频或谐波关联。 错误的磁极数会让换算后的机械转速整体偏移。
固定频率峰¶
不随油门变化的峰可能是： - 机架固有模态； - 固定频率电子干扰； - 安装结构共振； - 采样或处理伪影； - 其他恒速设备。 必须通过单变量机械试验区分，不能直接增加静态陷波。
机械检查必须断电¶
卸下电池并确认储能释放后检查：
螺旋桨¶
- 型号、尺寸和旋向一致；
- 没有裂纹、缺口、弯曲和分层；
- 桨毂与电机安装面贴合；
- 紧固件和锁紧方式正确；
- 没有装反或与机架干涉；
- 同组桨叶质量与几何状态可追溯。 可疑螺旋桨直接隔离，不靠继续飞行“验证”。
电机与轴承¶
- 电机轴无可见弯曲；
- 手转无周期性卡点；
- 径向和轴向间隙无异常；
- 轴承无沙感、摩擦声或松旷；
- 钟罩无擦碰和磁钢松动；
- 电机座平整且紧固；
- 螺钉长度不会顶到绕组。 单个电机温度明显高于其余电机时，应优先检查负载、轴承、安装和电子调速器。
机架与载荷¶
- 机臂无裂纹、分层和永久变形；
- 中心板、立柱和紧固件无松动；
- 电池固定后不会拍击机架；
- 相机、云台、天线和导航模块无自由摆动；
- 载荷重心和固定方式与基线一致；
- 导线有应力释放且不敲击传感器；
- 外壳和保护件不形成周期性接触。
飞控软安装¶
- 减振件型号和安装方向一致；
- 压缩量均匀；
- 螺母没有把减振件压实；
- 飞控板不接触立柱、螺钉、外壳或焊点；
- 线束不会把飞控拉向一侧；
- 飞控没有大幅自由摆动；
- 插头和存储卡不会碰壳。 过硬会传递振动，过软会增加结构延迟并允许碰撞。 “越软越好”不是有效规则。
拆桨电机检查的边界¶
在已批准、固定机体、拆除全部螺旋桨的条件下，可以逐个短时转动电机，寻找： - 特定转速的异响； - 单个电机的明显振感； - 输出不连续； - 转速遥测中断； - 电机或电调异常升温。 拆桨转动不能复现桨叶气动力、桨负载和整机飞行共振。 不得手持带桨飞行器进行类似检查。
单变量机械整改¶
每一轮只允许一种明确变更，例如： - 更换一副已确认损坏的螺旋桨； - 更换一个轴承异常的电机； - 重新紧固一个松动连接； - 重新布置一束碰触飞控的线； - 修正一个减振件预紧状态； - 固定一个摆动附件； - 更换一根开裂机臂。 不得在同一轮同时换桨、改软安装、改滤波和改比例积分微分控制器（PID，Proportional-Integral-Derivative Controller）。 多项同时变化后，即使频谱改善，也无法知道哪一项有效。
整改后的回退层级¶
机械整改会使原门禁证据部分失效，不能统一“直接重飞”：
| 变化 | 最低回退层级 | 原因 |
|---|---|---|
| 电机、电子调速器、螺旋桨型号或电池规格变化 | B1 | 动力组合的推力、电流、转速、压降和温升关系已经变化 |
| 更换同一批准型号的单片桨、紧固件或电机个体 | 由动力与地面负责人评估B1是否仍适用，至少回到B2 | 个体状态和整机振动需要重新验证 |
| 机臂、机架、飞控减振、线束或载荷固定变化 | B2 | 结构传递、碰触、磁场、散热或射频条件已经变化 |
| 飞控、传感器、固件目标、混控或输出身份变化 | A，并由影响分析决定是否重做B1/B2 | 配置、方向和控制链身份需要重新建立 |
| 只完成日志分析、没有改变实体或参数 | 不回退，但仍需D0测试卡 | 新诊断动作仍属于独立飞行授权 |
回退后的层级必须重新达到通过，才能申请C或D。影响分析和批准人应写入整改记录。
整改闭环¶
每轮执行： 1. 保存整改前照片、配置和日志； 2. 写出假设与预期变化； 3. 只做一项机械变更； 4. 复查装配和重心； 5. 先完成拆桨检查； 6. 按回退矩阵重新完成受影响的A、B1或B2门禁； 7. 重新取得C或D0短测试授权； 8. 使用与基线相同的悬停和小幅动作； 9. 落地后检查日志； 10. 检查每个电机和电调温度； 11. 比较同一信号、同一窗口和同一坐标尺度； 12. 接受、拒绝或标记证据不足； 13. 无改善时回滚，避免累积未知状态。
对比时保持不变¶
尽量保持： - 固件与配置； - 日志字段与采样设置； - 螺旋桨型号； - 电池规格和荷电状态范围； - 起飞质量与载荷； - 测试动作； - 飞行时长； - 场地和风况； - 分析窗口与工具设置。 无法保持的变量必须写入差异说明。
从轴向和工况定位¶
| 证据模式 | 优先假设 | 还需验证 |
|---|---|---|
| 单轴明显高于其他轴 | 安装方向、单轴碰触、局部结构 | 换轴对照、目检、预紧 |
| 横滚和俯仰同时升高 | 电机、桨、整体隔振 | 单电机检查、桨状态 |
| 垂向振动突出 | 桨叶轨迹、轴向间隙 | 桨面、钟罩和轴承 |
| 随油门连续移动 | 旋转激励或谐波 | 可信转速与磁极数 |
| 固定窄峰 | 结构模态或固定源 | 安装和部件单变量试验 |
| 间歇宽带脉冲 | 碰撞、松动、线束拍击 | 视频、时域与拆机检查 |
| 该表只排列检查优先级，不是故障诊断结论。 |
ArduPilot平台判据¶
在ArduPilot Copter 4.7.1语境下，VIBE的VibeX、VibeY和VibeZ表示主惯性测量单元加速度输出经5 Hz高通处理后的标准差，单位为m/s²。传感器实例、字段定义和处理链必须与日志对应。
官方要求在正常飞行而非仅柔和悬停中评估该指标，并建议主要数值通常低于30 m/s²。
超过30 m/s²可能出现问题，超过60 m/s²几乎总会影响位置或高度保持。
Clipping理想情况下不增长；持续增长表示严重振动问题。
这些数值只适用于ArduPilot对VIBE和裁剪字段的定义。
不得把它们套用到Betaflight、INAV、PX4的其他字段、原始IMU幅度或频谱纵轴。
即使VIBE未越线，明确的机械缺陷仍必须修复。
C层柔和悬停只能形成悬停条件下的初步结论。扩展到普通飞行、较高速度或任务动作前，必须在相应D层子包线中重新验证振动，不得用C层数值关闭更广飞行包线。
各平台的证据重点¶
Betaflight 2026.6.2¶
比较原始与滤波后陀螺仪、各轴频谱、电机命令和可信的RPM轨迹。
Blackbox默认1/4只是循环抽取比例，不是固定Hz。
日志设备常可能为NONE；没有真实记录设备时不能宣称“Blackbox正常”。
RPM证据要求双向DShot工作且电机真实磁极数正确。
INAV 9.1.0¶
保留原始陀螺仪、加速度计、电机和需要的峰值字段。
约1/32的日志细节不足以诊断振动或PID问题。
优先消除加速度计机械振动，因为它还会影响高度与导航估计。
ArduPilot Copter 4.7.1¶
先看Clipping是否增长，再结合VIBE三轴和原始IMU频谱。
把悬停、普通飞行和着陆冲击分开。
滤波配置应在机械整改达到门禁后进行。
PX4 v1.17.0¶
启用适合分析的高频日志后，比较同一飞行器的控制与执行器频谱。
官方明确要求不要用滤波修复高振动车辆，应先处理硬件。
不同飞行器图表纵轴尺度可能不同，因此不能跨机直接比峰值高低。
机械阶段的停止条件¶
- 找到裂纹、松动、碰擦或不可靠紧固；
- 螺旋桨状态不能确认；
- 电机轴、钟罩或轴承异常；
- 转速遥测与实际运动不一致；
- 软安装碰壳或被线束旁路；
- 测试后任一电机或电调异常升温；
- 日志出现未解释dropout；
- 采样率或字段来源不明；
- 同一条件下结果不可重复；
- 振动整改后控制表现恶化。
停止后回到机械检查或日志链路，不进入滤波。
机械整改通过标准¶
进入滤波前至少应确认：
- 所有已知机械缺陷已经关闭；
- 无可见松动、弯轴、坏桨和轴承异常；
- 飞控软安装无碰壳、压实或线束旁路；
- 相同测试下异常峰可重复地降低或已有合理来源；
- 没有持续增长的裁剪证据；
- 电机和电调温度在项目限制内且分布合理；
- 日志完整、采样率已知；
- 整改记录可回滚；
- 仍存噪声已明确进入滤波候选表。
通过表示可以研究滤波，不表示可以提高控制增益。
结果标签¶
基线日志完整性：通过/不通过
机械缺陷：已关闭/未关闭/未发现
单变量整改记录：完整/不完整
复测条件一致性：通过/有差异
dropout：填写比例与位置/不明
有效采样率：填写Hz/不明
电机与电调温度：通过/不通过/未测
机械阶段：通过/阻断/证据不足
滤波阶段：允许/禁止
PID与前馈：未开始
检查理解¶
- 为什么频谱窄峰不能直接等同于某个损坏部件？
- 哪些机械问题绝不能用增加滤波掩盖？
- 为什么软安装过软也可能造成问题？
- ArduPilot的
VIBE数值为什么不能作为跨平台标准？ - 为什么每轮机械整改只能改变一个明确变量？