Notch dinâmico e ressonância da estrutura: o que filtrar e o que corrigir

Um pico acentuado no espectro do giroscópio pode ser cortado com um filtro notch ou eliminado na origem. Este guia mostra como diferenciar o ruído dos motores da ressonância da estrutura em um log, como o bbdoctor detecta uma ressonância e por que às vezes não informa a frequência, além de quais configurações de notch pilotos de verdade usam em logs do Betaflight 4.2 a 2025.12, INAV 8 e PX4.

Notch, passa-baixa e filtro RPM: o que cada um remove e quanto custa

Todos esses filtros limpam o sinal do giroscópio antes de ele chegar ao controlador PID, e todos acrescentam atraso. A diferença está no que cada um procura:

• Filtros passa-baixa (gyro_lpf1_static_hz, gyro_lpf2_static_hz) atenuam tudo acima da frequência de corte, seja o que for. O atraso é quase uniforme em toda a banda de controle.
• O filtro RPM coloca notches estreitos nos harmônicos de 1×, 2× e 3× de cada motor, usando a telemetria DShot bidirecional. Ele acompanha os motores e deixa todo o resto como está. A configuração está explicada no guia do filtro RPM.
• O notch dinâmico procura os picos mais fortes no espectro do giroscópio entre dyn_notch_min_hz e dyn_notch_max_hz e coloca dyn_notch_count notches por eixo nesses picos. Ele não distingue se um pico vem dos motores ou da estrutura.
• Um notch estático (gyro_notch1_hz, gyro_notch2_hz) fica sempre em uma frequência. É a ferramenta para uma ressonância conhecida.

O atraso de um notch depende de sua posição e largura. Os valores abaixo foram calculados para um laço de 4 kHz com um biquad no estilo Betaflight. O que importa é o atraso entre 20–40 Hz, faixa em que ocorre o movimento real do quadricóptero.

Duas regras se aplicam. Um notch estreito nas frequências altas do espectro quase não custa nada; um notch largo ou nas frequências baixas custa tanto quanto um bom passa-baixa. E três notches próximos atrasam o sinal três vezes mais que um.

Ruído dos motores ou ressonância da estrutura: linhas diagonais e verticais

A visualização mais clara é um mapa de calor do acelerador: frequência no eixo horizontal, acelerador no vertical e brilho indicando o nível de ruído. A rotação dos motores aumenta com o acelerador, então os harmônicos dos motores formam linhas diagonais. A ressonância da estrutura é uma frequência natural da estrutura e não depende do acelerador, então forma uma linha vertical.

Esse último ponto importa: a ressonância quase sempre fica mais brilhante onde uma linha dos motores cruza com ela. O motor é a fonte, e a estrutura amplifica a vibração. Um quadricóptero de 7 polegadas com Betaflight 4.6 mostra bem isso. O piloto já tinha configurado um notch estático em 160 Hz.

O bbdoctor não classificou esse caso como ressonância: a linha supera o limite em apenas cerca de metade das faixas de acelerador, e o limite é 60%. É uma decisão razoável. Um pico assim fica na fronteira entre a estrutura e os motores, e os filtros já configurados dão conta dele. O ruído filtrado aqui é de 0.66 deg/s, então não há motivo para mexer nos filtros. O ruído bruto, porém, é de 7.9 deg/s, e o bbdoctor aponta corretamente para as hélices, os motores e a estrutura.

Como o bbdoctor encontra uma ressonância e por que às vezes não informa a frequência

Entender como o detector funciona ajuda a interpretar o relatório:

1. O voo é dividido em janelas de 256 amostras com 50% de sobreposição. Cada janela entra em uma de 20 faixas de acelerador, conforme o acelerador médio. Uma faixa é contabilizada se contiver pelo menos 4 janelas.
2. Para roll e pitch, cada faixa recebe um espectro, e o “piso” é uma mediana móvel calculada sobre 15 frequências vizinhas. O passo da grade é a taxa de registro dividida por 256: cerca de 4 Hz em um log de 1 kHz e cerca de 16 Hz em um log de 4 kHz.
3. Uma frequência conta como ressonância se seu pico ficar mais de 6 dB acima do piso em pelo menos 60% das faixas de acelerador. Frequências abaixo de 60 Hz ou nos 5% superiores antes de Nyquist são ignoradas.
4. Picos de roll e pitch separados por até 10 Hz são agrupados em um só.

Com um divisor de registro, o blackbox do Betaflight grava uma de cada N amostras sem filtro anti-aliasing. Tudo que estiver acima da metade da taxa de registro retorna em uma frequência mais baixa; por isso, um pico em 827 Hz num log de 1013 Hz aparece em 186 Hz. O log sozinho não permite desfazer isso, então o bbdoctor lista as possibilidades: f, fs − f e fs + f.

A regra no código: a frequência não é ambígua se o log roda na taxa do laço PID ou se é registrado a 2 kHz ou mais e o pico está abaixo da metade da frequência de Nyquist. Para um log de 2 kHz, isso significa abaixo de 500 Hz. Os três voos 6S são o exemplo clássico. Eles usam blackbox_sample_rate = 1/4, então a ressonância real pode estar em 186 Hz nos braços ou em 827 Hz na stack. Isso muda tanto o notch quanto o lugar onde você deve procurar o problema.

Nos três logs, o bbdoctor informa “Filtros: há margem, mas ainda é cedo para flexibilizá-los (atraso de 2.2–2.3 ms)”. O ruído filtrado é de 0.5–0.6 deg/s, mas o giroscópio bruto registra 4.8–7.4 deg/s e há uma ressonância. Aumentar as frequências de corte antes de corrigir a parte mecânica e confirmar a frequência só deixa esse pico chegar aos PIDs.

Configurações do notch dinâmico por versão do Betaflight

Os nomes dos parâmetros mudaram duas vezes, no 4.2 e no 4.3. Não sabe o que seu firmware tem? Digite get dyn_notch na CLI para listar todos os parâmetros correspondentes.

Configurações usadas em logs reais do nosso conjunto (todos com DShot bidirecional, exceto o último):

Quantidade de notches. Com o filtro RPM funcionando, comece com um ou dois. As notas do 4.3 dizem que raramente são necessários mais de dois ou três e que muitas vezes um basta. Sem o filtro RPM, os notches fazem esse trabalho, e as notas sugerem três ou quatro com Q em torno de 120–150.

Q. As notas do 4.3 indicam 300–450 como uma boa faixa para voo freestyle. Nos logs com o filtro RPM, o Q fica entre 350–500. Um Q baixo só faz sentido sem o filtro RPM, quando o notch precisa cobrir o ruído dos motores espalhado por várias frequências.

min_hz e max_hz. Encontre a linha mais baixa que você realmente quer capturar no mapa de calor (com o filtro RPM, geralmente é a ressonância; sem ele, o harmônico 1× dos motores no acelerador de voo pairado) e configure dyn_notch_min_hz cerca de 20 Hz abaixo dela. As notas recomendam manter o mínimo tão alto quanto for prático, pois isso reduz o atraso. Nos logs acima, o valor fica entre 90–120 Hz nos quadricópteros menores e em 70 Hz no modelo de 7 polegadas, cujos motores giram a 125–155 Hz com 20–35% de acelerador. Configure dyn_notch_max_hz logo acima do pico mais alto que precisa capturar: uma faixa mais larga significa resolução mais grosseira.

set dyn_notch_count = 1
set dyn_notch_q = 500
set dyn_notch_min_hz = 100
set dyn_notch_max_hz = 600
save

Essa é a configuração do quadricóptero 6S na tabela: um ponto de partida razoável no 4.3 ou superior com o filtro RPM, mas não uma receita universal.

Notch estático como solução temporária

Quando não há ambiguidade na frequência, o bbdoctor fornece um comando para notch estático: centralize-o na ressonância e configure a frequência de corte inferior para 0.7 vezes esse valor. O Betaflight calcula Q a partir do centro e do corte usando Q = f·c / (f² − c²). Com c = 0.7f, Q ≈ 1.37, e a banda de −3 dB vai de 0.7f a 1.43f. Ela é larga de propósito. A ressonância varia com o aperto dos parafusos e a temperatura, e um mapa de calor de um log de 4 kHz só a localiza até metade de um passo da grade, cerca de 8 Hz. Se um log 1/1 confirmar que a ressonância do quadricóptero 6S está mesmo em 186 Hz, o comando é:

set gyro_notch1_hz = 186
set gyro_notch1_cutoff = 130
save

O piloto do modelo de 7 polegadas escolheu 160/120, que corresponde a Q 1.71 e a um corte um pouco mais estreito. Como mostra a tabela acima, isso custa cerca de 0.6 ms em 20 Hz, o mesmo que um PT1 de 250 Hz. É um preço razoável para um único pico, mas não justifica acrescentar outro “por precaução”. As notas do 4.3 acrescentam uma dica útil: quando o notch estático assume uma ressonância que ocorre sempre na mesma frequência, reduza dyn_notch_count em um.

INAV. O INAV não tem notch estático para o giroscópio (só acc_notch_hz para o acelerômetro), então o bbdoctor não fornece um comando para o INAV. Resta o notch dinâmico: dynamic_gyro_notch_enabled, dynamic_gyro_notch_q, dynamic_gyro_notch_min_hz. Nosso log do INAV usa Q 250 com mínimo de 126 Hz. Se um log em taxa máxima confirmar a ressonância em 117 Hz, o notch dinâmico não consegue alcançá-la até você baixar o mínimo para cerca de 100. Saiba mais no guia do blackbox do INAV.

ArduPilot. O bbdoctor ativa o segundo notch harmônico no modo de frequência fixa, com largura de banda de f/2 e atenuação de 40 dB. Depois de configurar INS_HNTC2_ENABLE = 1, atualize a lista de parâmetros para que os outros parâmetros INS_HNTC2_* apareçam. Consulte o guia de logs do ArduPilot.

PX4. A partir da versão 1.13, os parâmetros são IMU_GYRO_NF0_FRQ e IMU_GYRO_NF0_BW; na 1.12 e anteriores, IMU_GYRO_NF_FREQ e IMU_GYRO_NF_BW. O bbdoctor define a largura de banda como 0.3 vezes a frequência. O log do PX4 1.15.4 foi registrado a 8 kHz, então o pico de 469 Hz não é ambíguo e os comandos são:

param set IMU_GYRO_NF0_FRQ 469
param set IMU_GYRO_NF0_BW 141

O mesmo log está com o notch FFT ativado (IMU_GYRO_FFT_EN = 1), mas sua faixa vai de 30–150 Hz e nunca alcança 469 Hz. Já IMU_GYRO_CUTOFF = 40 custa cerca de 5.6 ms de atraso, enquanto um notch em 469 Hz com largura de banda de 141 Hz custa cerca de 0.1 ms. Mesmo assim, o bbdoctor diz que ainda é cedo para flexibilizar os filtros: o ruído bruto de roll é de 6.4 deg/s, então a parte mecânica vem primeiro. Os detalhes do PX4 estão no guia do ULog.

Corrija a parte mecânica primeiro: o que verificar conforme a frequência

O bbdoctor separa as ressonâncias em 250 Hz e indica em sua análise a causa provável:

Desconecte a bateria e retire as hélices antes de mexer na estrutura. Antes de qualquer reparo, coloque hélices novas e verifique os motores, pois são eles que excitam a ressonância. O guia de vibração explica como identificar no log qual motor está causando o problema; o guia de motores quentes explica o ruído e a filtragem em geral.

Confirme com um log curto em taxa máxima

1. Registre na taxa do laço PID. No Betaflight 4.3 ou superior, use set blackbox_sample_rate = 1/1; no INAV, blackbox_rate_num = 1 e blackbox_rate_denom = 1; no PX4, os bits 4 (High rate) e 8 (Raw FIFO high-rate IMU Gyro) em SDLOG_PROFILE; no ArduPilot 4.5 ou superior, INS_RAW_LOG_OPT mais o bit IMU_RAW em LOG_BITMASK. A memória flash enche quatro vezes mais rápido do que em 1/4.
2. Confirme que o giroscópio bruto está sendo registrado. A partir do 4.5, ele tem um campo próprio; no 4.0–4.4, você precisa de debug_mode = GYRO_SCALED. Os detalhes estão no guia de configuração do blackbox.
3. Voe por um minuto: fique pairando, suba em linha reta e suavemente até 70–80% de acelerador e mantenha alguns patamares de acelerador por alguns segundos cada. O detector precisa de janelas em várias faixas de acelerador, não apenas durante o voo pairado.
4. Envie o log para o bbdoctor. Se a ressonância não for ambígua, a análise dirá “Ressonância em X Hz em qualquer nível de acelerador” e incluirá comandos para o notch.
5. Corrija primeiro a parte mecânica e voe de novo. Só acrescente o notch se o pico continuar; depois, faça mais um log: a elevação naquela frequência deve desaparecer do giroscópio filtrado, e o ruído filtrado não deve aumentar.
6. Volte a usar o divisor de registro normal.

set blackbox_sample_rate = 1/1
save

Os erros mais comuns

• Aplicar o notch a uma frequência causada por aliasing. Um log 1/4 mostra um pico em 186 Hz, você aplica o notch em 186 Hz, mas a ressonância real está em 827 Hz. Você pagou 0.6 ms de atraso na banda de controle e não cortou nada.
• Usar cinco notches junto com um filtro RPM funcionando. O atraso deles se soma, embora quase não reste nada para cortar. Comece com um e só acrescente outros se uma linha continuar visível no mapa de calor filtrado.
• Configurar min_hz tão baixo que o notch entre na banda de controle. Com dyn_notch_q 500, um notch posicionado em 70 Hz custa 1.29 ms em 40 Hz, contra 0.52 ms quando fica em 100 Hz. Defina o mínimo conforme os seus motores, não “um pouco mais baixo por segurança”.
• Usar uma faixa que não alcança o pico. Mínimo de 126 Hz no INAV para um pico de 117 Hz; notch FFT do PX4 limitado a 150 Hz para um pico de 469 Hz. O filtro está ativo, mas não está fazendo nada.
• Flexibilizar os filtros enquanto a ressonância ainda está presente. Pouco ruído após a filtragem não prova que há margem. O ruído pode estar sendo contido justamente pelo notch e pelo passa-baixa que você está prestes a flexibilizar.
• Esquecer um notch estático. Depois do reparo, faça um log. Se o pico desapareceu, remova o notch com set gyro_notch1_hz = 0, depois fique pairando por um instante e toque nos motores para avaliar a temperatura. Atraso sem nada para filtrar não ajuda ninguém.

Quando deixar como está: o bbdoctor não detecta ressonância, o ruído bruto fica abaixo de 4 deg/s (o limite que indica “mecânica em boas condições”), o ruído filtrado fica abaixo de 1 deg/s e os motores terminam o voo mornos, não quentes. Um notch também não corrige uma oscilação de baixa frequência. Em um log do PX4 1.17, o bbdoctor encontrou um pico de 42 Hz no erro (giroscópio − referência) apenas no pitch, e a fase do motor apontava o P como causa. A recomendação é reduzir o P do pitch em 10% e comparar com o voo seguinte, sem adicionar um filtro; além disso, o detector de ressonância nem analisa frequências abaixo de 60 Hz.

Envie seu próprio log para o analisador ou consulte o relatório de exemplo. Você também pode verificar uma configuração sem voar na página de comparação de diferenças, que detecta casos como notch dinâmico desativado sem filtro RPM.

Atualizado: 2026-10-22