JP2009130633A - Controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、制御対象物を制御する制御装置に関する。 The present invention relates to a control device that controls a control object.
入力されるデジタル信号に基づいて制御対象物を制御する場合、デジタル信号をDA変換して得られたアナログ信号に基づいて制御対象物は制御される。この制御をフィードバック制御で実行する場合、アナログ信号をフィードバックする方式とデジタル信号をフィードバックする方式とがある。 When controlling a controlled object based on an input digital signal, the controlled object is controlled based on an analog signal obtained by DA-converting the digital signal. When this control is executed by feedback control, there are a method of feeding back an analog signal and a method of feeding back a digital signal.
アナログ信号をフィードバックする回路は、デジタル信号のようにサンプリングに伴う遅延がなく、しかもサンプリング周波数による帯域制限がないのでループ帯域を広げることが容易であるという利点がある。一方、デジタル信号をフィードバックする回路は、ループフィルタをデジタル回路で構成できるので、アナログ回路を構成する場合と比較して素子のばらつきを考慮してマージンを見込む必要がない。このため、デジタル信号をフィードバックする回路では、ループフィルタの安定度が高く、設計の自由度が広いのに加え、ループフィルタを動的に変更できるという利点がある。デジタル信号をフィードバックする回路としては、例えば特許文献1に記載されている回路が知られている。
しかしながら、アナログ信号をフィードバックする回路は素子のバラツキなどの影響が大きく、高感度なループフィルタの設計が困難である。さらに素子の安定度も悪く設計の自由度が低く、ループフィルタの動的な変更も難しい。一方、デジタル信号をフィードバックする回路は、DSP(Digital Signal Processor)で処理を行なうため、ループフィルタに関するこのような問題は生じないが、DSPにおける信号処理のサンプリング周波数では通常のA/DコンバータおよびD/Aコンバータで遅延が発生するため、サンプリング周波数よりかなり低い帯域でしか歪やノイズといった誤差を抑圧ができないという問題がある。この問題を解決するためにサンプリング周波数を高くすると高価なA/DコンバータおよびD/Aコンバータを使用しなければならず、コスト高を招くことになる。また、外乱を検出してこれを打ち消すようにフォードフォワード制御を実行する場合にも同様の問題がある。 However, a circuit that feeds back an analog signal is greatly affected by variations in elements, and it is difficult to design a highly sensitive loop filter. Furthermore, the stability of the element is poor and the degree of freedom in design is low, and it is difficult to dynamically change the loop filter. On the other hand, since a circuit that feeds back a digital signal is processed by a DSP (Digital Signal Processor), such a problem relating to the loop filter does not occur. Since a delay occurs in the / A converter, there is a problem that errors such as distortion and noise can be suppressed only in a band considerably lower than the sampling frequency. If the sampling frequency is increased in order to solve this problem, an expensive A / D converter and D / A converter must be used, resulting in an increase in cost. In addition, there is a similar problem when Ford forward control is executed to detect a disturbance and cancel it.
本発明は、このような状況を鑑みたものであり、アナログ出力の歪を高周波帯域においても抑圧できる制御装置を低コストで提供することを解決課題とする。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a control device capable of suppressing distortion of an analog output even in a high frequency band at a low cost.
上記課題を解決するため、本発明に係る制御装置は、制御対象物を制御するものであって、第1デジタル信号(例えば、図1のd1)に基づいて前記制御対象物を制御する第1アナログ信号(例えば、図1のa5)を生成する第1手段(例えば、図1のA)と、前記制御対象物の状態を検出して前記第1手段に供給する第2手段(例えば、図1のB)とを備え、前記第1手段は、前記第1デジタル信号をオーバーサンプリングして第2デジタル信号(例えば、図1のd2)を生成するオーバーサンプリング部と、前記第2デジタル信号と前記第2手段から供給される第3デジタル信号(例えば、図1のd9)を合成して第4デジタル信号(例えば、図1のd3)を生成する合成部と、前記第4デジタル信号に基づいて前記第1アナログ信号を生成して前記制御対象物を制御する処理部(例えば、図1の30及び40)とを備え、前記第2手段は、前記制御対象物の状態を検出して第2アナログ信号(例えば、図1のa6)を生成する状態検出部と、前記第2アナログ信号をΔΣ方式で変換して1又は複数ビットの第5デジタル信号(例えば、図1のd8)を生成するΔΣA/D変換部とを有し、前記第5デジタル信号に位相補償又はゲイン補償の少なくとも一方を施して前記第3デジタル信号として前記第1手段に供給するか(図1参照)、あるいは、前記第5デジタル信号を前記第3デジタル信号として前記第1手段に供給する(図5参照)、ことを特徴とする。また、前記第2手段は、前記第5デジタル信号に位相補償又はゲイン補償の少なくとも一方を施して前記第3デジタル信号を生成するループフィルタを備えることが好ましい。 In order to solve the above problems, a control device according to the present invention controls a control object, and controls a control object based on a first digital signal (for example, d1 in FIG. 1). 1st means (for example, A of FIG. 1) which produces | generates an analog signal (for example, a5 of FIG. 1), and 2nd means (for example, figure) which detects the state of the said control target object and supplies it to said 1st means 1), and the first means oversamples the first digital signal to generate a second digital signal (for example, d2 in FIG. 1), and the second digital signal; Based on the fourth digital signal, a synthesis unit that synthesizes a third digital signal (for example, d9 in FIG. 1) supplied from the second means to generate a fourth digital signal (for example, d3 in FIG. 1). The first analog signal is And a processing unit (for example, 30 and 40 in FIG. 1) for controlling the control object, and the second means detects a state of the control object and detects a second analog signal (for example, FIG. A state detection unit that generates 1 a6), and a ΔΣ A / D conversion unit that converts the second analog signal by a ΔΣ method to generate a fifth digital signal of one or more bits (for example, d8 in FIG. 1); And applying at least one of phase compensation and gain compensation to the fifth digital signal and supplying the third digital signal to the first means (see FIG. 1), or supplying the fifth digital signal to the first digital signal A third digital signal is supplied to the first means (see FIG. 5). Further, it is preferable that the second means includes a loop filter that generates at least one of phase compensation and gain compensation on the fifth digital signal to generate the third digital signal.
この発明によれば、制御対象物の状態を検出し、これをΔΣA/D変換部によってΔΣ変調された第5デジタル信号がフィードバックされる。ΔΣ変調の出力信号は、広帯域である反面、ビット数は少ない。したがって、A/D変換部を安価に構成することができ、且つ、広帯域のフィードバックを実行できる。A/D変換部やループフィルタによって遅延が発生しても、第1デジタル信号の帯域(ベースバンド)においては、極わずかであり位相遅れは殆ど発生しない。第1デジタル信号のサンプリングレートでフィードバックする場合には、位相遅れに配慮してループゲインを大きく取れないが、この発明によればループゲインを大きくすることができるので、歪やノイズを大幅に抑圧することができる。すなわち、ΔΣのビットストリームは低域において十分高い分解能を実現することができるので、フィードバック帯域の高周波化と高分解能とを同時に実現し、歪やノイズを大幅に抑圧することが可能となる。 According to the present invention, the state of the control object is detected, and the fifth digital signal obtained by ΔΣ modulation of the detected state by the ΔΣ A / D converter is fed back. The output signal of ΔΣ modulation is wide band, but the number of bits is small. Therefore, the A / D conversion unit can be configured at low cost, and broadband feedback can be executed. Even if a delay occurs due to the A / D conversion unit or the loop filter, the first digital signal band (baseband) is extremely small and hardly causes a phase delay. When feedback is performed at the sampling rate of the first digital signal, the loop gain cannot be increased in consideration of the phase delay, but according to the present invention, the loop gain can be increased, so that distortion and noise are greatly suppressed. can do. That is, since the ΔΣ bit stream can achieve sufficiently high resolution in the low frequency range, it is possible to simultaneously realize high frequency and high resolution in the feedback band, and to greatly suppress distortion and noise.
ここで、前記処理部は、1ビット又は複数ビットのΔΣ方式で前記第4デジタル信号をアナログ信号に変換するΔΣD/A変換部と、当該アナログ信号の高域成分を除去して前記第1アナログ信号を生成するローパスフィルタとを備えることが好ましい。この場合には、制御対象物をΔΣ変調で駆動できるので、安価な構成で高い精度の制御が可能となる。 The processing unit includes a ΔΣ D / A conversion unit that converts the fourth digital signal into an analog signal by a 1-bit or multiple-bit ΔΣ method, and removes a high-frequency component of the analog signal to thereby generate the first analog signal. It is preferable to provide a low-pass filter that generates a signal. In this case, since the controlled object can be driven by ΔΣ modulation, high-accuracy control can be performed with an inexpensive configuration.
一方、前記第2手段は、前記制御対象物の状態を検出して前記第1手段に供給する替わりに、外乱を検知して前記第1手段に供給し、前記状態検出部の替わりに、外乱を検出して前記第2アナログ信号として生成する外乱検出部を備えるものであってよい。この場合には、制御対象物の状態をフィードバックするわけではないので、フィードフォワード制御となるが、外乱を打ち消すことができるので、制御対象物を高い精度で制御することが可能となる。 On the other hand, instead of detecting the state of the controlled object and supplying it to the first means, the second means detects a disturbance and supplies it to the first means, and instead of the state detector, the second means And a disturbance detection unit that generates the second analog signal. In this case, since the state of the controlled object is not fed back, feedforward control is performed. However, since disturbance can be canceled, the controlled object can be controlled with high accuracy.
ここで、前記ループフィルタは、ループ特性を外部からの指示に応じて変更可能であることが好ましい。外部からの指示は、ユーザーの操作によって指定されてもよいし、あるいは、上位の機器からの指令であってもよい。
また、前記ループフィルタは、ループ特性を前記第2アナログ信号に含まれる歪又はノイズの状況に応じて変更可能であることが好ましい。この場合には、自律的にループ特性を動的に変更することが可能となる。例えば、第2アナログ信号がクリップした成分や、無入力である場合には、これをループフィルタで検知して、ループフィルタの動作をオフにして、クリップに伴う歪や無音ノイズを出力させないことが可能となる。
さらに、前記第2手段は、外乱を検出して第3アナログ信号(例えば、図8に示す110aの出力信号)として生成する外乱検出部と、前記第3アナログ信号をΔΣ方式で変換して1又は複数ビットの第6デジタル信号を生成する第2のΔΣA/D変換部とをさらに備え、前記ループフィルタは、前記第6デジタル信号に基づいてループ特性を動的に変化させる適応型フィルタであってもよい。
Here, it is preferable that the loop filter can change a loop characteristic according to an instruction from the outside. The instruction from the outside may be specified by a user operation or may be a command from a higher-level device.
Moreover, it is preferable that the loop filter can change a loop characteristic according to a situation of distortion or noise included in the second analog signal. In this case, the loop characteristics can be dynamically changed autonomously. For example, if the second analog signal is a clipped component or no input, this may be detected by a loop filter and the loop filter operation may be turned off to prevent the distortion and silence noise associated with the clip from being output. It becomes possible.
Further, the second means detects a disturbance and generates a third analog signal (for example, an
次に、上述した制御装置において、前記第2手段は、前記第5デジタル信号を前記第3デジタル信号として前記第1手段に供給し、前記処理部は、位相補償又はゲイン補償の少なくとも一方を施すループフィルタと、前記ループフィルタの出力信号を、1ビット又は複数ビットのΔΣ方式でパルス幅変調されたアナログ信号に変換するΔΣD/A変換部と、当該アナログ信号の高域成分を除去して前記第1アナログ信号を生成するローパスフィルタとを備えることが好ましい。 Next, in the above-described control device, the second means supplies the fifth digital signal as the third digital signal to the first means, and the processing unit performs at least one of phase compensation and gain compensation. A loop filter, a ΔΣ D / A converter that converts the output signal of the loop filter into an analog signal that is pulse-width modulated by a 1-bit or multiple-bit ΔΣ method, and removes a high-frequency component of the analog signal It is preferable to provide a low-pass filter that generates the first analog signal.
1.実施形態
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、本実施形態に係る制御装置100Aの基本的な構成を示すブロック図である。本図に示すように制御装置100Aは、第1処理部Aと第2処理部Bとを備え、デジタル信号d1を入力して制御対象物50を制御する装置である。この例では、第1処理部Aが順方向系であり、第2処理部Bが帰還系である。図中においてアナログ信号は実線で示し、デジタル信号は破線で示している。また、デジタル信号d1、d2、d3及びd9は、J(Jは2以上の自然数)ビットであり、デジタル信号d8(第5デジタル信号)はK(KはJ>Kの自然数)ビットであればよいが、この例では、J=16、K=1である。
1. Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a
センサSは制御対象物50の状態を検出する。例えば、制御対象物50がスピーカの場合は、センサS1としてマイクロフォンを用いる。スピーカから出力される音をマイクロフォンによって電気信号に変換してアナログ信号a6(第2アナログ信号)としてΔΣADC60に出力すればよい。また、制御対象物50が例えばパワーアンプの場合は、制御対象物の状態は駆動信号となる。アナログ信号a6は、制御対象物50で生じた歪やノイズ成分を含んでいる。本実施形態では制御対象物50をモニタしたアナログ信号a6に基づくデジタル信号をフィードバックすることにより、歪やノイズ成分の抑圧を図っている。
The sensor S detects the state of the
デジタル信号d1(第1デジタル信号)は、制御装置100Aに入力されるサンプリング周波数がfsの信号である。このデジタル信号d1は、オーバーサンプリングフィルタ10によりオーバーサンプリングされ、周波数fns(>fs)のデジタル信号d2(第2デジタル信号)に変換される。具体的には、デジタル信号d1は1/fs周期のデータ列として与えられるが、オーバーサンプリングフィルタ10は、これに基づいて補間処理を実行して、1/fns周期のデータ列からなるデジタル信号d2を生成する。なお、周波数fnsは周波数fsのn(n>2)倍であってもよい。
減算器20には、デジタル信号d2とループフィルタ70から出力されるデジタル信号d9(第3デジタル信号)が供給される。減算器20はデジタル信号d2からデジタル信号d9を減算してデジタル信号d3(第4デジタル信号)を生成する。減算器20は、デジタル信号d2とデジタル信号d9とを合成してデジタル信号d3を生成する手段として機能し、デジタル信号d3は誤差信号として機能する。
The digital signal d1 (first digital signal) is a signal whose sampling frequency is fs input to the
The
デジタル信号d3のサンプリングレートは周波数fnsである。このデジタル信号d3のビット数を1ビットに制限して処理を行なうΔΣ方式のD/AコンバータであるΔΣDAC30を用いてアナログ変換し、アナログ信号a4を得る。そしてアナログ信号a4を、ローパスフィルタ(以下、LPFと称する)40を通して得られたアナログ信号a5(第1アナログ信号)で制御対象物50を制御する。
The sampling rate of the digital signal d3 is the frequency fns. The digital signal d3 is converted to an analog signal by using a
制御対象物50の状態は、直接的あるいは間接的にアナログ信号a6としてモニタされる。直接的なモニタ方法としては、例えば、パワーアンプの出力信号を取り込む検出装置が該当する。間接的なモニタ方法としては、例えば、スピーカ出力を取り込むマイクロフォン装置が該当する。アナログ信号a6はΔΣ方式のA/DコンバータであるΔΣADC60によりデジタル変換され、周波数fnsのデジタル信号d8が生成される。フィードバックを安定させるためにループフィルタ70を用いる。ループフィルタ70は、位相補償又はゲイン補償の少なくとも一方を実行する。ループフィルタ70がデジタル信号d8に補償を施すことにより得られたデジタル信号d9を減算器20に入力することでフィードバック回路が構築される。ループフィルタ70は、DSPで構成することができる。ループフィルタ70をDSPで構成することにより設計が容易となり、安定度も高くすることができる。
The state of the
このように本実施形態では、アナログ出力をΔΣ方式のA/Dコンバータでデジタル変換し、ΔΣのビットストリームの状態でフィードバックを行なうことで、制御対象物50の状態(アナログ信号a6)に含まれる歪やノイズを抑圧するようにしている。例えば、fns/fs=256であるとすれば、ΔΣのビットストリームであるデジタル信号d8は周波数が高いため、フィードバックされる成分の帯域を広げることができる。また、ΔΣのビットストリームは低域において十分高い分解能を実現することができる。この結果、高い精度でフィードバック制御を実行することができる。さらに、デジタル信号d8のサンプリングレートは周波数fnsであり高周波であるが、ΔΣADC60は1ビットで足りるため、安価に構成することができる。加えて、ループフィルタ70はDSP等によってデジタル処理を実行することで実現されるので、高い安定度を備えたフィルタを容易に設計することが可能となる。
As described above, in this embodiment, the analog output is digitally converted by the ΔΣ A / D converter, and feedback is performed in the state of the bit stream of ΔΣ, so that it is included in the state of the controlled object 50 (analog signal a6). Suppress distortion and noise. For example, assuming that fns / fs = 256, the digital signal d8, which is a bit stream of ΔΣ, has a high frequency, so that the band of the component to be fed back can be widened. In addition, the ΔΣ bit stream can achieve a sufficiently high resolution in a low frequency range. As a result, feedback control can be executed with high accuracy. Furthermore, although the sampling rate of the digital signal d8 is the frequency fns, which is a high frequency, since the
ΔΣDAC30の構成は特に限定されず、種々の回路を採用することができる。図2は、ΔΣDAC30の構成の一例を示すブロック図である。本図の例では、ΔΣDAC30は、量子化器31とループフィルタ33と加算器32とで誤差フィードバック回路を構成している。ループフィルタ33は、切捨誤差を処理するデジタルフィルタであり、複数個の遅延素子34(34a〜34d)、乗算器35(35a〜35d)、乗算器36(36a〜36c)と加算器37、加算器38とで構成される。なお、加算器32には、ディザー信号Ditherとしてランダムノイズやオフセットを与える信号を入力することができる。
The configuration of the
ΔΣADC60の構成も特に限定されず、種々の回路を採用することができる。図3は、ΔΣADC60の構成の一例を示すブロック図である。本図の例では、ΔΣADC60は、量子化器65、デジタルフィルタ68、遅延素子66、乗算器67、乗算器61a、及び加算器62aを備える。従来、ΔΣADC60の出力側にはデジタル信号を間引くためのデシメーションフィルタが設けられるが、本実施形態ではデシメーションフィルタは用いずに、ΔΣのビットストリームのままデジタル信号d8としてフィードバックに用いられる。つまり、本実施形態では、ΔΣADC60内の量子化器65で出力された1ビット信号をそのまま補償用のループフィルタ70に出力している。ただし、量子化器65が1ビットではなく、Kビットで量子化する場合には、Kビットのまま位相補償用のループフィルタ70に出力することになる。
The configuration of the
デジタルフィルタ68は、ΔΣ変調を行なうための積分器として機能し、複数の乗算器61(61b〜61d)、加算器62(62b〜62d)、乗算器63(63a〜63c)、遅延素子64(64a〜64c)及び加算器67を備える。なお、加算器62aには、ディザー信号Ditherとしてランダムノイズやオフセットを与える信号を入力することができる。
The
次に、図1と図4とを参照して、制御装置100Aの動作について説明する。図4は、各信号の周波数スペクトルの分布概形を示す模式図である。入力信号であるデジタル信号d1のサンプリング周波数がfsのとき、オーバーサンプリングフィルタ10でfnsにオーバーサンプリングすると、デジタル信号d2の周波数スペクトルは、図4(A)に示すように元の周波数スペクトルがそのままでfs/2以上には何もないものとなる。ΔΣDAC30におけるΔΣ変調でビット数を制限することにより、量子化ノイズがノイズシェイピングされる。この結果、アナログ信号a4の周波数スペクトルは、図4(B)に示すように量子化ノイズの低域成分が抑圧される。アナログ信号a4をLPF40に通すことにより、残った高域の量子化ノイズが削除される。この結果、アナログ信号a5の周波数スペクトルは、図4(C)に示すものとなる。
Next, the operation of the
次に、制御対象物50は所定の周波数特性を有しているため、アナログ信号a6の周波数スペクトルは、図4(D)に示すようにアナログ信号a5の周波数スペクトルに所定の周波数特性を乗算したものとなる。アナログ信号a6に対してΔΣADC60によりA/D変換を行なうと、図4(E)に示すように量子化ノイズが高域に発生する。
次に、フィードバックを安定させるためループフィルタ70を用いてデジタル信号d8のゲインと位相の補償を行なう。この結果、デジタル信号d9の周波数スペクトルは、図4(F)に示すものとなる。この例では、ΔΣのビットストリームの状態でフィードバックを行なっており、ループフィルタ70のサンプリング周波数fnsは高いので、fs/2の帯域程度では位相遅延は発生しない。
Next, since the controlled
Next, in order to stabilize feedback, the
2.変形例
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に述べる各種の変形が可能である。以下の説明について、上述の実施形態と同じ部位については同じ符号を付し、説明は省略する。
2. Modifications The present invention is not limited to the above-described embodiments, and for example, various modifications described below are possible. About the following description, the same code | symbol is attached | subjected about the site | part same as the above-mentioned embodiment, and description is abbreviate | omitted.
(1)第1の変形例
図5は、第1の変形例である制御装置100Bの構成を示すブロック図である。本例はD級アンプの歪を抑圧する制御装置である。すなわち、ループフィルタ70の出力信号はΔΣPWM80に入力される。ΔΣPWM80ではマルチビットΔΣ方式によって得られたデジタル信号がPWM信号に変換される。そして、パワーMOS等で構成されたアンプ90により電圧増幅を行なう。アンプ90はD級動作する。なお、この例における制御対象物は、LPF40から出力される駆動信号である。このため、制御対象物の状態を検出するセンサSは出力電流や出力電圧を検出する。
(1) First Modification FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of a
そして、コイル、容量、抵抗等を用いたアナログ回路のLPF40を通すことによりPWMキャリアを除去する。この過程においてアンプ90、コイル等で歪やノイズが発生する。そこで本変形例では、LPF40の出力をΔΣ方式のA/DコンバータであるΔΣADC60によりデジタル変換し、ΔΣのビットストリームの状態でフィードバックを行なうことで歪やノイズを抑圧する。なお、この例では、ΔΣPWM80を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、DEM(Dynamic Element Matching)を用いたマルチビットのΔΣ・DEM・DACを用いてもよい。
Then, the PWM carrier is removed by passing through the
(2)第2の変形例
図6は、第2の変形例である制御装置100Cの構成を示すブロック図である。本例は、スピーカ55の出力に含まれるノイズを除去するアクティブノイズキャンセルを行なう制御装置である。すなわち、マルチビットΔΣ方式によって得られたデジタル信号をPWM信号に変換してノイズを除去し、アンプ90を通してスピーカ55を駆動する。例えば、アンプ90はヘッドホンアンプとし、スピーカ55はヘッドホンスピーカとすることができる。
(2) Second Modification FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of a control device 100C that is a second modification. This example is a control device that performs active noise cancellation for removing noise included in the output of the
このスピーカ55の出力を、スピーカ55の近傍に配置されたマイクロフォン110によりモニタし、ΔΣADC60とループフィルタA70aを通して、ΔΣのビットストリームの状態でフィードバックを行なう。これによりスピーカ55で生じるノイズを除去している。また、同様にスピーカ55で生じる歪みも除去される。このとき、ループフィルタA70aの特性をノイズの状況に応じて変化させることで最適なループ特性を実現するようにしてもよい。ループフィルタA70aの特性の変化は、外部からの指示に基づいて実行されてもよい。外部からの指示は、ユーザーの操作によって指定されてもよいし、あるいは、上位の機器からの指令であってもよい。
さらにノイズ状況を検出して自動的に変化させるようにしてもよい。例えば、アナログ信号a6がクリップした成分や、無入力である場合には、これをループフィルタ70aで検知して、ループフィルタ70aの動作をオフにして、クリップに伴う歪や無音ノイズを出力させないことが可能となる。
The output of the
Further, the noise situation may be detected and automatically changed. For example, if the analog signal a6 is a clipped component or no input, this is detected by the
(3)第3の変形例
また、上述した第2の変形例におけるスピーカ55からの出力をモニタするマイクロフォン110に代えて、図7に示す第3の変形例のように周囲のノイズを取り込むマイクロフォン110aを用いるようにしてもよい。この場合、ノイズは制御対象物であるスピーカ55に対して、外乱として作用する。したがって、マイクロフォン110aは外乱を検出してアナログ信号を出力する手段として機能する。このとき、マイクロフォン110aの出力を減算器20に戻す。なお、減算器20の替わりに加算器を用い、マイクロフォン110aの出力を逆相で加算器に供給してもよい。
この例では、制御対象物の状態はフィードバックされず、外乱を打ち消すように動作するので、フィードフォワード方式の動作となる。騒音の多い環境でも、騒音が外乱としてマイクロフォン110aに入力されると、これを打ち消すようにスピーカ55が制御されるので、ユーザーは明瞭な音を聞くことができる。
(3) Third Modification In addition to the
In this example, the state of the controlled object is not fed back, and the operation is performed so as to cancel the disturbance. Even in a noisy environment, when noise is input to the
(4)第4の変形例
さらには、図8に示す第4の変形例のようにしてもよい。すなわち、スピーカ55の出力を、スピーカ55の近傍に配置されたマイクロフォン110によりモニタし、ΔΣADC60aによりΔΣのビットストリームに変換して減算器20aに入力する。減算器20aにてオーバーサンプリングフィルタ10の出力との差分信号d10を算出する。一方、周囲のノイズをマイクロフォン110aにより取り込んで、ΔΣADC60bによりΔΣのビットストリームに変換された信号を生成する。差分信号d10とΔΣADC60bから出力されるデジタル信号とを適応型フィルタ120に供給する。適応型フィルタ120は、ループ特性を、外乱などの状況に応じて特性を動的に変化させて、差分信号d10に位相補償又はゲイン補償の少なくとも一方を施してデジタル信号d8を生成する。このデジタル信号d8をフィードバックすることによって、精度の高いアクティブノイズをキャンセルを実現できる。
(4) Fourth Modification Furthermore, a fourth modification shown in FIG. 8 may be used. That is, the output of the
(5)第5の変形例
上述した実施形態では、ΔΣADC60において生成された周波数fnsのデジタル信号d8をフィードバックしていた。この場合、周波数fnsが高周波であると、ループフィルタ70を構成するDSPの処理が重くなる。第5の変形例はこの点を改善するものである。図9に第5の変形例に係る制御装置100Fのブロック図を示す。
制御装置100Fは、減算器20とΔΣADC30との間にアップサンプリングフィルタ21を備え、ΔΣADC60とループフィルタ70との間にダウンサンプリングフィルタ61を備える点を除いて、図1に示す実施形態の制御装置100Aと同様に構成されている。但し、この例のオーバーサンプリングフィルタ10は、周波数fnsより低い周波数fspのデジタル信号d2を生成する。周波数fs、fsp、fnsは、fs<fsp<fnsとなる。つまり、周波数fspは、周波数fs及び周波数fnsの中間周波数となる。例えば、周波数fspは周波数fsの4倍であり、周波数fnsは周波数fsの256倍である。
アップサンプリングフィルタ21は、減算器20から出力される周波数fspのデジタル信号d3をアップサンプリングして周波数fnsのデジタル信号d3’を生成する。アップサンプリングフィルタ21は、補間処理によってデジタル信号d3’を生成してもよいが、構成を簡素化して処理負荷を軽減する観点から前置ホールドによってデジタル信号d3’を生成することが好ましい。
ダウンサンプリングフィルタ61は、周波数fnsのデジタル信号d8に基づいて周波数fspのデジタル信号d8’を生成する。なお、ダウンサンプリングフィルタfnsには、必要に応じてローパスフィルタの機能を持たせてもよい。
ループフィルタ70は、周波数fspで動作すればよいので、処理負荷を大幅に軽減することができる。
(5) Fifth Modification In the embodiment described above, the digital signal d8 having the frequency fns generated in the
The
The upsampling filter 21 upsamples the digital signal d3 having the frequency fsp output from the
The downsampling
Since the
この変形例から、以下の発明を把握することができる。
制御対象物を制御する制御装置において、
第1周波数(fs)の第1デジタル信号(d1)に基づいて前記制御対象物(50)を制御する第1アナログ信号(a5)を生成する第1手段(A)と、
前記制御対象物の状態を検出して前記第1手段に供給する第2手段(B)とを備え、
前記第1手段は、
前記第1デジタル信号をオーバーサンプリングして第2周波数(fsp)の第2デジタル信号(d2)を生成するオーバーサンプリング部(10)と、
前記第2デジタル信号と前記第2手段から供給される前記第2周波数の第3デジタル信号(d9)を合成して第4デジタル信号(d3)を生成する合成部(20)と、
前記第4デジタル信号(d3)をアップサンプリングして第3周波数(fns)の第5
デジタル信号(d3’)を生成するアップサンプリング部(21)と、
前記第5デジタル信号をΔΣ方式で変換して第2アナログ信号(a4)を生成するΔΣD/A変換部(30)と、
前記第2アナログ信号の高域成分を除去して前記第1アナログ信号を生成するローパスフィルタ(40)とを備え、
前記第2手段は、
前記制御対象物の状態を検出して第3アナログ信号(a6)を生成する状態検出部(S)と、
前記第3アナログ信号をΔΣ方式で変換して1又は複数ビットで前記第3周波数の第6デジタル信号(d8)を生成するΔΣA/D変換部(60)と、
前記第6デジタル信号をダウンサンプリングして前記第2周波数の第7デジタル信号を生成するダウンサンプリング部(61)と、
前記第7デジタル信号に位相補償又はゲイン補償の少なくとも一方を施して前記第3デジタル信号として前記第1手段に供給するループフィルタ(70)とを備えた、
ことを特徴とする制御装置。
From this modification, the following invention can be grasped.
In a control device for controlling a control object,
First means (A) for generating a first analog signal (a5) for controlling the control object (50) based on a first digital signal (d1) of a first frequency (fs);
A second means (B) for detecting the state of the control object and supplying it to the first means;
The first means includes
An oversampling unit (10) for oversampling the first digital signal to generate a second digital signal (d2) having a second frequency (fsp);
A synthesis unit (20) for synthesizing the second digital signal and the third digital signal (d9) of the second frequency supplied from the second means to generate a fourth digital signal (d3);
The fourth digital signal (d3) is upsampled to obtain a fifth of the third frequency (fns).
An upsampling unit (21) for generating a digital signal (d3 ′);
A ΔΣ D / A converter (30) for converting the fifth digital signal by a ΔΣ method to generate a second analog signal (a4);
A low-pass filter (40) for removing the high-frequency component of the second analog signal to generate the first analog signal;
The second means includes
A state detector (S) that detects a state of the control object and generates a third analog signal (a6);
A ΔΣ A / D converter (60) for converting the third analog signal by a ΔΣ method to generate a sixth digital signal (d8) of the third frequency in one or a plurality of bits;
A downsampling unit (61) for downsampling the sixth digital signal to generate a seventh digital signal of the second frequency;
A loop filter (70) that applies at least one of phase compensation or gain compensation to the seventh digital signal and supplies the third digital signal to the first means;
A control device characterized by that.
10…オーバーサンプリングフィルタ、20…減算器、21…アップサンプリングフィルタ、30…ΔΣDAC、40…LPF、50…制御対象物、55…スピーカ、60…ΔΣADC、61…ダウンサンプリングフィルタ、70…ループフィルタ、80…ΔΣPWM、90…アンプ、100…制御装置、110…マイクロフォン、120…適応型フィルタ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
第1デジタル信号に基づいて前記制御対象物を制御する第1アナログ信号を生成する第1手段と、
前記制御対象物の状態を検出して前記第1手段に供給する第2手段とを備え、
前記第1手段は、
前記第1デジタル信号をオーバーサンプリングして第2デジタル信号を生成するオーバーサンプリング部と、
前記第2デジタル信号と前記第2手段から供給される第3デジタル信号を合成して第4デジタル信号を生成する合成部と、
前記第4デジタル信号に基づいて前記第1アナログ信号を生成して前記制御対象物を制御する処理部とを備え、
前記第2手段は、
前記制御対象物の状態を検出して第2アナログ信号を生成する状態検出部と、
前記第2アナログ信号をΔΣ方式で変換して1又は複数ビットの第5デジタル信号を生成するΔΣA/D変換部とを有し、前記第5デジタル信号に位相補償又はゲイン補償の少なくとも一方を施して前記第3デジタル信号として前記第1手段に供給するか、あるいは、前記第5デジタル信号を前記第3デジタル信号として前記第1手段に供給する、
ことを特徴とする制御装置。 In a control device for controlling a control object,
First means for generating a first analog signal for controlling the control object based on a first digital signal;
A second means for detecting the state of the control object and supplying the first object to the first means;
The first means includes
An oversampling unit that oversamples the first digital signal to generate a second digital signal;
A synthesizer for synthesizing the second digital signal and the third digital signal supplied from the second means to generate a fourth digital signal;
A processing unit that generates the first analog signal based on the fourth digital signal and controls the control object;
The second means includes
A state detector that detects a state of the control object and generates a second analog signal;
A ΔΣ A / D converter that converts the second analog signal by a ΔΣ method to generate a fifth digital signal of one or more bits, and performs at least one of phase compensation and gain compensation on the fifth digital signal. Supplying the third digital signal to the first means, or supplying the fifth digital signal to the first means as the third digital signal,
A control device characterized by that.
1ビット又は複数ビットのΔΣ方式で前記第4デジタル信号をアナログ信号に変換するΔΣD/A変換部と、
当該アナログ信号の高域成分を除去して前記第1アナログ信号を生成するローパスフィルタとを備える、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の制御装置。 The processor is
A ΔΣ D / A converter that converts the fourth digital signal into an analog signal by a 1-bit or multiple-bit ΔΣ method;
A low-pass filter that removes high-frequency components of the analog signal and generates the first analog signal;
The control device according to claim 1 or 2, wherein
前記状態検出部の替わりに、外乱を検出して前記第2アナログ信号として生成する外乱検出部を備える、
ことを特徴とする請求項2又は3に記載の制御装置。 Instead of detecting the state of the control object and supplying it to the first means, the second means detects a disturbance and supplies it to the first means,
In place of the state detection unit, a disturbance detection unit that detects a disturbance and generates the second analog signal is provided.
The control device according to claim 2 or 3, wherein
外乱を検出して第3アナログ信号として生成する外乱検出部と、
前記第3アナログ信号をΔΣ方式で変換して1又は複数ビットの第6デジタル信号を生成する第2のΔΣA/D変換部とをさらに備え、
前記ループフィルタは、前記第6デジタル信号に基づいてループ特性を動的に変化させる適応型フィルタである、
ことを特徴とする請求項2乃至4のうちいずれか1項に記載の制御装置。 The second means includes
A disturbance detection unit that detects a disturbance and generates a third analog signal;
A second ΔΣ A / D converter that converts the third analog signal by a ΔΣ method to generate a sixth digital signal of one or more bits,
The loop filter is an adaptive filter that dynamically changes a loop characteristic based on the sixth digital signal.
The control device according to claim 2, wherein the control device is a control device.
前記処理部は、
位相補償又はゲイン補償の少なくとも一方を施すループフィルタと、
前記ループフィルタの出力信号を、1ビット又は複数ビットのΔΣ方式でパルス幅変調されたアナログ信号に変換するΔΣD/A変換部と、
当該アナログ信号の高域成分を除去して前記第1アナログ信号を生成するローパスフィルタとを備える、
ことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
The second means supplies the fifth digital signal as the third digital signal to the first means,
The processor is
A loop filter that performs at least one of phase compensation and gain compensation;
A ΔΣ D / A converter that converts the output signal of the loop filter into an analog signal that is pulse-width modulated in a 1-bit or multiple-bit ΔΣ system;
A low-pass filter that removes high-frequency components of the analog signal and generates the first analog signal;
The control device according to claim 1.
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JP2013002941A (en) * | 2011-06-16 | 2013-01-07 | Ishida Co Ltd | Measurement system |
WO2019221880A1 (en) | 2018-05-16 | 2019-11-21 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. | Method and apparatus for improving resolutions of analog-to-digital converters |
US11996866B2 (en) | 2022-03-21 | 2024-05-28 | xMEMS Labs, Inc. | Feedback control system achieving high performance via density modulation |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013002941A (en) * | 2011-06-16 | 2013-01-07 | Ishida Co Ltd | Measurement system |
WO2019221880A1 (en) | 2018-05-16 | 2019-11-21 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. | Method and apparatus for improving resolutions of analog-to-digital converters |
EP3794591A4 (en) * | 2018-05-16 | 2022-01-26 | BAE SYSTEMS Information and Electronic Systems Integration, Inc. | Method and apparatus for improving resolutions of analog-to-digital converters |
US11996866B2 (en) | 2022-03-21 | 2024-05-28 | xMEMS Labs, Inc. | Feedback control system achieving high performance via density modulation |
JP7506212B2 (en) | 2022-03-21 | 2024-06-25 | エクスメムス ラブズ,インコーポレイテッド | Feedback control system achieves high performance through density modulation. |
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