JP2023039461A - Signal separation filter and method for designing signal separation filter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、信号分離フィルタ及び信号分離フィルタの設計方法に関し、詳細には入力信号から周期的な信号又は非周期的な信号を分離する信号分離フィルタ及びその設計方法に関する。 The present invention relates to a signal separation filter and a design method of the signal separation filter, and more particularly to a signal separation filter for separating a periodic signal or an aperiodic signal from an input signal and a design method thereof.
機械制御、プロセス制御、通信等、様々な分野で、入力信号から所定の周波数の信号を分離する技術が求められている。例えば、ロボット制御において、制御特性を向上させるため、入力信号から周期的なノイズを分離、除去することが求められる。また、通信分野においては、必要な通信信号の周波数の信号を抽出することが求められる。 2. Description of the Related Art In various fields such as machine control, process control, and communication, there is a demand for a technique for separating a signal with a predetermined frequency from an input signal. For example, in robot control, it is required to separate and remove periodic noise from input signals in order to improve control characteristics. Further, in the field of communication, it is required to extract a signal of a frequency of a necessary communication signal.
このような、要求に応えるため、入力信号から周期信号を分離するバンドストップフィルタ等のフィルタが種々開発されている(例えば、特許文献1)。 In order to meet such demands, various filters such as a band-stop filter for separating a periodic signal from an input signal have been developed (for example, Patent Document 1).
特許文献1では、取得した振動波形の複数時点のデータに基づいて算出した重みを用いて、振動波形の振動成分を除去する移動平均フィルタを設計することとしている。しかしながら、現実にはより複雑な状況における周期信号の分離が求められる。例えば、人間と協働する産業用ロボットでは、ロボットの繰り返し作業に伴う運動情報である周期信号を利用したい場合、突発的な人との接触に伴う運動情報である非周期信号を利用したい場合、これらの周期信号と非周期信号の両方を利用したい場合等がある。また、製品の検査工程における異常製品検知では、正常製品の情報である周期信号を利用したい場合、異常製品の情報である非周期信号を利用したい場合、これらの周期信号と非周期信号の両方を利用したい場合等がある。
In
また、上記の周期信号の振幅は必ずしも一定ではなく、時間経過とともに変動する場合が多い。特許文献1のフィルタでは、除去される振動波形の振幅の変動は考慮されていないので、振動波形の振幅が変動する場合に、精度よく振動波形(周期信号)を除去することは難しい。
Further, the amplitude of the periodic signal is not necessarily constant, and often fluctuates over time. Since the filter of
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、所定の分離周波数より低周波で振幅が変動する周期信号(以下、準周期信号という。)、所定の分離周波数より高周波で振幅が変動する非周期信号(以下、準非周期信号という。)を含む信号から、精度よく準周期信号、準非周期信号を分離可能な信号分離フィルタ及び信号分離フィルタの設計方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and provides a periodic signal whose amplitude varies at a frequency lower than a predetermined separation frequency (hereinafter referred to as a quasi-periodic signal), and a signal whose amplitude varies at a frequency higher than the predetermined separation frequency. It is an object of the present invention to provide a signal separation filter capable of accurately separating a quasi-periodic signal and a quasi-aperiodic signal from a signal including a non-periodic signal (hereinafter referred to as a quasi-aperiodic signal), and a method of designing the signal separation filter. do.
上記目的を達成するために、この発明の第1の観点に係る信号分離フィルタは、
分離対象信号のターゲットの周期である分離目的周期を肩にもつむだ時間要素を含む2段以上のフィードフォワード経路を備え、
前記分離目的周期における振幅が、所定の分離周波数より低周波で変動する準周期信号と、前記分離目的周期における振幅が前記分離周波数より高周波で変動する準非周期信号とを含む入力信号から、前記準周期信号及び前記準非周期信号の少なくともいずれかを分離する。
In order to achieve the above object, a signal separation filter according to a first aspect of the present invention comprises:
Equipped with a two or more stage feedforward path including a dead time element with a separation target period that is a target period of the separation target signal,
from an input signal including a quasi-periodic signal whose amplitude in the separation target period fluctuates at a frequency lower than a predetermined separation frequency and a quasi-aperiodic signal whose amplitude in the separation target period fluctuates at a frequency higher than the separation frequency, Separating at least one of the quasi-periodic signal and the quasi-aperiodic signal.
また、信号分離フィルタは、
前記分離目的周期を肩にもつむだ時間要素を含む2段以上のフィードバック経路を備えるIIRフィルタである、
こととしてもよい。
Also, the signal separation filter is
An IIR filter comprising two or more stages of feedback paths including dead time elements bearing the separation target period,
You can do it.
また、信号分離フィルタは、
分離された前記準周期信号及び前記準非周期信号のいずれか一方の信号と前記入力信号との差分信号を、前記準周期信号及び前記準非周期信号の他方の信号として出力する、
こととしてもよい。
Also, the signal separation filter is
outputting a difference signal between one of the separated quasi-periodic signal and the quasi-aperiodic signal and the input signal as the other of the quasi-periodic signal and the quasi-aperiodic signal;
You can do it.
また、本発明の第2の観点に係る信号分離フィルタの設計方法では、
分離対象信号のターゲットの周期である分離目的周期における振幅が、所定の分離周波数より低周波で変動する準周期信号と、前記分離目的周期における振幅が前記分離周波数より高周波で変動する準非周期信号とを含む入力信号を、前記分離目的周期を用いてリフティングし、
前記分離周波数に基づいて、リフティングされた前記入力信号に対するローパスフィルタ及びハイパスフィルタの少なくともいずれかを生成し、
生成された前記ローパスフィルタ及びハイパスフィルタを逆リフティングして、前記準周期信号及び前記準非周期信号の少なくともいずれかを分離するフィルタを生成する。
Further, in the method for designing a signal separation filter according to the second aspect of the present invention,
A quasi-periodic signal whose amplitude in the separation target period, which is the target period of the separation target signal, fluctuates at a frequency lower than a predetermined separation frequency, and a quasi-aperiodic signal whose amplitude in the separation target period fluctuates at a frequency higher than the separation frequency. lifting the input signal containing and using the separation target period;
generating a low-pass filter and/or a high-pass filter for the lifted input signal based on the separation frequency;
Inverse lifting the generated low-pass and high-pass filters to generate a filter for separating at least one of the quasi-periodic signal and the quasi-aperiodic signal.
本発明の信号分離フィルタ及び信号分離フィルタの設計方法によれば、分離される周期信号の振幅変動を許容した高次のフィルタを用いて周期信号分離フィルタ、非周期信号分離フィルタを構成するので、入力信号から準周期信号、準非周期信号を精度よく分離することが可能である。 According to the signal separation filter and the signal separation filter design method of the present invention, the periodic signal separation filter and the non-periodic signal separation filter are configured using a high-order filter that allows amplitude fluctuations of the periodic signal to be separated. It is possible to accurately separate the quasi-periodic signal and the quasi-aperiodic signal from the input signal.
以下、図を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る周期信号分離フィルタについて説明する。まず、本実施の形態で扱う準周期信号について説明する。 Hereinafter, periodic signal separation filters according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, a quasi-periodic signal handled in this embodiment will be described.
以下の状態x(t)を考える。
分離対象信号のターゲットとなる周期(分離目的周期)Πを用いて、以下のリフティング関数Lを定義する。リフティング関数Lは、状態x(t)からリフティッド状態xτ(k)を与える線形写像である。
また、逆リフティング関数L-1は以下のように定義される。
図1は、リフティング関数に係る時刻t、周期Π等の関係を示す概念図である。以下、xを状態関数、xτをリフティッド状態関数ともいう。リフティッド状態関数xτは、以下の式に示すように、整数Zから実数Rへの全ての写像の集合であるリフティッド状態関数の集合Sに属する。
リフティッド状態関数xτの離散時間フーリエ変換Fは、以下に示す式の通りである。
本実施の形態では、ゼロ関数の集合S0、準周期性を有するリフティッド状態関数の集合SP、準非周期性を有するリフティッド状態関数の集合SAを以下の式のように定義する。
ここで、準周期性、準非周期性は、リフティッド状態関数xτの低周波、高周波と定義される。また、ρ[rad/sample]は、リフティッド準周期状態関数とリフティッド準非周期状態関数との境界である正規化された分離周波数であり、分離周波数ρ~[rad/s]は、以下の式で表される。
図2は、上述の各集合の関係を示している。図2及び以下の式に示すように、全体集合Sは、3つの集合S0、SP、SAの和集合である。
リフティッド準周期状態関数xτpとリフティッド準非周期状態関数xτaは、上記の集合S0、SP、SAを用いて、それぞれ以下に示す式で定義される。
さらに、リフティッド周期非周期状態関数xτpa(t)を以下の式のように定義する。
また、周期非周期状態xpa(t)は、以下の式のように定義される。
状態x(t)は以下のようにまとめることができる。
続いて、入力信号から準周期信号と準非周期信号とを分離するフィルタについて説明する。まず、状態x(t)とリフティッド状態xτ(k)のz変換について定義する。状態x(t)のz変換は以下の式で表される。
また、リフティッド状態xτ(k)のZ変換は、以下の式で表される。
また、上記2つのz変換の関係は以下の通りである。
続いて、リフティッド周期通過関数及びリフティッド非周期通過関数は、以下の式に示すように、線形時不変の多項式を用いて表すことができる。
上記のフィルタは、以下の式に示すようにkについてZ変換される。
逆Z変換Z~-1及び逆リフティング関数L-1によって、周期通過フィルタ及び非周期通過フィルタは、それぞれ以下の式で与えられる。
上述したように、状態xに含まれる準周期的状態は、状態xを所定の周期Πを用いてリフティングすることにより、リフティッド状態における低周波関数と考えることができる。言い換えると、準周期信号は、1周期(周期Π)ごとに低周波で変化する信号である。したがって、リフティッド状態において、周期信号の分離周波数に基づいて所望のローパスフィルタを設計した後に、逆リフティング変換することにより、所定の振幅変動を有する準周期信号を分離可能なフィルタを設計することができる(図3)。 As mentioned above, the quasi-periodic states contained in state x can be thought of as low-frequency functions in the lifted state by lifting state x with a given period Π. In other words, a quasi-periodic signal is a signal that changes at a low frequency every period (period Π). Therefore, in the lifted state, by designing a desired low-pass filter based on the separation frequency of the periodic signal and then performing inverse lifting transform, it is possible to design a filter capable of separating a quasi-periodic signal having a predetermined amplitude fluctuation. (Fig. 3).
また、状態xに含まれる準非周期的状態は、状態xを所定の周期Πを用いてリフティングすることにより、リフティッド状態における高周波関数と考えることができる。言い換えると、準非周期信号は、1周期(周期Π)ごとに高周波で変化する信号である。したがって、リフティッド状態において、非周期信号の分離周波数に基づいて所望のハイパスフィルタを設計した後に、逆リフティング変換することにより、準非周期信号を分離可能なフィルタを設計することができる。 Also, the quasi-aperiodic state included in the state x can be considered as a high-frequency function in the lifted state by lifting the state x using a predetermined period Π. In other words, the quasi-aperiodic signal is a signal that changes at a high frequency every period (period Π). Therefore, in the lifted state, a filter capable of separating quasi-aperiodic signals can be designed by designing a desired high-pass filter based on the separation frequency of the aperiodic signal and then performing inverse lifting transform.
また、z変換された周期通過フィルタFp(z-1)と非周期通過フィルタFa(z-1)は、以下のように表すことができる。
(IIRフィルタ)
続いて、上記のフィルタの具体的な例としてのIIR(Infinite Impulse Response)フィルタについて説明する。
(IIR filter)
Next, an IIR (Infinite Impulse Response) filter will be described as a specific example of the above filter.
N次のIIRローパスフィルタ及びIIRハイパスフィルタは、以下の式に示すリフティッド周期通過フィルタ及びリフティッド非周期通過フィルタとして用いることができる。
上述のz変換の定義を用いて、IIR周期通過フィルタ及びIIR非周期通過フィルタは、それぞれ以下の式で与えられる。
上記の式(4)、(5)で示されるIIR周期通過フィルタ及びIIR非周期通過フィルタは、図4(A)の1次フィルタの例及び図4(B)の高次フィルタの例のように実現される。図4(A)、(B)に示すように、本実施の形態に係る周期信号分離フィルタは、各段のフィードフォワード経路及び各段のフィードバック経路にz-Π(離散時間系における表現)で表されるむだ時間要素を含んでいる。すなわち、各段のフィードフォワード経路及び各段のフィードバック経路は、分離する準周期信号の分離目的周期を表す周期Πを肩にもつむだ時間要素を含む。 The IIR periodic pass filter and the IIR non-periodic pass filter represented by the above equations (4) and (5) are similar to the example of the first-order filter in FIG. 4A and the example of the high-order filter in FIG. 4B. is realized in As shown in FIGS. 4A and 4B, the periodic signal separation filter according to the present embodiment has z −Π (expressed in a discrete time system) in the feedforward path of each stage and the feedback path of each stage. contains the represented dead time element. That is, the feedforward path of each stage and the feedback path of each stage include dead time elements shouldered by the period Π representing the separation target period of the quasi-periodic signal to be separated.
また、上記式(4)、(5)に示されるIIR周期通過フィルタ、IIR非周期通過フィルタは、分離周波数ρ~によって所定の振幅変動を有する周期的な信号を分離する準周期信号の分離フィルタ又は非周期的な信号を分離する準非周期信号の分離フィルタとして動作する。 Further, the IIR periodic pass filter and the IIR non-periodic pass filter shown in the above equations (4) and (5) are quasi-periodic signal separation filters that separate periodic signals having a predetermined amplitude fluctuation by the separation frequency ρ. Or it operates as a quasi-aperiodic signal separation filter that separates aperiodic signals.
また、図5に示すように、準周期信号及び準非周期信号を出力する信号分離フィルタは、IIRフィルタの出力信号である準周期信号及び準非周期信号のいずれか一方の信号と入力信号との差分信号を、準周期信号及び準非周期信号の他方の信号として出力することとしてもよい。 Further, as shown in FIG. 5, the signal separation filter that outputs the quasi-periodic signal and the quasi-aperiodic signal separates one of the quasi-periodic signal and the quasi-aperiodic signal, which are the output signals of the IIR filter, from the input signal. may be output as the other of the quasi-periodic signal and the quasi-aperiodic signal.
図6は、N次のIIR周期通過フィルタFp及びIIR非周期通過フィルタFaのボード線図を示している。図6に係るフィルタのサンプリング時間Tsは0.001s(秒)、周期Πは200π、分離周波数ρ~は1rad/sである。図6に示すように、周期通過フィルタFp(z-1)の次数を高めることにより減衰が急峻になり、バンドストップ特性を深くすることができる。 FIG. 6 shows Bode plots of an Nth-order IIR periodic pass filter Fp and an IIR aperiodic pass filter Fa . The filter according to FIG. 6 has a sampling time T s of 0.001 s (seconds), a period Π of 200 π, and a separation frequency ρ˜1 rad/s. As shown in FIG. 6, by increasing the order of the periodic pass filter F p (z −1 ), the attenuation becomes steeper and the band stop characteristic can be deepened.
また、図7は、次数Nと分離周波数ρ~を変化させた場合のボード線図である。図7に係るフィルタのサンプリング時間Tsは0.001s、周期Πは200πである。図7に示すように、フィルタ分離周波数ρ~の増加によってフィルタのバンドパス周波数を広げることができる。また、これらのIIRフィルタは、FIR(Finite Impulse Response)フィルタに比べて、次数及び計算コストを低下させることができる。 FIG. 7 is a Bode diagram when the order N and the separation frequency ρ˜ are changed. The filter according to FIG. 7 has a sampling time T s of 0.001 s and a period Π of 200π. As shown in FIG. 7, the bandpass frequency of the filter can be broadened by increasing the filter separation frequency ρ~. Also, these IIR filters can reduce the order and computational cost compared to FIR (Finite Impulse Response) filters.
続いて、本実施の形態に係る分離フィルタとしてのFIRフィルタについて説明する。FIRフィルタでは、式(2)、(3)の分母多項式のai及びciをゼロに設定し、図8のように実現される。したがって、FIRフィルタは、IIRフィルタと異なり本質的に安定である。 Next, an FIR filter as a separation filter according to this embodiment will be described. The FIR filter is realized as shown in FIG. 8 by setting a i and c i of the denominator polynomials of equations (2) and (3) to zero. Therefore, FIR filters are inherently stable, unlike IIR filters.
本実施の形態では、リフティッド周期通過フィルタFτp(Z-1)及びリフティッド非周期通過フィルタFτa(Z-1)にParks-McClellanアルゴリズムを適用して、等リップルFIRローパスフィルタ及びFIRハイパスフィルタを設計する。本例では、MATLAB(登録商標)のfirceqrip()関数を用いて式(2)、(3)の各フィルタの係数bi、diを計算した。 In the present embodiment, the Parks-McClellan algorithm is applied to the lifted periodic pass filter F τp (Z −1 ) and the lifted aperiodic pass filter F τa (Z −1 ) to form equiripple FIR low-pass filters and FIR high-pass filters. design. In this example, the coefficients b i and d i of the filters in Equations (2) and (3) were calculated using the firceqrip( ) function of MATLAB (registered trademark).
本実施の形態では、比較のため、20次、30次、50次のFIRローパスフィルタ、ハイパスフィルタを作成した。図9は、N次のFIR周期通過フィルタFp(z-1)及びFIR非周期通過フィルタFa(z-1)のボード線図である。図9に係るフィルタのサンプリング時間Tsは0.001s、周期Πは200π、分離周波数ρ~は1rad/sである。図9に表されるように、次数が高くなるほど、傾きが急になっている。また、図9のゲイン線図に示すように、FIRフィルタでは、図6に示すIIRフィルタより高い次数と急峻な傾きを示す。 In the present embodiment, 20th, 30th, and 50th FIR low-pass filters and high-pass filters were created for comparison. FIG. 9 is a Bode plot of an Nth-order FIR periodic pass filter F p (z −1 ) and an FIR non-periodic pass filter F a (z −1 ). The filter according to FIG. 9 has a sampling time T s of 0.001 s, a period Π of 200 π, and a separation frequency ρ˜1 rad/s. As shown in FIG. 9, the higher the order, the steeper the slope. Further, as shown in the gain diagram of FIG. 9, the FIR filter exhibits a higher order and steeper slope than the IIR filter shown in FIG.
上述のFIR非周期通過フィルタでは、通過帯域周波数に遅れ(位相遅れ)があり、FIR非周期通過フィルタによって出力される非周期状態は遅れを生じている。この位相遅れに関する課題を解決するため、非周期通過フィルタの別の実施の形態として、以下の式で表される周期通過フィルタの相補的なフィルタを考える。
例えば、式(4)及び(5)に基づく一次のIIR周期通過フィルタ及びIIR非周期通過フィルタは、以下の式で表される相補的なフィルタである。
図10のボード線図に示すように、上述のフィルタは、FIR非周期通過関数の位相遅れを改善することができる。より具体的には、相補的なFIR非周期通過フィルタの通過帯域周波数における位相はゼロとなっており、図9に示すFIR非周期通過フィルタと比較して、位相遅れが改善されていることがわかる。 As shown in the Bode plot of FIG. 10, the above filter can improve the phase lag of the FIR aperiodic pass function. More specifically, the phase at the passband frequency of the complementary FIR non-periodic pass filter is zero, indicating that the phase lag is improved compared to the FIR non-periodic pass filter shown in FIG. Recognize.
(数値例)
続いて、上記実施の形態に係る周期信号分離フィルタに係る数値例について説明する。本数値例では、比較のため、1次から3次の3つのIIRフィルタと、1つのFIRフィルタについて評価する。IIRフィルタのサンプリング時間Tsは0.001s、周期Πは200π、分離周波数ρ~は1rad/sである。
(Numerical example)
Numerical examples relating to the periodic signal separation filter according to the above embodiment will now be described. In this numerical example, three IIR filters of first to third orders and one FIR filter are evaluated for comparison. The sampling time T s of the IIR filter is 0.001 s, the period Π is 200 π, and the separation frequency ρ ~ is 1 rad/s.
また、FIRフィルタとしては、MATLAB(登録商標)のfirceqrip()関数を用いて設計された50次のFIRフィルタを用いる。本例に係る入力信号は、図11(A)に示すように、準周期信号に5s(秒)時点で、準非周期信号が加わる信号である。 As the FIR filter, a 50th-order FIR filter designed using the MATLAB (registered trademark) firceqrip( ) function is used. The input signal according to this example is a signal in which a quasi-aperiodic signal is added to a quasi-periodic signal at a time point of 5s (seconds), as shown in FIG.
図11(B)~(E)に示すように、各IIRフィルタ及びFIRフィルタにおいて、準周期信号、準非周期信号を適切に分離できていることがわかる。また、図12に示すように、IIRフィルタにおける準周期信号と準非周期信号との間の干渉は、1次のフィルタの場合に比べて、2次、3次のフィルタの場合では、100分の1以下程度となっており、大幅に干渉を低減できていることがわかる。 As shown in FIGS. 11B to 11E, it can be seen that the quasi-periodic signals and the quasi-aperiodic signals are properly separated in each of the IIR filters and FIR filters. Also, as shown in FIG. 12, the interference between the quasi-periodic signal and the quasi-aperiodic signal in the IIR filter is 100 minutes in the case of the second-order and third-order filters compared to the case of the first-order filter. is about 1 or less, and it can be seen that the interference can be greatly reduced.
したがって、本実施の形態に係る信号分離フィルタによれば、振幅変動を有する準周期信号と準非周期信号とを精度よく分離することが可能となる。特に、信号分離フィルタを2次以上の高次フィルタとすることにより、準周期信号と準非周期信号との干渉を大幅に低減可能な信号分離フィルタを構成することが可能となる。 Therefore, according to the signal separation filter according to the present embodiment, it is possible to accurately separate a quasi-periodic signal and a quasi-aperiodic signal having amplitude fluctuations. In particular, by using a second-order or higher-order filter as the signal separation filter, it is possible to configure a signal separation filter that can significantly reduce the interference between the quasi-periodic signal and the quasi-aperiodic signal.
以上説明したように、本実施の形態に係る信号分離フィルタ及び信号分離フィルタの設計方法によれば、分離される周期信号の振幅変動を許容した高次のフィルタを用いて信号分離フィルタを構成する。より具体的には、本実施の形態に係る信号分離フィルタは、分離対象信号のターゲットの周期である分離目的周期を肩にもつむだ時間要素を含む2段以上のフィードフォワード経路を備えるので、入力信号から準周期信号、準非周期信号を精度よく分離することが可能である。 As described above, according to the signal separation filter and the design method of the signal separation filter according to the present embodiment, the signal separation filter is configured using a high-order filter that allows amplitude fluctuations of the periodic signal to be separated. . More specifically, the signal separation filter according to the present embodiment has two or more stages of feedforward paths including dead time elements with the separation target period, which is the period of the target of the signal to be separated. A quasi-periodic signal and a quasi-aperiodic signal can be accurately separated from a signal.
また、分離対象信号のターゲットとなる周期である分離目的周期Πを用いてリフティングされた信号に基づいてローパスフィルタ又はハイパスフィルタを生成することで準周期信号、準非周期信号を分離するフィルタを設計できるので、容易に、精度のよい信号分離フィルタを生成することができる。 In addition, a filter that separates quasi-periodic and quasi-aperiodic signals is designed by generating a low-pass filter or high-pass filter based on the lifted signal using the separation target period Π, which is the target period of the separation target signal. Therefore, a highly accurate signal separation filter can be easily generated.
また、本実施の形態に係る信号分離フィルタでは、高調波を包括する周期信号を分離対象としているので、ノッチフィルタと異なり分離対象の信号の高調波成分についても分離することができる。 In addition, since the signal separation filter according to the present embodiment is intended to separate a periodic signal including harmonics, it is possible to separate the harmonic components of the signal to be separated unlike the notch filter.
本実施の形態に係る信号分離フィルタは、入力信号から準周期信号又は準非周期信号を分離することとしたが、これに限られず、準周期フィルタ及び準非周期フィルタとを組み合わせて、準周期信号と準非周期信号とを出力することとしてもよい。また、本発明に係る信号分離フィルタは、準周期フィルタ又は準非周期フィルタを備え、分離した準周期信号又は準非周期信号と入力信号との差分信号を準非周期信号又は準周期信号とすることにより、準周期信号及び準非周期信号を出力することとしてもよい。 Although the signal separation filter according to the present embodiment separates a quasi-periodic signal or a quasi-aperiodic signal from an input signal, the present invention is not limited to this. A signal and a quasi-aperiodic signal may be output. Further, the signal separation filter according to the present invention includes a quasi-periodic filter or a quasi-aperiodic filter, and uses a difference signal between the separated quasi-periodic signal or quasi-aperiodic signal and the input signal as the quasi-aperiodic signal or quasi-periodic signal. Accordingly, a quasi-periodic signal and a quasi-aperiodic signal may be output.
本発明は、入力信号から周期信号、非周期信号を分離する周期信号分離フィルタに好適である。特に、ロボット制御、異常検知等の分野において分離の対象となる周期信号の周期が変動する場合の周期信号分離フィルタに好適である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable for a periodic signal separation filter that separates a periodic signal and an aperiodic signal from an input signal. In particular, it is suitable for a periodic signal separation filter when the period of a periodic signal to be separated fluctuates in fields such as robot control and anomaly detection.
Claims (4)
前記分離目的周期における振幅が、所定の分離周波数より低周波で変動する準周期信号と、前記分離目的周期における振幅が前記分離周波数より高周波で変動する準非周期信号とを含む入力信号から、前記準周期信号及び前記準非周期信号の少なくともいずれかを分離する、
ことを特徴とする信号分離フィルタ。 Equipped with a two or more stage feedforward path including a dead time element with a separation target period that is a target period of the separation target signal,
from an input signal including a quasi-periodic signal whose amplitude in the separation target period fluctuates at a frequency lower than a predetermined separation frequency and a quasi-aperiodic signal whose amplitude in the separation target period fluctuates at a frequency higher than the separation frequency, separating at least one of the quasi-periodic signal and the quasi-aperiodic signal;
A signal separation filter characterized by:
ことを特徴とする請求項1に記載の信号分離フィルタ。 An IIR filter comprising two or more stages of feedback paths including dead time elements bearing the separation target period,
2. The signal separation filter according to claim 1, wherein:
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の信号分離フィルタ。 outputting a difference signal between one of the separated quasi-periodic signal and the quasi-aperiodic signal and the input signal as the other of the quasi-periodic signal and the quasi-aperiodic signal;
3. The signal separation filter according to claim 1 or 2, characterized in that:
前記分離周波数に基づいて、リフティングされた前記入力信号に対するローパスフィルタ及びハイパスフィルタの少なくともいずれかを生成し、
生成された前記ローパスフィルタ及びハイパスフィルタを逆リフティングして、前記準周期信号及び前記準非周期信号の少なくともいずれかを分離するフィルタを生成する、
ことを特徴とする信号分離フィルタの設計方法。 A quasi-periodic signal whose amplitude in the separation target period, which is the target period of the separation target signal, fluctuates at a frequency lower than a predetermined separation frequency, and a quasi-aperiodic signal whose amplitude in the separation target period fluctuates at a frequency higher than the separation frequency. lifting the input signal containing and using the separation target period;
generating a low-pass filter and/or a high-pass filter for the lifted input signal based on the separation frequency;
inverse lifting the generated low-pass and high-pass filters to generate a filter that isolates the quasi-periodic and/or quasi-aperiodic signals;
A method of designing a signal separation filter, characterized by:
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