JP2756629B2 - 適応制御装置 - Google Patents

適応制御装置

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JP2756629B2 JP4310443A JP31044392A JP2756629B2 JP 2756629 B2 JP2756629 B2 JP 2756629B2 JP 4310443 A JP4310443 A JP 4310443A JP 31044392 A JP31044392 A JP 31044392A JP 2756629 B2 JP2756629 B2 JP 2756629B2
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  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
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  • Exhaust Silencers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車の車室内
の振動あるいは騒音のようなエンジンに同期したノイズ
すなわち周期性のノイズに対し適応フィルタを用いて打
ち消す適応制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、適応制御装置は、周辺環境に適応
しながら機械等の制御を行なう柔軟性の高い制御として
注目されているが、特に周期性のノイズを打ち消す適応
フィルタは、周期性に着目すると構成が簡単になるので
特に脚光を浴びている。
【０００３】以下、図面を参照しながら、上述した従来
の適応制御装置の一例について説明する。図７は従来の
適応制御装置の概略構成を示すものである。図７におい
て、７１はトリガパルス検出手段、７２は適応フィル
タ、７３は係数更新手段、７４はアクチュエータ、７５
はセンサ、７６は伝達特性補償フィルタ、７７は伝達特
性変換手段である。
【０００４】以上のように構成された適応制御装置につ
いて、以下その動作を説明する。図７において、外部か
らの振動騒音、例えばエンジンの振動のような振動に同
期したパルスをトリガーパルス検出手段７１により検出
し、適応フィルタ７２に入力する。このようなパルス
は、エンジンのような回転機械の場合、回転体の微小角
度毎にパルスを発生する回転センサ等で簡単に実現でき
る。また自動車の場合には、エンジン制御用のＥＣＵが
カムやクランクの回転パルス信号を監視しているので、
それを利用することも可能である。適応フィルタ７２
は、アクチュエータ７４に制御信号を出力して振動を発
生させ、アクチュエータ７４の振動は、制御を所望する
ポイントにおいて振動騒音と加算され、その結果である
誤差をセンサ７５が電気信号として検出し、係数更新手
段７３に送出する。
【０００５】適応フィルタ７２は、トリガーパルス検出
手段７１により検出されたパルスをトリガーとし、適応
フィルタ７２のタップの値を順次出力していくフィルタ
であり、トリガーパルス検出手段７１が検出するエンジ
ン１回転当たりに出力されるパルス数を、制御対象とす
る振動の最低次数で割った商と同じ数のタップを有す
る。例えば、エンジン１回転当り５０個のパルスが出力
されるとし、制御対象とする振動の最低次数を１次とす
ると、５０／１＝５０個のタップを有する。このことに
より、制御対象の振動と常に同期した出力を得ることが
できる。
【０００６】一方、係数更新手段７３は、センサ７５が
電気信号として検出した誤差と、伝達特性補償フィルタ
７６の出力を現在のトリガーパルス信号の周波数に変換
する伝達特性変換手段７７に入力して得られた伝達特性
補償信号とを用いて、適応フィルタ７２のタップ係数を
同期式ＬＭＳ等のアルゴリズムにより更新する。一般に
は、アクチュエータ７４の出力遅れや、アクチュエータ
７４からセンサ７５までの伝達特性を予め伝達特性補償
フィルタ７６に記憶しておき、それを参照して適応フィ
ルタードＸアルゴリズムを使うことによって、それらの
遅れを予め考慮した適応フィルタの更新がなされる。こ
の時、伝達特性補償フィルタ７６は、その特性がサンプ
リング周波数に依存するため、エンジン回転数により出
力周波数の変わる本装置においては、その特性を変換す
る伝達特性変換手段７７が必要となる。
【０００７】このように、上記従来の適応制御装置で
も、自動車の車室内騒音のようなエンジンに同期した周
期的なノイズを打ち消すことができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の適応制御装置では、周期的なノイズに非周期的なノ
イズが混在したときには、周期的なノイズを消しきれな
いという問題点があった。このため、従来の適応制御装
置では、アクチュエータを補償するフィルタを挿入した
ものもあるが、アクチュエータ補償フィルタによってア
クチュエータの遅れを完全に補償することは不可能であ
り、特に非周期性のノイズが混入していると補償しきれ
ず、出力の位相がずれて誤動作の原因にもなっていた。
また、そのような誤動作をさけるため、適応フィルタの
一回の更新量を少なくすると、すなわち制御系のゲイン
を小さくすると、収束速度が遅くなってしまい、周辺環
境の変化、例えばノイズの周期変化にも対応しにくいと
いう問題点があった。
【０００９】本発明は、上記課題に鑑み、非周期的なノ
イズが混在するノイズからも周期的なノイズを誤動作な
くかつ遅れなく打ち消すことができる優れた適応制御装
置を提供することを目的とするものである。本発明はま
た、周期的、非周期的を問わず、ノイズを素早く打ち消
すことができる優れた適応制御装置を提供することを目
的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の適応制御装置は、入力ノイズとフィルタ出
力にて作動するアクチュエータ出力との差動信号である
出力誤差から非周期性の誤差と周期性の誤差とを分離す
る周期信号分離手段と、この周期性の誤差を使用してフ
ィルタの係数を設定する適応フィルタとを備えたもので
ある。本発明はまた、上記構成に加え、出力誤差の非周
期性成分に対して位相補償して入力ノイズの非周期性成
分を消去する位相補償フィルタを備えたものである。
【００１１】
【作用】本発明は、上記構成によって、周期的、非周期
的な誤差の中から周期的な誤差だけを消去することがで
きるので、非周期的な誤差の影響を受けることなく、周
期的な誤差の消去を短時間で行なうことができる。本発
明はまた、上記構成によって、周期的な誤差だけでな
く、非周期的な誤差の消去も短時間で行なうことができ
る。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の適応制御装置の実施例につい
て、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第１
の実施例における適応制御装置の概略構成を示すもので
ある。図１において、１１は参照信号検出手段、１２は
適応フィルタ、１３は係数更新手段、１４は電気機械変
換手段であるアクチュエータ、１５は誤差信号検出手段
であるセンサ、１６は適応フィルタ１２からセンサ１５
までの伝達特性を予め同定した伝達特性補償フィルタ、
１７は周期信号分離手段である。
【００１３】図２は本発明の第１の実施例に使用される
周期信号分離手段１７の概略構成を示すものである。図
２において、２１は遅延素子、２２は適応フィルタ、２
３は係数更新手段である。
【００１４】次に上記第１の実施例の動作について説明
する。図１において、まず参照信号検出手段１１で検出
された参照信号が、適応フィルタ１２でフィルタリング
され、制御信号をアクチュエータ１４に出力する。参照
信号は、通常制御したい振動の振動源と思われる部分、
例えば自動車ならばエンジンから検出する。一方、外部
からの振動騒音、例えばエンジンの振動が入力ノイズと
してアクチュエータ１４の出力と加算される。そしてこ
の加算された結果である誤差は、センサ１５によって電
気信号として検出され、周期信号分離手段１７によって
周期性の誤差と非周期性の誤差とに分離され、周期性誤
差のみが係数更新手段１３に送出される。係数更新手段
１３は、周期信号分離手段１７により抽出された周期性
誤差と、参照信号を伝達特性補償フィルタ１６に通して
得た伝達特性補償信号とを用いて、適応フィルタ１２の
タップ係数をＬＭＳ等のアルゴリズムにより更新する。
本実施例においては、アクチュエータ１４の出力遅れ
や、アクチュエータ１４からセンサ１５までの伝達特性
を予め伝達特性補償フィルタ１６に記憶しておき、それ
らを参照して適応フィルタ１２を更新するフィルタード
Ｘアルゴリズムを使うことによって、それらの遅れを予
め考慮した適応フィルタ１２の更新がなされる。
【００１５】このような適応制御装置は、自動車のエン
ジン振動のような振動を消去するために用いる場合、周
期性誤差の制御が主となる。この場合、誤差信号に制御
を所望する振動以外の原因で発生する大きな振動、例え
ば自動車が凸凹な道を走行する等により発生する非周期
性振動は、エンジンの振動を制御する時の信号のＳ／Ｎ
を悪化させ、制御の頑健性を欠く大きな要因となる。
【００１６】そこで、このような本来制御したい周期性
の信号とは異なる非周期性の信号に対し、周期信号分離
手段１７を使用することにより、Ｓ／Ｎを向上し、収束
性と頑健性を向上させる。
【００１７】次に上記実施例における周期信号分離手段
１７の動作について、図２を参照して説明する。センサ
１５によって検出された振動騒音は、入力ノイズとして
適応フィルタ２２と遅延素子２１に入力される。適応フ
ィルタ２２でフィルタリングされた信号は、遅延素子２
１により適当に遅らされた信号との差を取り、その差の
二乗が０になるように係数更新手段２３においてＬＭＳ
アルゴリズム等で適応フィルタ２２の係数が更新され
る。これにより、適応フィルタ２２は、入力ノイズのう
ち現在の自らの信号と相関を有する自らの過去の信号を
出力するように更新されるので、自己相関が０であるラ
ンダムノイズのような信号は、適応フィルタ２２を通す
ことにより除去され、過去に相関を有する周期信号のみ
が出力されることになる。
【００１８】このように、上記第１の実施例によれば、
入力ノイズと適応フィルタ１２の出力との差動信号であ
る出力誤差から非周期性の誤差と周期性の誤差とを分離
する周期信号分離手段１７を備えているので、この周期
性の誤差を使用して適応フィルタ１２を作動させること
により、出力誤差に含まれる非周期性誤差による誤作動
を防ぎ、周期性誤差の打ち消しを短時間で行なうことが
できる。
【００１９】図３は本発明の第２の実施列に使用される
周期信号分離手段の概略構成を示すものである。適応制
御装置の全体構成は、図１に示した第１の実施例と同じ
である。図３において、３１は同期パルス生成手段、３
２は適応フィルタ、３３は係数更新手段、３４は同期パ
ルス生成手段３１の出力をトリガーとし適応フィルタ３
２の出力をロックし直す同期回路である。
【００２０】次に、上記第２の実施例の動作について説
明する。図１に示した第１の実施例では、制御対象の特
性上、駆動輪の振動に同期した周期成分等も分離してし
まうため、十分な効果が得られない可能性を生じるの
で、そのような本来制御したい周期性の信号とは異なる
周期の周期性信号にも対処できるように、周期信号分離
手段１７の構成を図３のごとく変更することにより、Ｓ
／Ｎをさらに向上させ、収束性と頑健性も向上させるこ
とができるようになる。
【００２１】図３において、まず同期パルス生成手段３
１によって生成された制御を所望する最も振動周期の長
い低次の振動に一次同期したパルス信号が、適応フィル
タ３２に入力される。適応フィルタ３２でフィルタリン
グされた信号は、センサ１５で検出された入力ノイズ信
号との差を取り、その差の二乗が０になるように係数更
新手段３３において同期式ＬＭＳアルゴリズム等で適応
フィルタ３２の係数が更新される。これにより、適応フ
ィルタ３２は入力ノイズのうちパルス信号と相関を有す
る、すなわち一次以上の次数で同期した信号を出力する
ように更新され、入力ノイズからパルスに相関を有する
振動成分だけを分離抽出することができる。
【００２２】一方、エンジンの回転数は常に変化してい
るので、適応フィルタ３２の出力中に同期パルス生成手
段３１から次のパルスが出力されることも珍しくない。
そこで適応フィルタ３２は、出力するロック周波数と上
記した振動周期の最も長い周期の関係から十分対応でき
るタップ長を有し、同期パルス生成手段３１から次のパ
ルスが出力されると、同期回路３４が、現在出力したタ
ップ係数を０にするとともに、適応フィルタ３２の出力
をリセットしてタップ０から出力し直すので、パルスと
の同期を常に保つことができる。
【００２３】なお、上記第２の実施例において、例えば
図１のに示した第１の実施例において適応フィルタ１２
の入力を上記した周期パルスとし、全体を同期式適応フ
ィルタとして動作させつつ、周期信号分離手段１７によ
ってＳ／Ｎの向上を図ることも可能である。
【００２４】また、上記したごとく、周期信号分離手段
１７は、その構成上、群遅延を有するときは、伝達特性
補償フィルタ１６の同定時にも動作させ、予め遅延要素
を含んだ伝達特性を同定しておかなければならないこと
も有り得る。
【００２５】図４は本発明の第３の実施例における適応
制御装置の概略構成を示すものである。図４において、
４１はトリガーパルス検出手段、４２は適応フィルタ、
４３は係数更新手段、４４は電気機械変換手段であるア
クチュエータ、４５は誤差信号検出手段であるセンサ、
４６は適応フィルタ４２からセンサ４５までの伝達特性
を予め同定した伝達特性補償フィルタ、４７は伝達特性
を検出されたトリガーパルス信号の周波数に変換する伝
達特性変換手段、４８は周期信号分離手段である。
【００２６】図５は本発明の第３の実施例に使用される
周期信号分離手段４８の概略構成を示すものである。図
５において、５１は同期パルス生成手段、５２は適応フ
ィルタ、５３は係数更新手段である。また４１は図４中
のトリガーパルス検出手段４１と同じものである。
【００２７】次に上記第３の実施例の動作についてを説
明する。図４において、外部からの振動騒音、例えばエ
ンジンの振動に同期したパルスをトリガーパルス検出手
段４１により検出し、適応フィルタ４２に入力する。こ
のようなパルスはエンジンのような回転機械の場合、回
転体の微小角度毎にパルスを発生する回転センサ等で簡
単に実現できる。また自動車の場合には、エンジン制御
用のＥＣＵがカムやクランクの回転パルス信号を監視し
ているので、それを利用することも可能である。適応フ
ィルタ４２は、アクチュエータ４４に制御信号を出力
し、アクチュエータ４４の出力は、制御を所望するポイ
ントにおいて振動騒音と加算され、その結果である誤差
をセンサ４５が電気信号として検出し、その誤差は、周
期信号分離手段４８によって周期性の誤差と非周期性の
誤差とに分離され、周期性誤差のみが係数更新手段４３
に送出される。
【００２８】適応フィルタ４２は、トリガーパルス検出
手段４１により検出されたパルスをトリガーとし、適応
フィルタ４２のタップの値を順次出力していくフィルタ
であり、トリガーパルス検出手段４１が検出するエンジ
ン１回転当たりに出力されるパルス数を、制御対象とす
る振動の最低次数で割った商と同じ数のタップを有す
る。例えば、エンジン１回転当り５０個のパルスが出力
されるとし、制御対象とする振動の最低次数を１次とす
ると、５０／１＝５０個のタップを有する。このことに
より、制御対象の振動と常に同期した出力を得ることが
できる。
【００２９】一方、係数更新手段４３は、周期信号分離
手段４８により抽出された周期性誤差と、伝達特性補償
フィルタ４６の出力を現在のトリガーパルス信号の周波
数に変換する伝達特性変換手段４７に入力して得られた
伝達特性補償信号とを用いて、適応フィルタ４２のタッ
プ係数を同期式ＬＭＳ等のアルゴリズムにより更新す
る。本実施例においても、アクチュエータ４４の出力遅
れや、アクチュエータ４４からセンサ４５までの伝達特
性を予め伝達特性補償フィルタ４７に記憶しておき、そ
れを参照して適応フィルタードＸアルゴリズムを使うこ
とによって、それらの遅れを予め考慮した適応フィルタ
４２の更新がなされる。この時、伝達特性補償フィルタ
４６は、その特性がサンプリング周波数に依存するた
め、エンジン回転数により出力周波数の変わる本実施例
においては、その特性を変換する伝達特性変換手段４７
が必要となる。
【００３０】次に上記実施例における周期信号分離手段
４８の動作について説明する。図５において、同期パル
ス生成手段５１によって生成された制御を所望する最も
低次の振動に一次同期したパルス信号が、適応フィルタ
５２に入力される。この同期パルス信号は、トリガーパ
ルス検出手段４１により検出されたトリガー信号を分周
して得るのが最も簡単な手法である。適応フィルタ５２
でフィルタリングされた信号は、センサ４５で検出され
た入力ノイズ信号との差を取り、その差の二乗が０にな
るように係数更新手段５３において同期式ＬＭＳアルゴ
リズム等で適応フィルタ５２の係数が更新される。これ
により、適応フィルタ５２は、入力ノイズのうちパルス
信号と相関を有する、すなわち一次以上の次数で同期し
た信号を出力するように更新され、入力ノイズからパル
スに相関を有する振動成分だけを分離抽出することがで
きる。
【００３１】この時、適応フィルタ５２は、図４の適応
フィルタ４２と同じタップ長を有し、さらにトリガーパ
ルス検出手段４１により検出されたパルスをトリガーと
して自身のタップ値を順次出力していくので、図４の適
応フィルタ４２と同様の動作をする。したがって、エン
ジンの回転数の変化に同期したトリガー信号を検出する
ことができ、パルスとの同期が常に保たれることにな
る。
【００３２】なお、上記第３の実施例において、他の構
成の周期信号分離手段、例えば図２および図３に示した
周期信号分離手段も使用できるのは言うまでもない。
【００３３】図６は本発明の第４の実施例における適応
制御装置の概略構成を示すものである。図６において、
６１はトリガーパルス検出手段、６２は適応フィルタ、
６３は係数更新手段、６４は電気機械変換手段であるア
クチュエータ、６５は誤差信号検出手段であるセンサ、
６６は適応フィルタ６２からセンサ６５までの伝達特性
を予め同定した伝達特性補償フィルタ、６７は伝達特性
を検出されたトリガーパルス信号の周波数に変換する伝
達特性変換手段、６８は周期信号分離手段、６９は位相
補償フィルタである。この位相補償フィルタ６９が追加
された以外は、図４および図５に示した第３の実施例の
構成と同様である。したがって、図２および図３に示し
た周期信号分離手段も本発明の第４の実施例に使用でき
るのは言うまでもない。
【００３４】次に図６を用いて本発明の第４の実施例の
動作を説明する。図４に示した第３の実施例と異なるの
は、周期性信号分離手段６８によって周期性の誤差と非
周期性の誤差を分離した後、非周期性の誤差にも位相補
償フィルタ６９を通して、適応フィルタ６２の出力に加
算した点である。位相補償フィルタ６９は、アクチュエ
ータ６４による位相遅れを補償して制御系が発振しない
ようにするものである。
【００３５】このように、上記第４の実施例によれば、
非周期性ノイズに対してもそのノイズを打ち消す別制御
系が構成されているので、周期性、非周期性を問わずノ
イズを打ち消すことができる。
【００３６】なお、本発明は、上記各実施例に限られる
ものではなく、例えば参照信号検出手段の後に周期信号
分離手段を挿入することも可能である。
【００３７】
【発明の効果】以上のように、本発明は、周期性ノイズ
および非周期性ノイズを含む入力ノイズと適応フィルタ
出力にて作動するアクチュエータ出力との差動信号であ
る出力誤差から周期信号分離手段によって非周期性の誤
差と周期性の誤差とに分離し、この分離された誤差信号
を使用して適応フィルタを作動させるので、出力誤差に
含まれる非周期性誤差による誤動作を防ぎ、かつ周期性
誤差の打ち消しを素早く行なうことができ、ノイズの周
期変化にも十分に対応することができるという効果を有
する。本発明はまた、上記効果に加え、位相補償フィル
タによって出力誤差の非周期性成分に対しても位相補償
して消去するようにしたので、周期性、非周期性を問わ
ず、入力ノイズを素早く打ち消すことができるという効
果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例における適応制御装置の
概略構成を示すブロック図
【図２】本発明の第１の実施例に使用される周期信号分
離手段の概略構成を示すブロック図
【図３】本発明の第２の実施列に使用される周期信号分
離手段の概略構成を示すブロック図
【図４】本発明の第３の実施例における適応制御装置の
概略構成を示すブロック図
【図５】本発明の第３の実施例に使用される周期信号分
離手段の概略構成を示すブロック図
【図６】本発明の第４の実施例における適応制御装置の
概略構成を示すブロック図
【図７】従来の適応制御装置の概略構成を示すブロック
図
【符号の説明】
１１ 参照信号検出手段 １２、２２、３２、４２、５２、６２、７２ 適応フィ
ルタ １３、２３、３３、４３、５３、６３、７３ 係数更新
手段 １４、４４、６４、７４ アクチュエータ １５、４５、６５、７５ センサ １６、４６、６６、７６ 伝達特性補償フィルタ １７、４８、６８ 周期信号分離手段 ２１ 遅延素子 ３１、５１ 同期パルス生成手段 ３４ 同期回路 ４１、６１、７１ トリガパルス検出手段 ４７、６７、７７ 伝達特性変換手段 ６９ 位相補償フィルタ
フロントページの続き (72)発明者 岡 田 毅 神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目３番 １号 松下通信工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−149269（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−110469（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−128895（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−204354（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−11770（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−352197（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 周期信号を分離する周期信号分離手段
    と、入力ノイズの周期性成分を消去するための適応フィ
    ルタと、入力ノイズと前記適応フィルタ出力にて作動す
    るアクチュエータ出力との差動信号である出力誤差から
    前記周期信号分離手段によって取り出した周期性誤差成
    分を用いて前記適応フィルタの係数を補正する係数更新
    手段と、前記出力誤差の非周期性成分に対して位相補償
    して、前記入力ノイズの非周期性成分を消去する位相補
    償フィルタとを備えた適応制御装置。
  2. 【請求項２】 周期信号分離手段が、遅延素子と、前記
    遅延素子に入力信号を通した出力とフィルタ出力との差
    をなくすようにフィルタ係数を形成する適応フィルタ
    と、前記フィルタ係数を前記遅延素子出力とフィルタ出
    力との差を用いて補正する係数更新手段とを備えた請求
    項１記載の適応制御装置。
  3. 【請求項３】 周期信号分離手段が、入力ノイズの周期
    性成分の周期をＮ分割した時間ごとに順次フィルタ係数
    を出力するＮ個のタップから構成される同期式適応フィ
    ルタと、入力ノイズと適応フィルタ出力にて作動するア
    クチュエータ出力との差動信号である出力誤差と前記同
    期式適応フィルタ出力との差を用いて前記同期式適応フ
    ィルタのタップを更新する係数更新手段とを備えた請求
    項１記載の適応制御装置。
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