JP3056492B2 - 閉ループ制御システムにおける適応形雑音消去 - Google Patents

閉ループ制御システムにおける適応形雑音消去

Info

Publication number
JP3056492B2
JP3056492B2 JP63507681A JP50768188A JP3056492B2 JP 3056492 B2 JP3056492 B2 JP 3056492B2 JP 63507681 A JP63507681 A JP 63507681A JP 50768188 A JP50768188 A JP 50768188A JP 3056492 B2 JP3056492 B2 JP 3056492B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
noise
closed loop
anc
noise cancellation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP63507681A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH01503819A (ja
Inventor
アルコーン,ジェリー・エム
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Raytheon Co
Original Assignee
Raytheon Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Raytheon Co filed Critical Raytheon Co
Publication of JPH01503819A publication Critical patent/JPH01503819A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3056492B2 publication Critical patent/JP3056492B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H21/00Adaptive networks
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)
  • Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 この発明は、制御システムの出力信号に含まれる好ま
しくない雑音を低減する装置及び方法に関し、より詳細
には、好ましくない雑音の相関基準にもとずいて適応可
能に発生された消去信号を、制御ループの適当な点に注
入することによって閉ループ制御システムの雑音を低減
する装置及び方法に関する。
発明の背景 閉ル−プシステムの制御システムにおける好ましくな
い雑音を低減する方法及び装置は、概して、制御ル−プ
それ自身の中にインラインフィルタなどの雑音低減手段
を使用してきた。インラインフィルタリングの欠点の1
つは、所望の制御信号の一部がフィルタによって共に低
減されてしまうことである。このテクニックの他の欠点
は、フィルタのフィルタリング特性が通常、固定されて
いるので、システムの雑音除去特性を変化させるシステ
ムの変化に応答しないことである。同様に、フィルタ
は、雑音それ自身の特性の変化に応答せず、より多くの
雑音が制御システムの出力へと通過してしまう。
さらに、前記した先行システムの欠点は、雑音低減手
段の特性を変化させようとしても、雑音低減手段が物理
的に制御ル−プそれ自身の中に配設されているので、容
易に変えることが出来ないことにある。すなわち、シス
テムの安定化及び帯域に悪影響を与えずには、雑音低減
手段を有する現行のシステムを改良することは、不可能
か又は極めて難しい。先行技術において知られている雑
音低減手段は、適応形雑音消去(ANC)システムであ
り、開ル−プシステムに単独に使用されてきた。先行技
術のANCの応用に、伝送線のデ−タの雑音を除去するこ
とがある。概して、ANCは、雑音の推定を生成し、その
後、この推定を伝送線の雑音及び信号から減算するもの
である。すなわち、信号と雑音が共にフィルタによって
作用を受けるインラインフィルタリングとは異なり、雑
音成分のみが減算されるので信号の劣化を実質的に避け
ることができる。
そのようなテクニックは、ル−プを介しての信号及び
雑音のフィ−ドバックがない開ル−プ環境において容易
に達成される。
さらに、その様な適応形雑音消去システムから利益を
受ける数多くの多種に渡る閉ル−プ制御システムがあ
る。そのようなシステムの例はクロスカップルドル−プ
であり、慣性によって安定化されたポインティングシス
テムや、回転ビ−ムスプリッタ又はステアリングミラ−
などの可動光学素子の移動が正確に制御される光学系
や、人工衛星等の大きな構造の物体に使用される振動抑
制システム等がある。
それゆえ、本発明の目的は、適応形雑音消去システム
によって閉ル−プ制御システムの好ましくない雑音を低
減することにある。
さらに、本発明の目的は、妨害消去出力を提供すべ
く、システムに対する内部かつ外部的妨害を測定する適
応形雑音消去システムを提供することにある。
さらに、本発明の目的は、現行システムを改良また
は、それを新しいシステムに組込むのに適した適応形雑
音消去システムを提供することにある。
発明の摘要 閉じた制御ル−プの適当な点に適応可能に生成された
消去信号を注入することによって制御システム出力の好
ましくない雑音を低減する本発明による装置及び方法に
従った閉ル−プ適応形雑音消去システムによって、前記
の問題が克服されるとともに、他の利点が実現される。
ANCシステムの典型的な実施例は、雑音基準信号Nrか
ら複数の遅延信号を生成すべく動作可能なタップされた
ディレイラインを具備する。Nrの遅延信号はル−プエラ
−信号によってそれぞれ乗算され、重み付き勾配関数W
を生成すべく加算される。その後、W信号は遅延信号Nr
によって乗算され、雑音消去信号Cを提供すべく続いて
加算される。ル−プエラ−信号εの補償Nは所望の位相
及びゲイン曲線となり、さらに閉ル−プシステム及びAN
Cの安定性につながる。
前記ANCシステムは、多くの異なる方法で閉ル−プシ
ステムに接続され、補償Nは、雑音信号入力Npと雑音消
去信号Cの注入との間に現われる種々のダイナミックス
を備える。
ANCシステムのル−プエラ−信号εに対する補償Nの
微分は2つの方法で開示される。第1の方法は、インバ
−スリジェクションレスポンス(IEER)による方法であ
る。第2の方法は、雑音信号のスペクトルとANCシステ
ムにおける雑音基準信号のスペクトルとを最適に一致さ
せることである。第2の方法は、スペクトルマッチング
(SM)方法と呼ばれる。
図面の簡単な説明 本発明のこれら及び他の側面は、図面を参照にして発
明の詳細な説明において詳細に説明される。
第1図は、ANCシステムを有する典型的な開ル−プシ
ステムのブロックダイヤグラムであり、 第2図は、本発明の1つの特徴であるタップされたデ
ィレイライン手段のブロックダイヤグラムあり、 第3図は、ANCが制御システムの妨害に対する応答を
低減すべく動作する本発明の一実施例に従ったANCシス
テムを有する閉ル−プ制御システムのブロックダイヤグ
ラムであり(この構成は、低パワ−のANC構成として規
定される)、 第4図は、ANCシステムが、妨害を排除する制御シス
テムの能力を増加すべく動作する本発明の他の実施例に
従ったANCシステムを有する閉ル−プ制御システムのブ
ロックダイヤグラムであり(この構成は高パワ−ANC構
成と呼ばれる)、 第5図は、本発明に従ってANCに接続された補償ブロ
ックNを示す第3図の低パワ−ANCシステムのブロック
ダイヤグラムであり、 第6図は、ゲイン対周波数についての第3図の制御AN
Cシステムのエラ−リジェクションのグラフであり、 第7図は、第5図のシステムに対するANC補償Nのゲ
イン及び位相対周波数のグラフであり、 第8図は、本発明による補償のスペクトルマッチング
方法を実行すべく使用される種々のダイナミックスを示
す第5図のシステムのブロックダイヤグラムであり、 第9図は、ANCシステムを接続すべく複数の加算点を
示す閉ル−プ制御システムの簡略化されたブロックダイ
ヤグラムであり、 第10図は、閉ル−プ光学系の概略図であり、 第11図は、ANCシステムの接続を示す第10図の閉ル−
プ光学系のブロックダイヤグラムであり、 第12図は、雑音消去信号Cを発生すべく動作するアナ
ログ回路のブロックダイヤグラムであり、 第13図は、信号Cを発生すべく動作するデジタルシス
テムのブロックダイヤグラムである。
発明の詳細な説明 本発明の適応形閉ル−プ雑音消去(ANC)システムを
説明するために、先行技術としての典型的な開ル−プAN
Cシステムについて簡単に説明する。
典型的な開ル−プANCシステム10のブロックダイヤグ
ラムが第1図に示される。ANC12それ自身がフィ−ドバ
ックのある閉ル−プとして動作する。しかしながら、好
ましくない雑音(Np)成分が付加された所望の信号が、
並列に開ル−プ状態で、システム10を伝搬する。
第1図に示された種々の信号が次のごとく定義され
る。
S=信号、Ns=雑音源、Np=NsによってSに付加され
た雑音、Nr=Nsの測定値、C=消去信号推定、ε=エラ
−信号。
そのようなシステムの解析に対して基本的な仮定が成
立つ。1つは、Nr信号はある程度Np信号に相関されてお
り、第2に、SがNsすなわちNr及びNpに無相関であるこ
とである。
エラ−εは、方程式1に示された信号、雑音、消去信
号に関連する。
ε=S+(Np−C) (1) エラ−εをユニットオブパワ−に変換するために、方
程式2に示すように、εの方程式の両辺は二乗される。
エラ−をユニットオブパワ−に変換する理由は追って明
らかになる。
ε=S2+(Np−C)++2S(Np−C) (2) SがNp及びNrに無相関であるという仮定を適用すると
(CはNr及び遅延された種々のNrとの重み付き加算結果
からなる)、方程式2は、その期待値Eを考えることに
よって方程式3に変形される。
E=[ε]=E[S2]+E[(Np−C)](3) もし、適応形フィルターが、Cの推定によってNpに関
するε、又はE(ε)のパワ−を最小にすべく構成さ
れるなら、方程式の(Np−C)の部分は最小となり、
S2に無関係となる。同様に、ε−S2も最小となる。ε
がSにちかずき、CがNpにちかずいた時、これは、パワ
−の最小二乗となる。
概して、ANC12の全出力パワ−を最小にすることは、
出力雑音パワ−を最小にすることであり、信号パワ−が
一定なので、これはANC12の出力の信号対雑音比(S/N
p)を最小にする。前記の最小二乗アルゴリズムを実行
する適応形フィルタ14が、方程式4に示された形の、簡
単で、一次の自由適応形フィルタで従って説明される。
C=WNr、但し、Wはスカラ−重みである (4) エラ−(方程式1で定義されたε)に関する方程式
は、方程式5のごとく書替えられる。
ε=S+Np−WNr (5) 前と同じ処理により、エラ−は、方程式6によって定
義されるユニットオブパワ−に変換される。
ε=(S+Np)−2(S+Np)WNr+(WNr)
(6) 重みW(エラ−パワ−勾配)に対するエラ−パワ−ε
の変化は、方程式7に示されるように、Wに対して方
程式6を微分することによって計算される。
エラ−パワ−勾配は、時間tに対する重みWの変化で
ある重み勾配に対する良い近似を与える。この近似は、
下記の方程式8で与えられる。
ここで、μは任意の比例定数である。
方程式8は、C=WNr及びε=S+Np−Cであること
より、方程式9で示される形に簡単化できる。
これより、重み推定は、方程式10で表わされるよう
に、方程式9を時間で積分することによって求められ
る。
方程式10のラプラス変換は方程式11で示され、sはラ
プラス変数である。
その後、重みは、消去信号Cを発生すべく、Nr信号に
よって乗算されるが、これは、Nrに関するエラ−を最小
にする。
上記の微分は、重み関数に関して1次元である。上記
アルゴルズムのベクトル実行は、前記最小二乗アルゴリ
ズムを、雑音基準測定値と前記の第1次雑音との間の相
関に対する近似を計算するプロセッサに併合する。概し
て、プロセッサはタップされたディレイライン(TDL)
手段を具備する。TDL手段は、雑音基準測定値の漸次遅
延素子からなる雑音基準ベクトルを生成する。これら遅
延素子に重みが付けられたものは、Npの推定を構成する
のに使用される。
第2図のブロックダイヤグラムは、その様なTDLプロ
セッサを例示する。雑音基準ベクトル(Nri)は、雑音
測定値Nrのn次元表示である。Nriの構成要素は、遅延
のない雑音測定スペクトルから、Nrnによって示される
最大遅延スペクトルに渡る。各フィルタ路(遅延されて
いないか、又は遅延された)は一般にタップと呼ばれ
る。上記方法によって得られる消去信号は方程式12によ
って表わされる。
第3図及び第4図において、本発明のシステム及び方
法に従って、閉ル−プ制御システムに適用される2つの
ANCの応用がある。これ以降、述べられるシステムは、
閉ル−プ構成における光学機構の位置を制御するシステ
ムである。しかしながら、本発明の閉ル−プANCシステ
ム及び方法は、コマンド信号を駆動するシステムに関し
て雑音信号を最小にするならばどのタイプの閉ル−プシ
ステムにも適している。
第3図及び第4図は、ANCが制御システムに適用され
る2つの一般的な構成を示している。第3図の構成は、
コマンドが制御ル−プアクチュエ−タ16に到達する前
に、NpとNrとの間の相関された雑音に関する制御ル−プ
駆動コマンド(S)のための雑音消去を提供する。第3
図において、制御ル−プは、ANC18によってNpから分離
される。Npは、光学的加算点19で閉ル−プに結合され
る。雑音消去信号Cは、ANC加算点18′で制御ル−プに
注入されるとともに、エラ−信号εを加算点18′の出力
側からANC18にフィ−ドバックされる。第4図の構成
は、光学的加算部19の妨害を消去する信号によって制御
ル−プを駆動し、制御ル−プが阻害を排除するのを増大
させる。第3図の実施例は、妨害から制御ル−プを分離
し、したがって、妨害に対する制御ル−プの応答を低減
させる。第3図の実施例は、低パワ−構成(LPC)と呼
ばれる。第4図の構成は、制御ル−プ駆動を制御ル−プ
の帯域とは無関係のNp妨害に結合し、高パワ−構成(HP
C)と呼ばれる。
前記した第1図の開ル−プ構成と第3図及び第4図の
閉ル−プ構成との違いは、制御システムが、そのフィ−
ドバック路を介して、エラ−信号εに影響を与えること
であり、同時に、ANCは、消去信号Cの変化によってこ
のエラ−に影響を与える。ANCの制御システムへの影
響。及び、制御システムのANCへの影響は、本発明に従
って、信号εを補償することによって補正される。この
ような補償は、概して、信号εの電気的補償である。補
償の可能な1つの位置が第5図のブロックダイヤグラム
のブロックNとして示される。一般に、本発明の基礎概
念を説明すべく使用される比較的簡単な形の補償が第5
図に示されている。しかしながら、補償ブロックNは、
第5図の適応形フィルタブロック18″のどの入力にも提
供されるか又は、Nはフィルタ18″の出力に供給され
る。同様に、Nは全ての入力及びフィルタ18″の出力に
同時に供給される。
第5図の補償Nの微分特性は、少なくとも2つの方法
によって得られる。第1の方法は、より直感的であり、
インバ−スエラ−リジェクションレスポンス(IEER)方
法と呼ばれる。第2の方法は、ANCにおいて、エラ−基
準信号及び雑音基準信号の周波数スペクトルを最適に一
致させるものである。この第2の方法は、スペクトルマ
ッチング(SM)方法と呼ばれる。低パワ−構成に対する
Nを計算すべく前記2つの方法が説明される。高パワ−
構成に対する補償も同様の方法で引出される。
インバ−スエラ−リジェクションレスポンス方法 第5図において、ANC18は、エラ−信号εのブロック
Nを介するフィ−ドバックによって表わされる閉ル−プ
システムの適応形フィルタ18″からなる。閉ル−プシス
テムのフィ−ドバック信号の位相及び極性は、システム
が安定であるためには、システムエラ−ポイントに関し
て負でなければならない。適応形フィルタ18″の出力が
消去信号Cであり、加算点18′への出力である、エラ−
信号εはフィ−ドバックである。
ANC18が制御システムと平行のとき、Cのεに対する
影響が、比ε/Cのボ−ド応答によって特徴づけられる。
この伝達関数は、制御ル−プに対するエラ−リジェクシ
ョンレスポンスの負であり、方程式13によって示される
ように、(Gで表わされる)制御ル−ププラントダイナ
ミックスによって直接定義される。
ANCの安定性及び収束性は、Cのεを低減する能力に
関係する。補償がない場合、ANCエラ−信号εは、LPCに
対する補償されていないエラ−リジェクション応答を示
す第6図の制御ル−プによって変形される。第6図に示
されるゲイン曲線の性質は、雑音基準信号とエラ−信号
とを相関させる能力を示すANCのパフォ−マンスに影響
する。第6図には示されないが、エラ−リジェクション
レスポンスの位相は、ビ−ムステアリングミラ−からな
る機構ダイナムミックス20に対する共鳴周波数におい
て、−180度から零度に推移し、制御ル−プの開ル−プ
クロスオ−バ点において、−180度に戻る。
理想的には、一定ゲインの伝達関数及び、Cとεとの
間の位相(180度)はANCシステムに対して最適の安定性
及びパフォ−マンスポテンシャルを提供する。この理想
の状態は、もし、エラ−リジェクションレスポンスの逆
数に等しい補償が方程式14によって示されるなら、第6
図において特徴づけられたシステムに対して実現され
る。
すなわち、Nに対する補償伝達関数は、実質的に、制
御ル−プのインバ−スエラ−リジェクションレスポンス
である。第7図のグラフは、第5図のANC18がNにおい
て、制御ル−プのインバ−スエラ−リジェクションレス
ポンスに等しい量だけ補償されるとき、得られる位相及
びゲイン特性を示す。
さらに、補償Nの特性は部分的にANC構成に依存す
る。
また、上記のことより、インバ−スエラ−リジェクシ
ョンレスポンスはLPCに対する所望の補償であることが
わかる。HPCの場合、エラ−信号が加算点18′の入力側
で検出されるので、補償Nは、制御ル−プの閉ル−プ応
答の逆数となる。
概して、もし、ANCが閉ル−プシステムに電気的に結
合されているならば必要な補償Nが生成される。補償は
伝達関数ε/Cの負の逆数であり、ANCが制御ル−プ内で
どのようにして物理的に一体化されているかは無関係と
なる。
スペクトルマッチング方法 スペクトルマッチング方法は、補償伝達関数Nを解く
のにブロックダイヤグラム代数を使用する。第8図は、
光学アライメントシステムに対するこの方法を示してお
り、ANCが低パワ−構成の制御ル−プに接続されてい
る。このブロックは光学アライメント制御システムとAN
Cの主要素を示す。スペクトルマッチングテクニックの
目標は、信号SεとSNのスペクトルを位置させることに
ある。すなわち、制御ル−プの源雑音を雑音基準測定値
に相関させるANCの能力は最大となる。計算的方法は、
概して、補償Nに関してNpに関するスペクトルSεを引
出すことにある。他の考察又は推定が次の派生において
説明される。
G1=パワ−増幅器等の駆動ダイナミックス20、 G2=ミラ−などの機構ダイナミックス22、 G3=光学的結合ゲイン24、 G4=オ−トコリメ−タスケ−ルファクタなどの光学セ
ンサ26、 G5=進み遅れネットワ−クなどの制御ル−プ補償28、 G6=センシングダイナミックス30(これは概して制御
ル−プのNp妨害以外のNr測定値となる。
Np項入力を有する結合部32は、光学的に発生し、光学
又はセンサ空間妨害として定義される和である。スペク
トルマッチング方法は制御ル−プの妨害点に対して示さ
れているが、他の妨害点及び他のANC構成にも同様に適
用できる。
補償伝達関数Nの微分は、 SN=Nri=NpG6 (15) Nriは適応形フィルタエラ−プロセッサの一部を具備
するタップディレイライン手段によって発生されたベク
トル量であるが、Nの計算には影響しない。
Sの方程式は、補償Nの代わりに方程式16において示
される。
前記したように、エラー(ε)は(S−C)に等し
い。
εの値を方程式16に代入すると、方程式17が得られ
る。
ε=N(S−C) (17) εによるSC応答及びNpは方程式18に示されるように、
制御ブロック伝達関数に関して計算される。
SC=G4G5(Np−εG1G2G3) (18) 方程式16を方程式18に代入すると方程式19となる。
消去信号Cに対する定義は方程式20の雑音基準信号の
重み付きベクトル和によって示され、ベクトル項は項の
上方に付けられた^によって表わされる。
方程式19及び方程式20を方程式17に代入すると、 Sε=N(G4G5(Np−SεG1G2G3)−r)(21) となる。方程式22の同類項を集めると、 Sε(1+G1G2G3G4G5) =Np(G4G5N−r) (22) 次の条件が方程式23に付けられる。
時間t=0のとき、r=0 (23) t=0がANCの収束又は発散が始まる点なので微分は
t=0のときに限られる。これはスペクトルマッチング
が起こる“最悪”の点である。方程式24は、t=0の条
件を実行し、SεがSNに等しいとき、 方程式24は本発明のスペクトルマッチング方法を直接
実行した場合の表現である。
方程式26に示されたNに対する伝達関数は、雑音基準
測定値の比率の制御ル−プのインバ−スエラ−リジェク
ションレスポンス倍であり、ル−プ補償の逆数の制御ル
−プ光学センサ倍である。すなわち、この方法は、IERR
の方法よりもNの形についてより多くの情報を提供す
る。この付加的情報は次のごとく要約できる。
(a)この方法は、Npが起こる制御ル−プ内の点を考慮
する。妨害点と消去点との間の伝達関数は、付加的G4
G5項を追加することによって説明される。IERR方法は、
Cによるεへの影響のみを考慮する。
(b)この方法によりセンシングダイナミックスG6を含
めることは、制御システム及び雑音基準測定値における
妨害を検出すべく、ANCの相対能力に関する情報を提供
する。Npが消去加算点18′の上流位置で起り、G5によっ
てCから無相関化されるので、インバ−ス補償項、1/G5
を含めることは望ましい。補償伝達関数にその逆数を含
めることによって、εの雑音と基準雑音測定値との間の
相関が増大される。
G4に対するG6の比率が1に等しいなら、雑音基準測定
値は実質的に完全である。実際はこのことは不可能であ
る。実際、雑音基準及び制御ル−プシステムセンシング
システムは概して密接に結びついている。もし、制御ル
−プセンサ、すなわち、光学センサ26が雑音基準センサ
30と異なる応答を有するなら、Npはこの応答の違いによ
り無相関化される。センサ間のこの相対ゲインの違い
は、G4のG6に対する比率によっても表わされる。
センサダイナミックスG6及びG5は、雑音基準路内にG6
(図に示さず)の下流の補償ブロックを付加することに
よって補償される。雑音基準測定値は、雑音測定装置を
介してNp源からの一定の、又は測定可能な伝達関数を有
する。さらに、制御ル−プセンサはNp源からANCエラ−
への一定の伝達関数を有する。もし決定されて雑音基準
路内に挿入されるなら、これらの伝達関数は、SεをSN
に正規化する。
本発明のSM方法に関する前記の説明の1つの意味は、
スペクトルマッチングは、少なくとも2つの方法によっ
て達成されることである。1つの方法によれば、補償ブ
ロックNは、スペクトルSε及びSNを一致させるのに必
要な伝達関数を含む。第2の方法によれば、つまり、基
準雑音路の補償の場合、ANCへの雑音基準路の補償を使
用することによって同様のスペクトルが一致される。
概して、相対センシングダイナミックス及び制御ル−
プ妨害入力“上流”ダイナミックスは、エラ−路又は、
雑音基準炉において補償される。補償位置の選択は、制
御ル−プの妨害点、あるいは、ANC消去加算点における
εとSNの妨害スペクトルを一致させるかどうかであ
る。これら2つのスペクトルマッチング方法のうちどち
らが最高のパフォ−マンスを得るかは、特定された応用
に対する要求に関する。しかしながら、前記されたN補
償のインバ−スエラ−リジェクションレスポンス要素を
含めることは、閉ル−プ制御システムへの応用における
ANCの安定に対して重要である。
前記したように、IERR方法は、制御ル−プに接続され
たとき、ANCの安定性を補償する。さらに、IERR方法
は、制御ル−プ信号を一定のレベルに正規化する。さら
に、SM方法は、補償がNp信号がANCに到達する前、制御
システムのNp信号への効果に対して提供されることによ
ってNを引出す。これは、もちろん、Np信号が制御シス
テムに入る点に依存する。SM方法は、さらに、制御ル−
プセンサと雑音基準センサとの間の関係を識別し、か
つ、これら2つの信号がどのようにANC補償に関するの
かを識別する。
本発明による閉ル−プシステムのANCの重要な一面
は、構成の選択すなわち、ANC信号を結合するのに適当
な制御システムの位置選択にある。構成選択の第1の決
定は、低パワ−モ−ド又は、高パワ−モ−ドの選択に関
する。前記したように、低パワ−モ−ドは、ANCによる
妨害源からの制御システム出力の分離を規定する。高パ
ワ−モ−ドは、センサスペ−ス妨害の制御システムリジ
ェクションの増大を規定する。ある応用に対して2つの
モ−ドのうち1つがいったん選択されれば、前記構成の
選択は、他のファクタの間でANC補償を実行する上での
複雑さを最小にする。
第9図は、3つの一般的な伝達関数ブロック(32、3
4、及び36)及び3つの入力加算部(38、40、及び42)
を有する一般的な制御システムブロックダイヤグラムを
示す。ANC信号が結合され、かつ、妨害が各低又は高パ
ワ−構成に対して引起こされる多くの異なる組合わせが
ある。可能性の範囲を制限すべく次の一般的なガイドラ
インが適用される。
(1)概して、制御ル−プに対するANCの結合が電気的
結合であるが、光学又は機械的結合もまた本発明が範囲
内にあり、 (2)ANCエラ−フィ−ドバック信号、εをル−プ内の
妨害点に出来るだけ近く配設し、 (3)消去信号を妨害が最小となる点の上流に配設す
る。
改善された応用におけるANCの使用を考慮したとき、
上記の第1のガイドラインは明らかに実際的な考慮であ
る。現行システムに他のアクチュエ−タ又は機械的装置
を導入することの柔軟性は通常ない。
第2のガイドラインは、スペクトルマッチングに関す
る前記の解析に関し、エラ−フィ−ドバック信号εが妨
害信号Npから遠くなるほど、より多くの項が補償伝達関
数Nが必要となることが示された。この付加された補償
はANCパフォ−マンスを増大するためにのみ必要とされ
た。
第3のガイドラインは、制御ル−プ内のシグナルフロ
−の概念に関する。ANCによって生成された低パワ−消
去又は高パワ−駆動コマンドは、概して、制御ル−プの
出力応答への好ましくない妨害効果の上流点に発生す
る。
高パワ−又は、低パワ−構成の信号選択は、前記の第
2及び第3のガイドラインに関する。
低パワ−構成においては、エラ−信号は、消去信号の
下流で、かつ2つの信号の間のダイナミックスを最小に
すべく出来るだけその近くで検出される。これは、妨害
がアクチュエ−タコマンドに到達する前に妨害を消去す
ることを促進する。
高パワ−構成においては、ANCエラ−信号が、消去信
号が、妨害によるシステムエラ−を最小にするように制
御機構を駆動すべくアクチュエータを統制するように、
制御ル−プそれ自身が妨害に対して補正を行う点を越し
て配設される。概して、高パワ−構成は、全制御ル−プ
帯域幅が示すものより激しく制御機構を駆動する。すな
わち、高パワ−構成において提供されたANCのパフォ−
マンス改善は、制御機構のダイナミックレンジに直接関
係している。妨害入力のエラ−リジェクションに対する
改善は、概して制御機構の周波数特性あたりの飽和によ
って制限される。
閉ル−プ光学システムにおけるANCの1つの応用は第
4図に示される。回転ビ−ムスプリッタ50は複数のミラ
−52、54及び56に関して配設され、源60から放出される
光学エネルギビ−ム58はミラ−54からミラ−52に反射さ
れると共に、ミラ−52からシステムの外へと反射され
る。その後、ビ−ム58が目標(図に示さず)に当たった
場合は、ビ−ムの一部はミラ−56へと向かい、さらにビ
−ムスプリッタ50とミラ−56によってトラックセンサ62
へと逆反射される。これらの機能を達成すべく、回転ビ
−ムスプリッタ50は、外面にそって形成された平坦部を
有する円形円筒状反射部材として構成されている。第10
a図から、ビ−ムスプリッタ50は平坦部が配設された矢
印Aの方向に回転するので、出力放射パルスはシリンダ
によってミラ−52に到達可能である。すなわち、出力放
射線はシステムの外において結合される。目標から逆反
射された照射線の一部は、出力パルスが平坦部に整合さ
れる時間の後に到達する。第10bに示すように、リタ−
ンパルス72はビ−ムスプリッタ50の屈曲した反射面の一
部に衝突する。ミラ−56は、ビ−ムスプリッタ50に関し
て配設され、リタ−ン放射線の反射部は、ミラ−56に入
射し、検出されるセンサ62へと反射される。
固定軸64の回りの純粋な回転運動以外の回転ビームス
プリッタ50のいかなる運動も目標の明らかな運動として
センサ62出力に現われる。
第11図において、軸64の回りの純粋な回転運動以外の
他の運動を消去すべくビ−ムスプリッタ50の駆動システ
ムに結合されたANCシステムがブロックダイヤグラムに
示される。回転ビ−ムスプリッタは基準周波数及び駆動
システムによって駆動され、その入力に、駆動システム
の出力が所望の運動以外のビ−ムスプリッタの運動を補
正すべく改善される加算部64を有している。この点に入
力されるこれらの信号は、本発明によって、ANCシステ
ム66によって引出されるデルタ周波数及びデルタ電圧項
である。
第11図に示されたように、ANCシステム66は、複数の
マルチ軸部及び回転ビ−ムスプリッタ機構に機械的に結
合される加速センサ68によってビ−ムスプリッタ50の移
動する角度位置を測定する。これらのマルチ軸センサ68
は、地震による雑音源、ベアリング雑音源、及び他の機
械的雑音源等の複数の機械的雑音源に起因する回転ビ−
ムスプリッタ50の妨害を検出及び測定すべく動作する。
これらの雑音源はブロック70において集約される。これ
らの雑音源のビ−ムスプリッタ50への影響はリタ−ンビ
−ム72のずれを引起こすが、このずれはトラックセンサ
62によって検出される。
前記した説明及びその派生によれば、ビ−ムスプリッ
タ50の移動角度位置の測定後、ANC66は、消去によっ
て、ビ−ムスプリッタ50の測定された運動に相関された
トラックセンサ62の出力のどの成分も除去する。この消
去信号は、駆動システムの出力後、及び回転ビ−ムスプ
リッタ50への入力前、閉ル−プの点64に入力されたデル
タ周波数及びテルタ電圧として表わされる。
第10図及び第11図において示されたシステムにおい
て、ANC補償によって、機械的雑音源70によって引起こ
されたトラッキングエラ−に関するシステムリジェクシ
ョンにおける改善が20dbから45dbだけ、補償されないシ
ステムに比べて、所望の周波数範囲に渡って得られた。
第12図において、消去信号Cを発生すべく動作可能な
アナログ回路のブロックダイヤグラムフォ−ムが示され
ている。雑音源測定装置の出力Nrが第3図に示されるよ
うなタップされた遅延線手段に供給されている。TDL
は、Nr信号を遅延すべく動作する複数の遅延素子82を具
備する。それぞれの遅延素子82は、表面弾性波装置又
は、Nr信号に遅延を引起こすのに適した他の装置を具備
する。各遅延素子82(Nr0からNrn)の出力は、エラ−信
号εによって遅延された雑音ベクトルを乗算すべく動作
する第1マルチプライア84に供給される。これらマルチ
プレイア84のそれぞれの出力は、その後、重み勾配W0
らWnを生成すべく信号Sによる積を割算するデバイダ86
に供給される。生成されたそれぞれの重み勾配は、その
後、測定された雑音及び重み勾配を表わす積を生成すべ
く、第2マルチプレクサ88による各雑音ベクトルによっ
て乗算される。加算回路90は、消去信号Cを提供すべく
これらの積項のそれぞれを組合わせる。これらの種々の
マルチプライヤ、デバイダ、及び加算ネットワ−クの特
質は、特定された応用であり、従来の多くの回路手段に
よって実施される。
第13図において、Nr信号及び信号はそれぞれアンチエ
イリヤシングフィルタ102及び104に供給される本発明の
適応形雑音消去システム100の1つのデジタル実現を示
し、それぞれのフィルタは、それぞれアナログデジタル
(A/D)コンバ−タ106及び108に結合された出力を有す
る。A/Dコンバ−タ106及び108の出力は、マイクロプロ
セッサ、マイクロコンピュ−タ又は、消去信号C及び補
償Nの大きさを計算すべく動作する他のデジタルデ−タ
プロセッシング装置である中央処理ユニット(CPU)に
接続される。計算された消去信号を制御ル−プへと注入
すべく、CPU110はさらに、消去信号Cを表わす所望のア
ナログ電圧に生成すべく動作するデジタルアナログ(D
A)コンバ−タ112に接続される。D/Aコンバ−タ112の出
力は、制御ル−プに注入される前に、円滑フィルタ114
に供給される。
前述の説明から、本発明の例示的実施例が開示され、
これらの実施例の変更が起こる。それゆえ、これらの例
示的実施例は本発明の範囲を制限するものではない。本
発明の範囲は添附の請求の範囲によってのみ制限され
る。
フロントページの続き (72)発明者 アルコーン,ジェリー・エム アメリカ合衆国 ニュー・メキシコ州 87111,アルブクエルキユ,コーレ・セ レンザ・ノースイースト 12815 (56)参考文献 特開 昭59−36804(JP,A) 特開 昭61−251902(JP,A)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】制御信号S及びこの制御信号Sに関連した
    雑音信号Npを有する閉ループ制御システムにおいて、補
    償されたエラー信号εを適応形雑音消去システムによっ
    て生成する方法であり、 適応形雑音消去システムを閉ループ制御システムの少な
    くとも一部と電気的に並列に結合する工程と、 雑音基準信号Nrを測定する工程と、 実質的に零の時間遅延を持つNr0から所定の最大時間遅
    延を持つNrnまでの複数の時間遅延されたNr信号を生成
    する工程と、 tが時間かつμが任意の比例定数のとき、 で表される重み勾配関数Wを前記Nr0からNrnのそれぞれ
    に乗算する工程と、 として表される雑音消去信号Cを計算すべく前記乗算工
    程によって生成された積のそれぞれを加算し、補償され
    たエラー信号εが方程式ε=S+(Np−C)に従って生
    成されるように雑音消去信号Cを前記閉ループ制御シス
    テムに注入する工程と、 前記制御システムのフィードバック路の前記適応形雑音
    消去システムへの影響を実質的に補償すべく動作可能に
    決定された値を持つ補償伝達関数Nによって前記補償さ
    れたエラー信号εを補償する工程とを具備することを特
    徴とする方法。
  2. 【請求項2】G1が前記閉ループのアクチュエータダイナ
    ミックに関し、G2が前記閉ループの機構ダイナミックに
    関し、G3が前記閉ループの結合ゲインに関し、G4が前記
    閉ループのセンサゲインに関し、G5が前記閉ループの補
    償ネットワークに関し、G6が雑音基準測定装置のセンシ
    イングダイナミックに関し、Nが実質的に、 に等しいことを特徴とする請求項(1)記載の方法。
  3. 【請求項3】補償されたエラー信号εを提供する方法に
    おいて、 所定の方法でアクチュエータが機構を駆動すべく動作可
    能な特性を持つ制御信号Sを生成する工程と、 制御信号Sに関連した雑音信号Npの特性を決定する工程
    と、 前記雑音信号Npを実質的に相殺する特性を持つ適応形雑
    音消去信号Cを生成する工程と、 補償されたエラー信号εを生成すべく、前記閉ループに
    前記適応形雑音消去信号Cを注入する工程と、 関係ε/Cを表す伝達係数の負の逆数に実質的に等しい量
    だけ補償されたエラー信号εを補償する工程とを具備す
    ることを特徴とする方法。
  4. 【請求項4】前記決定工程が、Npの特性を表す特性をも
    つ雑音基準信号Nrを測定する工程と、 複数の遅延された雑音基準信号Nrを獲得すべく前記雑音
    基準信号Nrを連続的に遅延させる工程を具備することを
    特徴とする請求項(3)記載の方法。
  5. 【請求項5】前記雑音消去信号生成工程が、前記複数の
    遅延された雑音基準信号Nrのそれぞれに対して重み関数
    Wを引き出す工程と、 前記それぞれの雑音基準信号Nrを前記重み関数のそれぞ
    れに乗算してそれらの積を獲得する工程と、 前記雑音消去信号Cを生成すべく、前記積のそれぞれを
    加算する工程とを具備することを特徴とする請求項
    (4)記載の方法。
JP63507681A 1987-07-17 1988-06-10 閉ループ制御システムにおける適応形雑音消去 Expired - Lifetime JP3056492B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US075,013 1987-07-17
US07/075,013 US5157596A (en) 1987-07-17 1987-07-17 Adaptive noise cancellation in a closed loop control system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH01503819A JPH01503819A (ja) 1989-12-21
JP3056492B2 true JP3056492B2 (ja) 2000-06-26

Family

ID=22122993

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP63507681A Expired - Lifetime JP3056492B2 (ja) 1987-07-17 1988-06-10 閉ループ制御システムにおける適応形雑音消去

Country Status (6)

Country Link
US (1) US5157596A (ja)
EP (1) EP0324029B1 (ja)
JP (1) JP3056492B2 (ja)
DE (1) DE3852289T2 (ja)
IL (1) IL86758A (ja)
WO (1) WO1989000722A1 (ja)

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5249116A (en) * 1991-02-28 1993-09-28 U.S. Philips Corporation Digital control system and a sub-circuit to be used in the control system
US5309378A (en) * 1991-11-18 1994-05-03 Hughes Aircraft Company Multi-channel adaptive canceler
US5419198A (en) * 1992-03-23 1995-05-30 General Electric Company Electronic signal enhancement and separation for machinery diagnostics
US5311453A (en) * 1992-09-11 1994-05-10 Noise Cancellation Technologies, Inc. Variable point sampling
US5396414A (en) * 1992-09-25 1995-03-07 Hughes Aircraft Company Adaptive noise cancellation
US5301130A (en) * 1992-10-22 1994-04-05 Hughes Aircraft Company Absoulte velocity sensor
FR2701784B1 (fr) * 1993-02-18 1995-05-12 Matra Sep Imagerie Inf Procédé et dispositif d'amortissement actif de vibrations.
US5394071A (en) * 1993-02-19 1995-02-28 Mts Systems Corportion Control network with on-line iteration and adaptive filter
US5481615A (en) * 1993-04-01 1996-01-02 Noise Cancellation Technologies, Inc. Audio reproduction system
US5465227A (en) * 1993-10-14 1995-11-07 Simmonds Precision Products, Inc. Real time auto-correlation filter method and apparatus
US5623402A (en) * 1994-02-10 1997-04-22 Schenck Pegasus Corporation Multi-channel inverse control using adaptive finite impulse response filters
DE69523056T2 (de) * 1994-07-28 2002-02-07 Boeing Co Aktive kontrolle von bläsergeräusch in gasturbinenkanälen
DE69524883T2 (de) * 1994-10-13 2002-09-19 Boeing Co System zur lärmverringerung eines düsentriebwerks mittels elektropneumatischer wandler
US5737433A (en) * 1996-01-16 1998-04-07 Gardner; William A. Sound environment control apparatus
WO2001052411A2 (en) * 2000-01-07 2001-07-19 Koninklijke Philips Electronics N.V. Generating coefficients for a prediction filter in an encoder
US6564110B1 (en) * 2000-06-07 2003-05-13 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Position controlling apparatus capable of reducing the effect of disturbance
JP2002300231A (ja) * 2001-03-29 2002-10-11 Namiki Precision Jewel Co Ltd 着信報知装置と着信報知方法及び携帯端末機
US7840144B2 (en) * 2003-07-02 2010-11-23 Celight, Inc. Coherent optical transceiver and coherent communication system and method for satellite communications
DE102004038370B4 (de) * 2004-08-06 2009-06-25 Austriamicrosystems Ag Adaptive Regelvorrichtung, Verwendung der Regelvorrichtung, Sensor mit einer derartigen Regelvorrichtung und adaptives Verfahren zur Selbstkompensation von Störsignalen eines Sensors
FR2888644B1 (fr) * 2005-07-12 2007-09-14 Commissariat Energie Atomique Traitement ameliore d'un signal representatif de rayonnement
WO2011100491A2 (en) * 2010-02-12 2011-08-18 University Of Florida Research Foundation Inc. Adaptive systems using correntropy
US10156472B2 (en) 2014-11-04 2018-12-18 Raytheon Bbn Technologies Corp. Methods and apparatus for improved vibration cancellation in acoustic sensors
US10921180B2 (en) 2015-10-16 2021-02-16 Raytheon Bbn Technologies Corp. Methods and apparatus for improved sensor vibration cancellation
CN111366534A (zh) * 2020-02-28 2020-07-03 天津大学 用于混浊水中主动视觉测量的激光光强自适应调节方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2220416C3 (de) * 1971-07-22 1975-02-27 Time/Data Corp., Palo Alto, Calif. (V.St.A.) Anordnung zur Regelung einer Vibrationseinrichtung auf ein vorgegebenes Spektrum
US3961234A (en) * 1972-12-29 1976-06-01 General Electric Company Adaptive filtering
US3932818A (en) * 1974-07-18 1976-01-13 Hazeltine Corporation Spectrum notcher
US4238746A (en) * 1978-03-20 1980-12-09 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Adaptive line enhancer
US4524424A (en) * 1982-02-18 1985-06-18 Rockwell International Corporation Adaptive spectrum shaping filter
JPH0642162B2 (ja) * 1982-08-25 1994-06-01 株式会社東芝 フイ−ドフオワ−ドモデルの自動修正方法
AU560995B2 (en) * 1984-02-07 1987-04-30 Toshiba, Kabushiki Kaisha Process control apparatus
US4589137A (en) * 1985-01-03 1986-05-13 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Electronic noise-reducing system
JPS61251902A (ja) * 1985-04-30 1986-11-08 Yokogawa Electric Corp 雑音除去装置
DE3685536T2 (de) * 1985-08-28 1993-01-21 Nec Corp Entscheidungsrueckgekoppelter entzerrer mit musterdetektor.
US4658426A (en) * 1985-10-10 1987-04-14 Harold Antin Adaptive noise suppressor

Also Published As

Publication number Publication date
WO1989000722A1 (en) 1989-01-26
IL86758A0 (en) 1989-01-31
DE3852289D1 (de) 1995-01-12
JPH01503819A (ja) 1989-12-21
IL86758A (en) 2001-03-19
EP0324029A1 (en) 1989-07-19
EP0324029B1 (en) 1994-11-30
DE3852289T2 (de) 1995-07-20
US5157596A (en) 1992-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3056492B2 (ja) 閉ループ制御システムにおける適応形雑音消去
EP0712115B1 (en) Active noise and vibration control system accounting for time varying plant, using residual signal to create probe signal
EP0563063B1 (en) Sinusoidal signal amplitude and phase control for an adaptive feedback control system
US5633795A (en) Adaptive tonal control system with constrained output and adaptation
US4849764A (en) Interference source noise cancelling beamformer
EP0521868B1 (en) Digital virtual earth active cancellation system
EP0695452B1 (en) Frequency domain adaptive control system
US4950966A (en) Adaptive vibration canceller
US10276146B2 (en) Active noise control device
US5568411A (en) Method and apparatus for using polarity-coincidence correlators in LMS adaptive filters
Hagan et al. Training recurrent networks for filtering and control
US5226016A (en) Adaptively formed signal-free reference system
US5627746A (en) Low cost controller
JP4855633B2 (ja) 適応アレイの位相安定
JPWO2003009290A1 (ja) ヘッド追従制御方法、ヘッド追従制御装置及びそれを使用した記憶装置
GB2208055A (en) Interference cancelling receiving array system
JP4367243B2 (ja) 適応整相装置、そのプログラム及び適応整相システム
JP3598617B2 (ja) サイドローブキャンセラ
CN113345402B (zh) 一种基于自适应算法的光纤水听器本底噪声自适应抵消方法
JP4110710B2 (ja) 適応整相システム
GB2314645A (en) Multi-dimensional adaptive system
JPH0465994B2 (ja)
JPH0454481A (ja) クラツタ抑圧装置
JP3303626B2 (ja) 周期性信号の適応制御方法
Kuang et al. Simulation of the fast steering mirror control system based on gyro velocity feedback

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080414

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090414

Year of fee payment: 9

EXPY Cancellation because of completion of term
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090414

Year of fee payment: 9