JP4931666B2 - 計量器 - Google Patents
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Description
振動ノイズ信号の重畳する重量測定信号に対し、LMS(Least−mean−square)アルゴリズムを適応することによって前記振動ノイズ信号の影響を除去して被計量物の重量測定値を算出する重量測定値演算手段を備え、
前記LMSアルゴリズムは、前記被計量物の重量値の測定可能な時間が前記振動ノイズ信号の一周期より短い場合にのみ適応され、かつ前記LMSアルゴリズムに用いられるステップサイズパラメータは、前記振動ノイズ信号の周波数の関数として表されることを特徴とするものである。
被計量物の重量値の測定が可能な区間を検出する重量値測定区間検出手段と、振動ノイズ信号の重畳する重量測定信号に対し、LMSアルゴリズムを適応することによって被計量物の重量測定値を算出する第1の重量測定値演算手段と、前記振動ノイズ信号の重畳する重量測定信号に対し、その振動ノイズ信号の整数周期分の重量測定信号の平均値を求めることによって被計量物の重量測定値を算出する第2の重量測定値演算手段と、前記第1の重量測定値演算手段と第2の重量測定値演算手段の演算動作を切替える重量値演算動作切替手段とを備え、
前記重量値演算動作切替手段は、前記重量値測定区間検出手段により検出される重量値測定区間が前記振動ノイズ信号の一周期より短い場合には前記第1の重量測定値演算手段により被計量物の重量測定値を算出し、前記重量値測定区間検出手段により検出される重量値測定区間が前記振動ノイズ信号の一周期以上の場合には前記第2の重量測定値演算手段により被計量物の重量測定値を算出するように切り替え動作を行うことを特徴とするものである。
G=[G1,・・・,Gi,・・・GL]T ・・・(5)
X(k)=[exp(j2πf1kΔT),・・・,exp(j2πfikΔT),・・・,exp(j2πfLkΔT)]T ・・・(6)
d(k)=d(k)−d(0) ・・・(9)
ここで、d(0)は計測区間のt=0における重量サンプリング値、d(k)は計測区間のt=k(k=0,1,2,3,・・・)における重量サンプリング値である。
ε(k)+g(k)+d(0)
と表現される。
GR(k+1)=GR(k)+jGJ(k) ・・・(11)
で表されるので、次式が成立する。
GR(k+1)=GR(k)+4με(k)XR(k)・・(12)
GJ(k+1)=GJ(k)−4με(k)XJ(k)・・(13)
X(k)=cos(2π・f・k・ΔT)+jsin(2π・f・k・ΔT)
・・・(14)
となるので、(7)式、(12)式、(13)式はそれぞれ次のようになる。
g(k)=2GR(k)cos(2π・f・k・ΔT)
−2GJ(k)sin(2π・f・k・ΔT)・・・(15)
GR(k+1)=GR(k)+4με(k)cos(2π・f・k・ΔT)
・・・(16)
GJ(k+1)=GJ(k)−4με(k)sin(2π・f・k・ΔT)
・・・(17)
S2:ステップサイズパラメータμを求める。なお、振動周波数が与えられた時のステップサイズパラメータμを求める方法については後述の実施例にて詳述する。
TST={(L0−L)×1000}/(V/60×1000)−Tad
={60×(L0−L)}/V−Tad ・・・(18)
ここで、安定時間TSTは、被計量物が計量コンベアに完全に乗り移ってから計量コンベアを出始めるまでの時間、すなわちフィルタリングに使える時間のことである。また、(18)式においてTadは、A/D変換器のデータ出力遅れ(A/D変換器内部のディジタルフィルター処理時間)を示す。また、L0は計量コンベア長、Lは被計量物長、Vはコンベア速度を示す。
S8〜S9:次いで、A/D変換がなされるタイミングを待って(S8)、d(k)にA/D変換データを代入する(S9)。
S10〜S11:次に、(15)式からg(k)を求め(S10)、(8b)式の誤差ε(k)=d(k)−g(k)を求める(S11)。
S12〜S13:そして、GR(k)、GJ(k)をもとに、(16)式にて更新されたGR(k+1)を求める(S12)とともに、(17)式にて更新されたGJ(k+1)を求める(S13)。
S14〜S15:ステップS8からS13までの処理を繰り返し回数NRだけ行う。この繰り返し回数NRは、例えば安定時間TSTが60msec、A/Dサンプリング時間ΔTが2msecならば、60/2=30回となる。
S17〜S19:周期Tが安定時間TSTよりも大きいか否かを判定する(S17)(本発明の「重量値測定区間検出手段」に対応する。)。そして、安定時間TSTよりも大きくなければ移動平均法を適用して十分な平均化を行い(S18)、安定時間TSTよりも大きければLMSアルゴリズムを適用してフィルタリングを行って、被計量物の重量測定値を算出する(S19)(本発明の「重量測定値演算手段」に対応する。)。
1)T1>TSTの判定がYESの場合には、周波数成分f1に対してLMSアルゴリズムを適用し、判定がNOの場合には、周波数成分f1に対して平均回数N1の移動平均法を適用し、
2)T2>TSTの判定がYESの場合には、周波数成分f2に対してLMSアルゴリズムを適用し、判定がNOの場合には、周波数成分f2に対して平均回数N2の移動平均法を適用し、
3)T3>TSTの判定がYESの場合には、周波数成分f3に対してLMSアルゴリズムを適用し、判定がNOの場合には、周波数成分f3に対して平均回数N3の移動平均法を適用するようにすれば良い。
A/D変換器のサンプリング時間を2msecとすると、安定時間が25msecであることから、合計で25/2=12次の移動平均が行える。この方法で、4重のフィルタ次数を求めると、N1=12、N2=0、N3=0、N4=0(0は平均が行われないことを示す。)となる。N1=12では、固有振動、モータ、ローラプーリの振動に対して一周期にわたる平均化が行えず、現れるいずれの振動成分の影響も完全に除去できないことは明らかである。
この方法は、周波数の関係式から求める複数の振動周波数成分に対して、1つのステップサイズパラメータを用いる方法である。表2に示される周波数とステップサイズパラメータとの関係を、多項式近似を行ってグラフ化すると図3に示すようになる。ここで、多項式近似の場合、周波数が高くなるとステップサイズパラメータも非常に大きくなり、固有振動の28.7Hz付近では、ステップサイズパラメータも1を超えてしまうので、この例では、2曲線の交点である約10Hz以降では一次式を用いることとした。その関係は次式で表される。
μ=0.000137f3−0.001755f2+0.007964f−0.011898(f<10)
μ=0.0029f+0.0009(f≧10) ・・・(19)
21m/minの時、N1=17、N2=12、N3=0、N4=0
(安定時間=60msecよりN1+N2+N3+N4≦30)
27m/minの時、N1=17、N2=2、N3=0、N4=0
(安定時間=38msecよりN1+N2+N3+N4≦19)
32m/minの時、N1=12、N2=0、N3=0、N4=0
(安定時間=25msecよりN1+N2+N3+N4≦12)
この方法は、周波数の関係式から求める複数の振動周波数成分に対して、各振動成分のそれぞれに対して各ステップサイズパラメータを用いる方法である。図5、図6には、表1、表2をもとにモータ(図5)およびローラプーリ(図6)の最適ステップサイズパラメータと周波数との関係を線形として多項式(一次式)で近似したものが示されている。ここで、固有振動は振動の成分として大きく影響していないことから、モータ、ローラプーリのステップサイズパラメータμ2、μ3から算出できるとして、それぞれのステップサイズパラメータを次式により求める。
μ1=0.125−μ2−μ3
μ2=0.0079f2−0.0557
μ3=0.001f3−0.0036 ・・・(20)
2 送入コンベア
3 計量コンベア
4 物品検出センサ
5,9 モータ駆動部
6,10 モータ
7,11 タイミングベルト
8,12 ローラプーリ
13 操作設定表示部
14 CPU装置部
15 重量検出部
16 記憶装置部
Claims (5)
- 振動ノイズ信号の重畳する重量測定信号に対し、LMSアルゴリズムを適応することによって前記振動ノイズ信号の影響を除去して被計量物の重量測定値を算出する重量測定値演算手段を備え、
前記LMSアルゴリズムは、前記被計量物の重量値の測定可能な時間が前記振動ノイズ信号の一周期より短い場合にのみ適応され、かつ前記LMSアルゴリズムに用いられるステップサイズパラメータは、前記振動ノイズ信号の周波数の関数として表されることを特徴とする計量器。 - 前記振動ノイズ信号の周波数を測定する振動ノイズ周波数測定手段を備え、この振動ノイズ周波数測定手段により測定された振動ノイズ信号の周波数値が前記重量測定値演算手段に入力される請求項1に記載の計量器。
- 前記LMSアルゴリズムに用いられるステップサイズパラメータは、前記振動ノイズ信号の周波数の関係式から求める複数の振動周波数成分に対して、1つのステップサイズパラメータを用いる方法にて求められる請求項2に記載の計量器。
- 前記LMSアルゴリズムに用いられるステップサイズパラメータは、前記振動ノイズ信号の周波数の関係式から求める複数の振動周波数成分のそれぞれに対して、各ステップサイズパラメータを用いる方法にて求められる請求項2に記載の計量器。
- 被計量物の重量値の測定が可能な区間を検出する重量値測定区間検出手段と、振動ノイズ信号の重畳する重量測定信号に対し、LMSアルゴリズムを適応することによって被計量物の重量測定値を算出する第1の重量測定値演算手段と、前記振動ノイズ信号の重畳する重量測定信号に対し、その振動ノイズ信号の整数周期分の重量測定信号の平均値を求めることによって被計量物の重量測定値を算出する第2の重量測定値演算手段と、前記第1の重量測定値演算手段と第2の重量測定値演算手段の演算動作を切替える重量値演算動作切替手段とを備え、
前記重量値演算動作切替手段は、前記重量値測定区間検出手段により検出される重量値測定区間が前記振動ノイズ信号の一周期より短い場合には前記第1の重量測定値演算手段により被計量物の重量測定値を算出し、前記重量値測定区間検出手段により検出される重量値測定区間が前記振動ノイズ信号の一周期以上の場合には前記第2の重量測定値演算手段により被計量物の重量測定値を算出するように切り替え動作を行うことを特徴とする計量器。
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