JP5467874B2 - Resonance suppression device and resonance suppression method - Google Patents

Resonance suppression device and resonance suppression method Download PDF

Info

Publication number
JP5467874B2
JP5467874B2 JP2010003623A JP2010003623A JP5467874B2 JP 5467874 B2 JP5467874 B2 JP 5467874B2 JP 2010003623 A JP2010003623 A JP 2010003623A JP 2010003623 A JP2010003623 A JP 2010003623A JP 5467874 B2 JP5467874 B2 JP 5467874B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
center frequency
filter
frequency
input signal
signal
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.)
Active
Application number
JP2010003623A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2011145726A (en
Inventor
太郎 小木曽
真一郎 塚原
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.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
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 Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority to JP2010003623A priority Critical patent/JP5467874B2/en
Publication of JP2011145726A publication Critical patent/JP2011145726A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5467874B2 publication Critical patent/JP5467874B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Feedback Control In General (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Description

本発明は、フィルタ係数が調整可能である適応ノッチフィルタ、及びそれを用いた共振抑制装置に関する。   The present invention relates to an adaptive notch filter whose filter coefficient can be adjusted, and a resonance suppression apparatus using the adaptive notch filter.

例えば特許文献1には、掃引正弦波信号を電動機制御系に入力し、検出手段の信号の絶対値が最大となる掃引正弦波信号の周波数を共振周波数とする電動機制御装置の共振周波数検出装置が記載されている。特許文献2には、検出速度または検出位置を方向フィルタ及び第2ノッチフィルタのそれぞれによりフィルタ処理をして、方向フィルタの出力と第2ノッチフィルタの出力との積に応じて第1ノッチフィルタのノッチ中心周波数を修正することが記載されている。   For example, Patent Document 1 discloses a resonance frequency detection device for an electric motor control device in which a swept sine wave signal is input to an electric motor control system, and the frequency of the swept sine wave signal that maximizes the absolute value of the signal of the detection means is the resonance frequency. Have been described. In Patent Document 2, the detection speed or the detection position is filtered by each of the directional filter and the second notch filter, and the first notch filter is output according to the product of the output of the directional filter and the output of the second notch filter. The correction of the notch center frequency is described.

特開2003−134868号公報JP 2003-134868 A 特開2004−274976号公報JP 2004-274976 A

しかし、掃引正弦波信号により共振周波数を求める方式は、掃引正弦波信号を制御系に印加する必要があるから、共振周波数を逐次的に更新することが必ずしも容易でない。すなわち、掃引正弦波信号を用いるということ自体が、所望の制御系への適用にあたり制約となる。また、方向フィルタ及び第2ノッチフィルタを用いる方式は、2つのフィルタ処理を要するため演算量が大きくなる。ノッチ中心周波数を逐次更新する場合には、毎回の更新に要する演算量がなるべく少ないことが好ましい。   However, in the method of obtaining the resonance frequency by the swept sine wave signal, it is necessary to apply the swept sine wave signal to the control system, and therefore it is not always easy to update the resonance frequency sequentially. That is, the use of the swept sine wave signal itself is a limitation in application to a desired control system. Further, the method using the directional filter and the second notch filter requires two filter processes, so that the calculation amount is large. When the notch center frequency is sequentially updated, it is preferable that the amount of calculation required for each update is as small as possible.

そこで、本発明は、小さい演算負荷で自動的に中心周波数を更新することができる適応ノッチフィルタ及びそれを用いた共振抑制装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide an adaptive notch filter that can automatically update the center frequency with a small calculation load and a resonance suppression device using the adaptive notch filter.

本発明のある態様の適応ノッチフィルタは、中心周波数を変更可能であり、共振が生じ得る制御対象への制御入力を生成するための信号に含まれる当該制御対象の固有振動数成分を抑制するためのノッチフィルタと、入力信号の周波数と前記中心周波数の現在値との大小関係に対応する位相特性を有し、前記制御対象の制御出力に由来する信号を前記入力信号とする可変フィルタと、前記大小関係に応じて中心周波数修正量の平均値の符号が決定されるように前記可変フィルタの入力信号及び出力信号を用いて定義された中心周波数修正量を演算し、該中心周波数修正量に基づき前記中心周波数を更新する修正演算部と、を備える。   An adaptive notch filter according to an aspect of the present invention is capable of changing a center frequency and suppressing a natural frequency component of a control target included in a signal for generating a control input to the control target that may cause resonance. A variable filter having a phase characteristic corresponding to a magnitude relationship between a frequency of an input signal and a current value of the center frequency, and a signal derived from a control output of the control target as the input signal, A center frequency correction amount defined using the input signal and output signal of the variable filter is calculated so that the sign of the average value of the center frequency correction amount is determined according to the magnitude relationship, and based on the center frequency correction amount A correction operation unit that updates the center frequency.

この態様によれば、可変フィルタへの入力信号の周波数と中心周波数の現在値との大小関係が、可変フィルタからの出力信号の位相シフトを介して中心周波数修正量の平均値に関連付けられている。このため、可変フィルタへの入力信号の周波数と中心周波数の現在値との大小関係に応じた中心周波数の更新が可能となる。更新された中心周波数により、共振が生じ得る制御対象への制御入力を生成するための信号に含まれる固有振動数成分を抑制することができる。また、可変フィルタにより処理された出力信号と未処理の入力信号とを利用するようにしているので、比較的小さい演算負荷で中心周波数を更新することができる。   According to this aspect, the magnitude relationship between the frequency of the input signal to the variable filter and the current value of the center frequency is associated with the average value of the center frequency correction amount via the phase shift of the output signal from the variable filter. . Therefore, the center frequency can be updated according to the magnitude relationship between the frequency of the input signal to the variable filter and the current value of the center frequency. The updated center frequency can suppress the natural frequency component included in the signal for generating the control input to the control target that may cause resonance. Further, since the output signal processed by the variable filter and the unprocessed input signal are used, the center frequency can be updated with a relatively small calculation load.

本発明の別の態様は、共振が生じ得る制御対象への制御入力を生成するための信号に含まれる当該制御対象の固有振動数成分を抑制するためのノッチフィルタの中心周波数を更新する方法である。この方法は、入力信号の周波数と中心周波数の現在値との大小関係に対応する位相特性を有する可変フィルタにより、前記制御出力に由来する入力信号に対しフィルタ処理をし、前記大小関係に応じて中心周波数修正量の平均値の符号が決定されるように前記可変フィルタの入力信号及び出力信号を用いて定義された中心周波数修正量を演算することを含む。   Another aspect of the present invention is a method of updating a center frequency of a notch filter for suppressing a natural frequency component of a control target included in a signal for generating a control input to the control target that may cause resonance. is there. In this method, the input signal derived from the control output is filtered by a variable filter having a phase characteristic corresponding to the magnitude relationship between the frequency of the input signal and the current value of the center frequency, and according to the magnitude relationship. Calculating a center frequency correction amount defined using the input signal and the output signal of the variable filter so that a sign of an average value of the center frequency correction amount is determined.

本発明の別の態様の適応ノッチフィルタは、中心周波数を変更可能であるノッチフィルタと、前記中心周波数の現在値を含む局所周波数領域において単調に変化する位相特性と、前記現在値にピークをもつ振幅特性とを有する可変フィルタと、前記ノッチフィルタにより抑制されるべき周波数成分を含む入力信号を前記可変フィルタにより処理した出力信号に依存し、かつ前記局所周波数領域を包含する広帯域において平均値が直線的に変化する中心周波数修正量を演算し、該中心周波数修正量に基づき前記中心周波数を更新する修正演算部と、を備える。   An adaptive notch filter according to another aspect of the present invention has a notch filter capable of changing a center frequency, a phase characteristic that changes monotonously in a local frequency region including a current value of the center frequency, and a peak in the current value. A variable filter having an amplitude characteristic, and an average value is linear in a wide band including the local frequency region, which depends on an output signal obtained by processing the input signal including the frequency component to be suppressed by the notch filter by the variable filter. And a correction calculation unit that calculates a center frequency correction amount that changes in a stepwise manner and updates the center frequency based on the center frequency correction amount.

本発明の別の態様は、適応ノッチフィルタの中心周波数を更新する方法である。この方法は、前記中心周波数の現在値を含む局所周波数領域において単調に変化する位相特性と、前記現在値にピークをもつ振幅特性と、を有する可変フィルタにより、適応ノッチフィルタで抑制すべき周波数成分を含む入力信号に対しフィルタ処理をし、前記可変フィルタの出力信号に依存し、かつ前記局所周波数領域を包含する広帯域において平均値が直線的に変化する中心周波数修正量を演算することを含む。   Another aspect of the present invention is a method for updating the center frequency of an adaptive notch filter. This method uses a variable filter having a phase characteristic that changes monotonously in a local frequency region including the current value of the center frequency and an amplitude characteristic that has a peak in the current value, and a frequency component to be suppressed by an adaptive notch filter. And calculating a center frequency correction amount that is dependent on the output signal of the variable filter and whose average value changes linearly in a wide band including the local frequency region.

本発明によれば、比較的少ない演算量で中心周波数を自動的に更新することができる。   According to the present invention, the center frequency can be automatically updated with a relatively small amount of calculation.

本発明の一実施形態に係る適応ノッチフィルタの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the adaptive notch filter which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るノッチフィルタの周波数特性の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the frequency characteristic of the notch filter which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るピークフィルタの周波数特性の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the frequency characteristic of the peak filter which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るノッチ中心周波数ωと係数kとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the notch center frequency (omega) 0 and the coefficient k which concern on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るノッチ中心周波数ωの修正の原理を周波数特性として示す図である。It is a figure which shows the principle of correction of notch center frequency (omega) 0 which concerns on one Embodiment of this invention as a frequency characteristic. 位相差フィルタにピークフィルタを用いる実施例の中心周波数修正量の平均値を示す図である。It is a figure which shows the average value of the center frequency correction amount of the Example which uses a peak filter for a phase difference filter. 位相差フィルタに全域通過フィルタを用いる実施例の中心周波数修正量の平均値を示す図である。It is a figure which shows the average value of the center frequency correction amount of the Example which uses an all-pass filter for a phase difference filter. 本発明の一実施形態に係る共振抑制装置のシステム構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the system configuration | structure of the resonance suppression apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 図8に示す制御系の応答の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the response of the control system shown in FIG.

本発明の一実施形態に係る適応ノッチフィルタは、ノッチフィルタと、ノッチフィルタのフィルタ係数を調整するフィルタ係数調整部と、を備える。フィルタ係数調整部は、可変フィルタと、可変フィルタの入力及び出力に基づいてノッチフィルタのフィルタ係数を修正する修正演算部と、を備える。このようにすれば、フィルタ係数の修正に必要となるフィルタ処理を1回とすることができるので、小さい演算負荷でフィルタ係数を調整することができる。演算負荷が小さいので、短い演算周期で高頻度にフィルタ係数を更新することもできる。   An adaptive notch filter according to an embodiment of the present invention includes a notch filter and a filter coefficient adjustment unit that adjusts a filter coefficient of the notch filter. The filter coefficient adjustment unit includes a variable filter and a correction calculation unit that corrects the filter coefficient of the notch filter based on the input and output of the variable filter. In this way, since the filter processing necessary for correcting the filter coefficient can be performed once, the filter coefficient can be adjusted with a small calculation load. Since the calculation load is small, the filter coefficient can be updated frequently with a short calculation cycle.

一実施例においては、フィルタ係数調整部は、ノッチフィルタの中心周波数を可変フィルタの入力及び出力に基づいて更新する。フィルタ係数調整部は、中心周波数以外のフィルタ係数(例えば中心周波数におけるゲインやノッチの帯域幅)については中心周波数の更新値を用いて演算することにより更新する。中心周波数に加えて、フィルタ係数調整部は、中心周波数に比例するフィルタ係数のみを更新するようにしてもよい。フィルタ係数調整部は、中心周波数以外のフィルタ係数の更新頻度を中心周波数の更新頻度よりも小さくしてもよい。あるいは、フィルタ係数調整部は、中心周波数以外のフィルタ係数を更新せず初期値を継続して使用するようにしてもよい。このようにすれば、さらに演算負荷を小さくすることができる。   In one embodiment, the filter coefficient adjustment unit updates the center frequency of the notch filter based on the input and output of the variable filter. The filter coefficient adjustment unit updates the filter coefficients other than the center frequency (for example, the gain at the center frequency and the bandwidth of the notch) by calculating using the update value of the center frequency. In addition to the center frequency, the filter coefficient adjustment unit may update only the filter coefficient proportional to the center frequency. The filter coefficient adjustment unit may make the update frequency of filter coefficients other than the center frequency smaller than the update frequency of the center frequency. Alternatively, the filter coefficient adjustment unit may continue to use the initial value without updating filter coefficients other than the center frequency. In this way, the calculation load can be further reduced.

可変フィルタの周波数位相特性は、入力信号の周波数とノッチ中心周波数の現在値との大小関係に対応するよう設定されている。すなわち、入力信号の周波数と中心周波数の現在値との大小関係と、出力信号の位相シフトと当該現在値における位相シフトとの大小関係とが対応している。中心周波数の現在値の位相シフトを基準位相シフトと呼ぶこととする。入力された周波数成分が当該現在値よりも大きい周波数領域にある場合には、出力信号は基準位相シフトよりも大きい(あるいは小さい)位相シフトが与えられる。逆に、入力周波数成分が当該現在値よりも小さい周波数領域にある場合には、出力信号は基準位相シフトよりも小さい(あるいは大きい)位相シフトが与えられる。   The frequency phase characteristic of the variable filter is set so as to correspond to the magnitude relationship between the frequency of the input signal and the current value of the notch center frequency. That is, the magnitude relationship between the frequency of the input signal and the current value of the center frequency corresponds to the magnitude relationship between the phase shift of the output signal and the phase shift at the current value. The phase shift of the current value of the center frequency is referred to as a reference phase shift. When the input frequency component is in a frequency region larger than the current value, the output signal is given a phase shift larger (or smaller) than the reference phase shift. On the other hand, when the input frequency component is in a frequency region smaller than the current value, the output signal is given a phase shift smaller (or larger) than the reference phase shift.

修正演算部は、中心周波数修正量を演算し、得られた中心周波数修正量に基づき中心周波数を変更する。中心周波数修正量は、その時間平均が可変フィルタの出力信号の位相シフトと基準位相シフトとの大小関係に応じて中心周波数を増減させるように可変フィルタの入力信号及び出力信号を用いて定義されている。例えば、中心周波数修正量は、その平均値の符号が可変フィルタの出力信号の位相シフトに応じて決定されるように可変フィルタの入力信号及び出力信号を用いて定義されている。この場合、出力信号の位相シフトが基準位相シフトに一致する場合には中心周波数修正量の平均値がゼロとなるように修正量は定義されている。   The correction calculation unit calculates a center frequency correction amount, and changes the center frequency based on the obtained center frequency correction amount. The center frequency correction amount is defined using the input signal and output signal of the variable filter so that the time average increases or decreases the center frequency according to the magnitude relationship between the phase shift of the output signal of the variable filter and the reference phase shift. Yes. For example, the center frequency correction amount is defined using the input signal and output signal of the variable filter so that the sign of the average value is determined according to the phase shift of the output signal of the variable filter. In this case, the correction amount is defined so that the average value of the center frequency correction amount becomes zero when the phase shift of the output signal matches the reference phase shift.

このようにして、可変フィルタへの入力信号の周波数と中心周波数の現在値との大小関係が、可変フィルタからの出力信号の位相シフトを介して中心周波数修正量の平均値に関連付けられている。すなわち、入力周波数成分が中心周波数よりも大きい場合には修正量によって中心周波数が平均的に増加され、入力周波数成分が中心周波数よりも小さい場合に修正量によって中心周波数が平均的に減少される。例えば、中心周波数現在値に修正量を加算して更新値を得る実施例においては、修正演算部は、入力周波数成分が中心周波数よりも大きい場合に修正量の平均値の符号を正とし、入力周波数成分が中心周波数よりも小さい場合に修正量の平均値を負とする。このようにして、可変フィルタへの入力信号の周波数と中心周波数の現在値との大小関係に応じた中心周波数の更新が可能となる。   In this way, the magnitude relationship between the frequency of the input signal to the variable filter and the current value of the center frequency is related to the average value of the center frequency correction amount via the phase shift of the output signal from the variable filter. That is, when the input frequency component is higher than the center frequency, the center frequency is increased by the correction amount on the average, and when the input frequency component is lower than the center frequency, the center frequency is decreased by the correction amount on the average. For example, in an embodiment in which an update value is obtained by adding the correction amount to the current center frequency value, the correction calculation unit sets the sign of the average value of the correction amount as positive when the input frequency component is greater than the center frequency, When the frequency component is smaller than the center frequency, the average value of the correction amount is negative. In this way, the center frequency can be updated according to the magnitude relationship between the frequency of the input signal to the variable filter and the current value of the center frequency.

一実施例においては、可変フィルタの周波数位相特性は、入力信号の周波数と中心周波数の現在値との偏差に応じた位相シフトを与えるように設定されていてもよい。つまり、入力された周波数成分と中心周波数との差が大きいほど出力信号の位相シフトと基準位相シフトとの差も大きくなる。このとき、上述のように、入力周波数成分と中心周波数との大小関係が出力信号の位相シフトと基準位相シフトとの大小関係に対応づけられていてもよい。   In one embodiment, the frequency phase characteristic of the variable filter may be set so as to give a phase shift according to the deviation between the frequency of the input signal and the current value of the center frequency. That is, the greater the difference between the input frequency component and the center frequency, the greater the difference between the phase shift of the output signal and the reference phase shift. At this time, as described above, the magnitude relationship between the input frequency component and the center frequency may be associated with the magnitude relationship between the phase shift of the output signal and the reference phase shift.

また、可変フィルタの周波数振幅特性は、中心周波数の現在値にゲインのピークを有するように設定されていてもよい。可変フィルタは好ましくは、中心周波数の現在値に最大のピークをもつ振幅特性を有する。この場合、中心周波数修正量は、平均値が可変フィルタの出力信号の振幅ゲインに応じた大きさとなるよう定義されていてもよい。   The frequency amplitude characteristic of the variable filter may be set so that the current value of the center frequency has a gain peak. The variable filter preferably has an amplitude characteristic with a maximum peak at the current value of the center frequency. In this case, the center frequency correction amount may be defined such that the average value has a magnitude corresponding to the amplitude gain of the output signal of the variable filter.

すなわち、一実施例に係る適応ノッチフィルタは、中心周波数を変更可能であるノッチフィルタと、入力信号の周波数と前記中心周波数の現在値との偏差に応じた位相シフトを与える位相特性と、前記現在値にピークをもつ振幅特性と、を有する可変フィルタと、前記可変フィルタの入力信号及び出力信号に基づいて中心周波数修正量を演算し、該中心周波数修正量に基づき前記中心周波数を変更する修正演算部と、を備えてもよい。   That is, the adaptive notch filter according to an embodiment includes a notch filter that can change a center frequency, a phase characteristic that gives a phase shift according to a deviation between a frequency of an input signal and a current value of the center frequency, and the current A variable filter having an amplitude characteristic having a peak in value, a correction operation for calculating a center frequency correction amount based on an input signal and an output signal of the variable filter, and changing the center frequency based on the center frequency correction amount May be provided.

このようにすれば、入力周波数成分と中心周波数との偏差に応じた中心周波数修正量を生成することが可能となる。つまり、ノッチフィルタにより抑制されるべき周波数成分と中心周波数とが乖離しているほど中心周波数が大きく修正される。また、入力周波数成分が中心周波数に一致していれば、中心周波数の現在値にピークをもつ振幅特性により、中心周波数からの乖離の度合が大きい周波数成分の中心周波数修正量への影響は小さい。よって、更新された中心周波数を現在値の近傍に留めることができる。制御指令等に起因し通常大きな振幅を有する入力信号中の低周波成分の影響を小さくすることもできる。このようにして、抑制されるべき周波数成分へと中心周波数を迅速に収束させることができる。   In this way, it is possible to generate a center frequency correction amount according to the deviation between the input frequency component and the center frequency. That is, the center frequency is greatly corrected as the frequency component to be suppressed by the notch filter deviates from the center frequency. If the input frequency component matches the center frequency, the influence of the frequency component having a large degree of deviation from the center frequency on the center frequency correction amount is small due to the amplitude characteristic having a peak at the current value of the center frequency. Therefore, the updated center frequency can be kept near the current value. It is also possible to reduce the influence of low frequency components in an input signal that usually has a large amplitude due to a control command or the like. In this way, the center frequency can be quickly converged to the frequency component to be suppressed.

好ましい一実施例においては、修正演算部は、中心周波数の現在値を含む局所周波数領域を包含する広帯域において平均値が直線的に変化する中心周波数修正量を演算する。局所周波数領域は、中心周波数の現在値を含み上限周波数と下限周波数とを有する。可変フィルタは例えば、局所周波数領域において単調に変化する位相特性と、中心周波数現在値にピークをもつ振幅特性と、を有してもよい。ピーク幅が局所周波数領域に一致していてもよい。局所周波数領域は、下限周波数から中心周波数現在値までの低周波数領域と、中心周波数現在値から上限周波数までの高周波数領域とに区分けされる。修正演算部は、低周波数領域と高周波数領域とで中心周波数修正量の平均値が異なる符号をとるよう定義された中心周波数修正量を演算してもよい。中心周波数修正量は、可変フィルタの入力信号と出力信号との積に依存する形式に定義されていてもよい。修正演算部は、このような中心周波数修正量に基づいて制御対象の固有振動数成分に収束させるよう中心周波数を更新する。   In a preferred embodiment, the correction calculation unit calculates a center frequency correction amount whose average value linearly changes in a wide band including a local frequency region including the current value of the center frequency. The local frequency region includes the current value of the center frequency and has an upper limit frequency and a lower limit frequency. The variable filter may have, for example, a phase characteristic that changes monotonously in the local frequency region and an amplitude characteristic that has a peak at the current center frequency value. The peak width may coincide with the local frequency region. The local frequency region is divided into a low frequency region from the lower limit frequency to the center frequency current value and a high frequency region from the center frequency current value to the upper limit frequency. The correction calculation unit may calculate a center frequency correction amount that is defined so as to take a code in which an average value of the center frequency correction amount differs between the low frequency region and the high frequency region. The center frequency correction amount may be defined in a format that depends on the product of the input signal and the output signal of the variable filter. The correction calculation unit updates the center frequency so as to converge to the natural frequency component to be controlled based on such a center frequency correction amount.

可変フィルタの位相特性は、中心周波数修正量の平均値の符号を決定づける符号決定係数が上限周波数及び下限周波数の一方において正の値をとり他方において負の値をとるよう設定されていてもよい。符号決定係数は、位相により変化する周期関数の形式であってもよい。この場合、局所周波数領域に対応する位相シフト範囲は、符号決定係数の周期関数の1周期よりも小さくてもよい。好ましくは、局所周波数領域の上限周波数及び下限周波数の一方において符号決定係数の周期関数の最大値をとり他方において最小値をとるようにしてもよい。   The phase characteristic of the variable filter may be set such that the sign determination coefficient that determines the sign of the average value of the center frequency correction amount takes a positive value at one of the upper limit frequency and the lower limit frequency and takes a negative value at the other. The code determination coefficient may be in the form of a periodic function that varies with phase. In this case, the phase shift range corresponding to the local frequency region may be smaller than one cycle of the periodic function of the code determination coefficient. Preferably, the maximum value of the periodic function of the code determination coefficient may be taken at one of the upper limit frequency and the lower limit frequency of the local frequency region, and the minimum value may be taken at the other.

一実施例においては、可変フィルタは、中心周波数現在値を含む局所周波数領域において第1の位相シフトから第2の位相シフトへと変化する位相特性と、ピークをその現在値にもつ振幅特性と、を有してもよい。すなわち、可変フィルタの位相特性は、中心周波数現在値を含む局所周波数領域において第1の位相シフトから第2の位相シフトへと単調に変化し、現在値において第1及び第2の位相シフトの間の第3の位相シフトを与えるように設定されてもよい。局所周波数領域において下限周波数、中心周波数現在値、上限周波数と周波数が増加するにつれて、第1の位相シフト、第3の位相シフト、第2の位相シフトと連続的に単調に位相シフトが変化する。   In one embodiment, the variable filter has a phase characteristic that changes from a first phase shift to a second phase shift in a local frequency region that includes a current center frequency value, and an amplitude characteristic that has a peak at the current value. You may have. That is, the phase characteristic of the variable filter monotonously changes from the first phase shift to the second phase shift in the local frequency region including the center frequency current value, and between the first and second phase shifts at the current value. May be set to give the third phase shift. As the lower limit frequency, the center frequency current value, and the upper limit frequency and the frequency increase in the local frequency region, the phase shift changes monotonously continuously with the first phase shift, the third phase shift, and the second phase shift.

中心周波数修正量の平均値が、可変フィルタからの出力信号の位相シフトに応じて符号を決定づける符号決定係数と、符号が一定である符号不変部分との積で表されるように中心周波数修正量が定義されていてもよい。符号決定係数は例えば、第1及び第2の位相シフトの一方において正の極大値をとり他方において負の極小値をとり、中心周波数現在値においてゼロとなる。符号決定係数は、正の極大値から負の極小値へと単調に減少するよう定められている。   The center frequency correction amount is such that the average value of the center frequency correction amount is represented by the product of the code determination coefficient that determines the sign according to the phase shift of the output signal from the variable filter and the sign invariant part where the sign is constant. May be defined. The sign determination coefficient is, for example, a positive maximum value in one of the first and second phase shifts, a negative minimum value in the other, and zero at the current center frequency value. The sign determination coefficient is determined to monotonously decrease from a positive maximum value to a negative minimum value.

上述のピークフィルタを可変フィルタとして用いることにより、局所周波数領域よりも広い範囲にわたって、中心周波数修正量の平均値を直線的に変化させることができる。よって、抑制されるべき周波数と中心周波数現在値との偏差に比例した大きさの修正量を広い周波数領域で得ることができる。偏差が大きければ大きく修正し、小さければ小さく修正するというように、偏差の程度に応じた中心周波数の修正を実行できる。したがって、ノッチフィルタの中心周波数を、抑制されるべき周波数(例えば制御対象の共振周波数)に速やかに収束させ一致させることができる。   By using the above peak filter as a variable filter, the average value of the center frequency correction amount can be linearly changed over a wider range than the local frequency region. Therefore, a correction amount having a magnitude proportional to the deviation between the frequency to be suppressed and the current center frequency value can be obtained in a wide frequency range. Correction of the center frequency according to the degree of deviation can be executed, such that the correction is large if the deviation is large, and is small if the deviation is small. Therefore, the center frequency of the notch filter can be quickly converged and matched with the frequency to be suppressed (for example, the resonance frequency to be controlled).

また、可変フィルタの周波数振幅特性は中心周波数の現在値にピークを有するので、中心周波数の探索処理において最初に一致した共振周波数の近傍に中心周波数をとどめることができる。このように中心周波数を共振周波数の近傍に留める効果を高めることを重視する場合にはピーク幅を局所周波数領域に比べて小さくすることが好ましい。一方、共振周波数の探索に要する演算時間(すなわち中心周波数の更新処理回数)を小さくすることを重視する場合には、ピーク幅を大きくとることが好ましい。   Further, since the frequency amplitude characteristic of the variable filter has a peak at the current value of the center frequency, the center frequency can be kept in the vicinity of the resonance frequency that first coincides in the search process of the center frequency. In this way, when importance is attached to enhancing the effect of keeping the center frequency close to the resonance frequency, it is preferable to make the peak width smaller than the local frequency region. On the other hand, when it is important to reduce the calculation time required for searching for the resonance frequency (that is, the number of times of updating the center frequency), it is preferable to increase the peak width.

一実施例では、符号決定係数は可変フィルタからの出力信号の位相シフトの余弦で表される。第1及び第2の位相シフトは互いに逆位相となるように設定される。第1及び第2の位相シフトの一方は0度以上90度未満の範囲から選択された位相遅れに設定され、第1及び第2の位相シフトの他方は90度より大きく180度以下の範囲から選択された位相遅れに設定されてもよい。好ましくは、第1及び第2の位相シフトの一方が0度の位相遅れであり他方が180度の位相遅れである。あるいは、第1及び第2の位相シフトの一方が0度乃至60度の範囲から選択された位相遅れであり他方が120度乃至180度の範囲から選択された位相遅れであってもよい。このとき第3の位相シフトは90度の位相遅れであってもよい。   In one embodiment, the sign determination coefficient is represented by the cosine of the phase shift of the output signal from the variable filter. The first and second phase shifts are set to have opposite phases. One of the first and second phase shifts is set to a phase lag selected from a range of 0 degree or more and less than 90 degrees, and the other of the first and second phase shifts is set from 90 degrees or more and 180 degrees or less. It may be set to the selected phase delay. Preferably, one of the first and second phase shifts is a 0 degree phase lag and the other is a 180 degree phase lag. Alternatively, one of the first and second phase shifts may be a phase lag selected from a range of 0 degrees to 60 degrees, and the other may be a phase lag selected from a range of 120 degrees to 180 degrees. At this time, the third phase shift may be a phase delay of 90 degrees.

また、一実施例においては、修正演算部は、可変フィルタの入力信号及び出力信号の少なくとも一方から生成された補正係数により中心周波数修正量を補正することにより、可変フィルタへの入力信号の振幅の中心周波数修正量への影響を緩和するようにしてもよい。   In one embodiment, the correction calculation unit corrects the center frequency correction amount by using a correction coefficient generated from at least one of the input signal and the output signal of the variable filter, thereby adjusting the amplitude of the input signal to the variable filter. The influence on the center frequency correction amount may be reduced.

例えば、修正演算部は、可変フィルタの入力信号と出力信号との積と補正係数との積を補正済の中心周波数修正量として演算してもよい。このとき、補正係数は、可変フィルタの入力信号の二乗、出力信号の二乗、及び入力信号と出力信号との積の絶対値のうちいずれかに反比例するよう定義されてもよい。また、可変フィルタの入力信号の符号と出力信号との積を中心周波数修正量とする場合には、補正係数は例えば出力信号または入力信号の絶対値に反比例するよう定義されてもよい。   For example, the correction calculation unit may calculate the product of the input signal and output signal of the variable filter and the correction coefficient as the corrected center frequency correction amount. At this time, the correction coefficient may be defined to be inversely proportional to any one of the square of the input signal of the variable filter, the square of the output signal, and the absolute value of the product of the input signal and the output signal. When the product of the sign of the input signal of the variable filter and the output signal is used as the center frequency correction amount, the correction coefficient may be defined to be in inverse proportion to the absolute value of the output signal or the input signal, for example.

このように入力信号の振幅の次数が各々で等しくなるよう中心周波数修正量と補正係数とを定めることにより、補正された中心周波数修正量においては入力信号の振幅が打ち消される。よって、入力信号の振幅の影響を排除することができる。この場合、上述のピークフィルタを可変フィルタとして用いることと相まって、例えばゼロ近傍からナイキスト周波数近傍までという広い周波数範囲にわたって中心周波数修正量の平均値を直線的に変化させることができる。   In this way, by determining the center frequency correction amount and the correction coefficient so that the orders of the amplitude of the input signal are equal to each other, the amplitude of the input signal is canceled in the corrected center frequency correction amount. Therefore, the influence of the amplitude of the input signal can be eliminated. In this case, coupled with the use of the above-described peak filter as a variable filter, the average value of the center frequency correction amount can be linearly changed over a wide frequency range, for example, from near zero to near the Nyquist frequency.

一実施例においては、ノッチフィルタを用いて制御対象に生じる共振を抑制する共振抑制装置が提供される。この装置は、振動成分抽出手段と、位相差フィルタと、係数修正手段と、を備える。振動成分抽出手段は、制御対象の出力信号または制御対象に対する入力信号のいずれか一方の信号から制御対象の振動周波数成分を抽出する。位相差フィルタは、フィルタ係数の変更が可能である。係数修正手段は、振動成分抽出手段の出力uと、出力uを位相差フィルタに通過させた出力pとの積puに応じてノッチフィルタと位相差フィルタの係数を修正する。位相差フィルタは、入力信号に対して、現在の中心周波数より低い周波数領域では同位相かつ高い周波数領域では逆位相、または現在の中心周波数より低い周波数領域では逆位相かつ高い周波数領域では同位相、の周波数位相特性を有してもよい。このようにすれば、ノッチフィルタの中心周波数を制御対象の固有振動数に一致させるよう自動調整する適応ノッチフィルタを、比較的少ない演算量で実現することができる。   In one embodiment, a resonance suppression device that suppresses resonance that occurs in a controlled object using a notch filter is provided. This apparatus includes vibration component extraction means, a phase difference filter, and coefficient correction means. The vibration component extraction unit extracts the vibration frequency component of the control target from either the output signal of the control target or the input signal for the control target. The phase difference filter can change the filter coefficient. The coefficient correction means corrects the coefficients of the notch filter and the phase difference filter according to the product pu of the output u of the vibration component extraction means and the output p obtained by passing the output u through the phase difference filter. The phase difference filter is an in-phase signal in the frequency region lower than the current center frequency and opposite in the frequency region higher than the current center frequency, or opposite in phase in the frequency region lower than the current center frequency and in phase in the higher frequency region, The frequency phase characteristic may be In this way, an adaptive notch filter that automatically adjusts the center frequency of the notch filter to match the natural frequency of the controlled object can be realized with a relatively small amount of computation.

また、係数修正手段は、積puを出力信号pの二乗で除した値に応じてノッチフィルタと位相差フィルタの係数を修正してもよい。出力信号pの二乗は平滑化処理がされていてもよい。信号pの二乗に代えて、信号uの二乗または積puの二乗の平方根を用いてもよい。このようにすれば、中心周波数の修正量が位相差フィルタへの入力uの振幅に依存しないようにすることができる。   Further, the coefficient correcting means may correct the coefficients of the notch filter and the phase difference filter according to a value obtained by dividing the product pu by the square of the output signal p. The square of the output signal p may be smoothed. Instead of the square of the signal p, a square of the square of the signal u or the square of the product pu may be used. In this way, the correction amount of the center frequency can be made independent of the amplitude of the input u to the phase difference filter.

位相差フィルタは、中心周波数における位相遅れが90度であり、中心周波数近傍のある帯域幅で位相が0度から180度に変化する周波数位相特性と、中心周波数においてゲインが前記帯域幅での最大値をとるピークを有する周波数振幅特性とを有し、前記帯域幅が調整可能であるピークフィルタであってもよい。   The phase difference filter has a phase lag of 90 degrees at the center frequency, a frequency phase characteristic in which the phase changes from 0 degree to 180 degrees in a certain bandwidth near the center frequency, and a maximum gain at the center frequency in the bandwidth. It may be a peak filter having a frequency amplitude characteristic having a peak that takes a value, and capable of adjusting the bandwidth.

このようにすれば、ノッチフィルタの中心周波数ωと制御対象の固有振動数ωとが離れているほど中心周波数修正量Δωを大きな値とし、中心周波数ωと固有振動数ωとが近いほど修正量Δωを小さな値とすることができる。また、位相差フィルタへの入力uが複数の周波数成分を含む場合に、入力uに含まれる複数の周波数のうち最初に一致した周波数に中心周波数ωをとどめることができる。 In this way, a large value the center frequency correction amount [Delta] [omega 0 as the center frequency omega 0 of the notch filter and the natural frequency omega n of the control target are separated, and the natural frequency omega n center frequency omega 0 The closer the value is, the smaller the correction amount Δω 0 can be made. In addition, when the input u to the phase difference filter includes a plurality of frequency components, the center frequency ω 0 can be kept at the first matching frequency among the plurality of frequencies included in the input u.

図1は、本発明の一実施形態に係る適応ノッチフィルタ10の構成を示すブロック図である。適応ノッチフィルタ10は、ノッチフィルタ12とフィルタ係数調整部13とを含んで構成されている。ノッチフィルタ12は、例えば図2に示される周波数特性を有する公知のフィルタである。ノッチフィルタ12は、中心周波数ωにおいて振幅ゲインに最小値を有しており、中心周波数ωの周波数成分を入力信号τから除去して出力信号τを出力する。ノッチフィルタ12は、複数の周波数成分を除去するよう構成されていてもよく、例えば直列に接続された複数のノッチフィルタを含んでもよい。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an adaptive notch filter 10 according to an embodiment of the present invention. The adaptive notch filter 10 includes a notch filter 12 and a filter coefficient adjustment unit 13. The notch filter 12 is a known filter having a frequency characteristic shown in FIG. 2, for example. Notch filter 12, at the center frequency omega 0 has a minimum value of the amplitude gain, and outputs to the output signal tau 2 removes frequency components of the center frequency omega 0 of the input signal tau 1. The notch filter 12 may be configured to remove a plurality of frequency components, and may include, for example, a plurality of notch filters connected in series.

ノッチフィルタ12への入力信号τは例えば、ノッチフィルタ12が適用される制御対象への制御指令である。入力信号τは、当該制御対象からの出力の検出値と所望の目標指令値との誤差に基づき生成されていてもよい。入力信号τは目標指令であってもよい。入力信号τは、当該制御対象からの観測量(例えば、位置、速度、加速度など)であってもよい。ノッチフィルタ12の出力信号τは、当該制御対象への制御入力として使用されてもよい。ノッチフィルタ12のフィルタ係数は、当該制御対象の固有振動数成分を入力信号τから除去するよう調整されている。そのために、ノッチフィルタ12の中心周波数ωは当該制御対象のいずれかの固有振動数成分に一致するよう調整される。 The input signal τ 1 to the notch filter 12 is, for example, a control command to a control target to which the notch filter 12 is applied. The input signal τ 1 may be generated based on an error between a detection value of an output from the control target and a desired target command value. The input signal τ 1 may be a target command. The input signal τ 1 may be an observation amount (for example, position, speed, acceleration, etc.) from the control target. The output signal τ 2 of the notch filter 12 may be used as a control input to the control target. The filter coefficient of the notch filter 12 is adjusted so as to remove the natural frequency component to be controlled from the input signal τ 1 . For this purpose, the center frequency ω 0 of the notch filter 12 is adjusted to coincide with any natural frequency component of the control target.

フィルタ係数調整部13は、ノッチフィルタ12のフィルタ係数を参照信号rに基づいて修正する。参照信号rは、ノッチフィルタ12が適用される制御対象への制御指令であってもよいし、当該制御対象からの観測量であってもよい。フィルタ係数調整部13は、制御対象の振動により生じた騒音から生成した参照信号rを用いてもよい。そのために、制御対象が発する音の周波数成分を分析して参照信号rを生成する参照信号生成部を設けてもよい。制御対象が発する音を集音して参照信号生成部に供給するためのマイク等の集音器を設けてもよい。このように、フィルタ係数調整部13は、制御対象の振動成分を抽出することのできるいかなる信号を参照信号rをして用いてもよい。   The filter coefficient adjustment unit 13 corrects the filter coefficient of the notch filter 12 based on the reference signal r. The reference signal r may be a control command to a control target to which the notch filter 12 is applied, or may be an observation amount from the control target. The filter coefficient adjustment unit 13 may use a reference signal r generated from noise generated by the vibration of the control target. For this purpose, a reference signal generation unit that generates a reference signal r by analyzing the frequency component of the sound emitted by the control target may be provided. A sound collector such as a microphone may be provided for collecting the sound generated by the control target and supplying the collected sound to the reference signal generation unit. In this way, the filter coefficient adjustment unit 13 may use any signal that can extract the vibration component to be controlled as the reference signal r.

フィルタ係数調整部13は、振動成分抽出部14と、位相差フィルタ16と、修正演算部18と、を含んで構成されている。振動成分抽出部14は、ノッチ中心周波数ωの修正に不要な周波数成分を参照信号rから除去するために設けられている。振動成分抽出部14は、参照信号rを入力として、ノッチフィルタ12により除去すべき周波数成分を含む帯域を含む信号uを出力する。信号uは好ましくは、ノッチフィルタ12により除去すべき周波数成分のみを含む。すなわち、振動成分抽出部14は、ノッチフィルタ12により除去すべき周波数成分を参照信号rから抽出する。 The filter coefficient adjustment unit 13 includes a vibration component extraction unit 14, a phase difference filter 16, and a correction calculation unit 18. The vibration component extraction unit 14 is provided to remove a frequency component unnecessary for correcting the notch center frequency ω 0 from the reference signal r. The vibration component extraction unit 14 receives the reference signal r and outputs a signal u including a band including a frequency component to be removed by the notch filter 12. The signal u preferably contains only frequency components to be removed by the notch filter 12. That is, the vibration component extraction unit 14 extracts a frequency component to be removed by the notch filter 12 from the reference signal r.

ここで、ノッチ中心周波数ωの修正に不要な周波数成分には、中心周波数ωよりも低い周波数領域の周波数成分が含まれる。一般に、参照信号rにおいては、直流成分(言い換えれば0Hzの周波数成分)や、目標指令の主要な周波数成分等の中心周波数ωよりも低域の周波数成分が大きな振幅を有していることが多い。一実施例に係る中心周波数修正方法は現在の中心周波数の近傍で振幅の大きい周波数成分に中心周波数を一致させようとするものである。このため、参照信号r中の振幅の大きい低域成分に影響されて、中心周波数ωが制御対象の固有振動数成分よりもやや低めに修正される傾向がある。よって、振動成分抽出部14は例えば、制御周波数帯域よりも高い周波数領域を通過帯域とするハイパスフィルタとして構成されることが好ましい。 Here, the frequency components unnecessary for the correction of the notch center frequency ω 0 include frequency components in a frequency region lower than the center frequency ω 0 . In general, in the reference signal r, a frequency component in a lower frequency range than the center frequency ω 0 such as a DC component (in other words, a frequency component of 0 Hz) or a main frequency component of the target command has a large amplitude. Many. The center frequency correction method according to an embodiment attempts to make the center frequency coincide with a frequency component having a large amplitude in the vicinity of the current center frequency. For this reason, the center frequency ω 0 tends to be corrected slightly lower than the natural frequency component to be controlled due to the influence of the low frequency component having a large amplitude in the reference signal r. Therefore, the vibration component extraction unit 14 is preferably configured as, for example, a high-pass filter whose pass band is a frequency region higher than the control frequency band.

また、振動成分抽出部14は、中心周波数ωよりも高い周波数領域に含まれる周波数成分(例えば、共振とは無関係のノイズ)を除去するように構成されていてもよい。この場合、振動成分抽出部14は、中心周波数ωとその近傍の周波数成分を含む周波数領域を通過帯域とするバンドパスフィルタとして構成されてもよい。 Further, the vibration component extraction unit 14 may be configured to remove frequency components (for example, noise unrelated to resonance) included in a frequency region higher than the center frequency ω 0 . In this case, the vibration component extraction unit 14 may be configured as a bandpass filter whose pass band is a frequency region including the center frequency ω 0 and frequency components in the vicinity thereof.

振動成分抽出部14は、制御対象の入出力特性を表すモデルと目標入力とに基づいて生成される参照信号rに相当する信号と実際の参照信号rとの差を出力する差分演算部であってもよい。この場合、制御対象の入出力特性を表すモデルは、低次の固有振動成分(例えば1次の固有振動数成分のみ)を記述するモデルであってもよい。そうすると、振動成分抽出部14の出力信号は、入力された実際の参照信号rから目標入力及び低次固有振動数成分が除去され、高次の固有振動数成分のみを含むようにすることができる。本発明者の得た知見によれば、中心周波数ωを高次の固有振動数(例えば2次の固有振動数)に一致させたほうが好ましい制御特性を得られることが多い。上述のようにモデルに基づき生成される信号と実際の参照信号rとの差をとることにより、高次の固有振動数成分以外の周波数成分が抑制された信号を簡単に得ることができる。 The vibration component extraction unit 14 is a difference calculation unit that outputs a difference between a signal corresponding to a reference signal r generated based on a model representing input / output characteristics of a control target and a target input and an actual reference signal r. May be. In this case, the model that represents the input / output characteristics of the controlled object may be a model that describes a low-order natural vibration component (for example, only the first-order natural frequency component). Then, the output signal of the vibration component extraction unit 14 can be made to include only the high-order natural frequency component by removing the target input and the low-order natural frequency component from the input actual reference signal r. . According to the knowledge obtained by the present inventor, it is often possible to obtain a preferable control characteristic when the center frequency ω 0 is made to coincide with a higher order natural frequency (for example, a second order natural frequency). By taking the difference between the signal generated based on the model and the actual reference signal r as described above, a signal in which frequency components other than the higher-order natural frequency components are suppressed can be easily obtained.

振動成分抽出部14は、上述のハイパスフィルタ、バンドパスフィルタ、及び、差分演算部の少なくとも1つを備えるよう構成されていてもよい。逆に、振動成分抽出部14を設けずに、修正演算部18は、参照信号rと参照信号rの位相差フィルタ出力とに基づいてフィルタ係数を修正するようにしてもよい。例えば、中心周波数ωの修正に不要な周波数成分の振幅が小さく修正結果の誤差が小さいと見込まれる場合や、中心周波数ωの修正に不要な周波数成分の振幅が抑制された参照信号rを得られる場合には、振動成分抽出部14を省略してもよい。 The vibration component extraction unit 14 may be configured to include at least one of the above-described high-pass filter, band-pass filter, and difference calculation unit. Conversely, the correction calculation unit 18 may correct the filter coefficient based on the reference signal r and the phase difference filter output of the reference signal r without providing the vibration component extraction unit 14. For example, if the amplitude of the unwanted frequency components in the correction of the center frequency omega 0 is expected an error of less modification result is smaller, the reference signal r amplitude is suppressed in the unnecessary frequency components in the correction of the center frequency omega 0 If obtained, the vibration component extraction unit 14 may be omitted.

位相差フィルタ16は、振動成分抽出部14の出力信号uを入力として、位相差フィルタ出力信号pを出力する。ここで位相差フィルタ16とは、周波数成分に応じた位相シフトを与えるフィルタをいう。位相差フィルタ16の位相特性は、中心周波数ωを含む局所周波数領域の下限周波数から上限周波数へと入力信号uの周波数が増加するにつれて、出力信号pの位相シフトを第1位相シフトから第2位相シフトへと単調に変化させる。下限周波数よりも低周波数領域においては位相シフトは第1位相シフトに実質的に等しく、上限周波数よりも高周波数領域においては位相シフトは第2位相シフトに実質的に等しい。 The phase difference filter 16 receives the output signal u of the vibration component extraction unit 14 and outputs a phase difference filter output signal p. Here, the phase difference filter 16 refers to a filter that gives a phase shift according to a frequency component. The phase characteristic of the phase difference filter 16 is that the phase shift of the output signal p is changed from the first phase shift to the second as the frequency of the input signal u increases from the lower limit frequency to the upper limit frequency of the local frequency region including the center frequency ω 0 . Change monotonically to phase shift. In the lower frequency region than the lower limit frequency, the phase shift is substantially equal to the first phase shift, and in the higher frequency region than the upper limit frequency, the phase shift is substantially equal to the second phase shift.

中心周波数ωの修正を、以下に詳しく述べる中心周波数修正量Δωを用いて行う場合には、位相差フィルタ16の位相特性は、局所周波数領域の下限周波数よりも低周波数領域においては実質的に0度の位相遅れを与え(つまり実質的に位相を遅らせず)、上限周波数よりも高周波数領域においては実質的に180度の位相遅れを与えることが好ましい。位相差フィルタ16の位相特性は、局所周波数領域の下限周波数から上限周波数へと入力信号uの周波数が増加するにつれて、出力信号pの位相遅れが0度から180度へと大きくなっていく。入力信号uの周波数成分が中心周波数ωに等しいときに、出力信号pの位相遅れは90度に等しくなるよう設定されている。 When the correction of the center frequency ω 0 is performed using the center frequency correction amount Δω 0 described in detail below, the phase characteristic of the phase difference filter 16 is substantially lower in the lower frequency region than the lower limit frequency of the local frequency region. It is preferable that a phase delay of 0 degree is given to (i.e., the phase is not substantially delayed), and a phase delay of 180 degrees is given in a frequency region higher than the upper limit frequency. The phase characteristics of the phase difference filter 16 are such that the phase delay of the output signal p increases from 0 degrees to 180 degrees as the frequency of the input signal u increases from the lower limit frequency to the upper limit frequency in the local frequency region. When the frequency component of the input signal u is equal to the center frequency ω 0 , the phase delay of the output signal p is set to be equal to 90 degrees.

好ましい一実施例においては、位相差フィルタ16は、上記の位相特性とともに、局所周波数領域を帯域幅とするゲインピークを中心周波数ωに有する周波数振幅特性を有するピークフィルタであってもよい。この帯域幅(すなわちピーク幅)は、ピークからゲインが所定量(例えば1/√2)減衰する周波数の範囲をいう。ピークフィルタの周波数振幅特性及び周波数位相特性の一例を図3に示す。図3の周波数位相特性に示されるように、位相差フィルタ16は、中心周波数ωにおいて基準位相遅れ(例えば90度)をとり、中心周波数ωの近傍で基準位相遅れよりも十分小さい位相遅れ(例えば0度)から十分大きい位相遅れ(例えば180度)へと変化する位相特性を有する。 In a preferred embodiment, the phase difference filter 16 may be a peak filter having a frequency amplitude characteristic having a gain peak having a bandwidth in the local frequency region at the center frequency ω 0 in addition to the above phase characteristic. This bandwidth (that is, peak width) is a frequency range in which the gain is attenuated from the peak by a predetermined amount (for example, 1 / √2). An example of the frequency amplitude characteristic and the frequency phase characteristic of the peak filter is shown in FIG. As shown in frequency-phase characteristic of FIG. 3, the phase contrast filter 16, the center frequency omega 0 takes a reference phase delay (e.g. 90 degrees) at the center frequency omega 0 sufficiently small phase lag than the reference phase delay in the neighborhood of It has a phase characteristic that changes from (for example, 0 degrees) to a sufficiently large phase delay (for example, 180 degrees).

なお、他の一実施例においては、位相差フィルタ16は上記の位相特性を有する全域通過フィルタであってもよい。全域通過フィルタは全周波数領域においてゲインの値が1である周波数振幅特性を有する。また、位相差フィルタ16は、入力信号uの周波数ωと中心周波数ωとの差に比例して位相遅れを生じさせる位相シフタまたはFIRフィルタであってもよい。 In another embodiment, the phase difference filter 16 may be an all-pass filter having the above phase characteristics. The all-pass filter has a frequency amplitude characteristic with a gain value of 1 in the entire frequency region. The phase difference filter 16 may be a phase shifter or FIR filter that causes a phase delay in proportion to the difference between the frequency ω of the input signal u and the center frequency ω 0 .

修正演算部18は、位相差フィルタ入力信号u及び位相差フィルタ出力信号pに基づいてノッチフィルタ12及び位相差フィルタ16のフィルタ係数を修正する。すなわち、修正演算部18は、ノッチフィルタ12及び位相差フィルタ16の時点nにおけるフィルタ係数を、入力信号u及び出力信号pに基づいて、時点n+1におけるフィルタ係数に更新する。修正演算部18は例えば、次式により中心周波数ωを時点nの値ω[n]を時点n+1の値ω[n+1]に更新する。すなわち、修正演算部18は、中心周波数ωの現在値ω[n]に修正量Δωを加算することにより更新値ω[n+1]を得る。 The correction calculation unit 18 corrects the filter coefficients of the notch filter 12 and the phase difference filter 16 based on the phase difference filter input signal u and the phase difference filter output signal p. That is, the correction calculation unit 18 updates the filter coefficient at the time point n of the notch filter 12 and the phase difference filter 16 to the filter coefficient at the time point n + 1 based on the input signal u and the output signal p. For example, the correction calculation unit 18 updates the center frequency ω 0 to the value ω 0 [n] at the time point n with the value ω 0 [n + 1] at the time point n + 1 by the following equation. That is, the correction calculation unit 18 obtains the updated value ω 0 [n + 1] by adding the correction amount Δω 0 to the current value ω 0 [n] of the center frequency ω 0 .

Figure 0005467874
Figure 0005467874

式1の右辺第2項が中心周波数ωの修正量Δωである。ここで、u[n]及びp[n]はそれぞれ時点nにおける位相差フィルタの入力信号u及び出力信号pを示す。Φ[n]は時点nにおける補正係数である。この補正係数については後述するが、入力信号uの振幅αの影響を緩和するための補正係数である。補正係数Φ[n]は例えば、位相差フィルタ出力信号p[n]の二乗を平滑化したものである。出力信号p[n]は振動成分を含む信号であるから、0または0に近い値をとることがある。よって、補正係数Φ[n]が0または0に近い値となり、中心周波数修正量Δωが過大となることを避けるためには、平滑化処理をすることが好ましい。平滑化処理は例えばローパスフィルタによるものであってもよい。μは、修正量Δωを調整するための修正ゲインである。 The second term on the right side of Equation 1 is the correction amount Δω 0 of the center frequency ω 0 . Here, u [n] and p [n] denote the input signal u and the output signal p of the phase difference filter at time n, respectively. Φ p [n] is a correction coefficient at time n. Although this correction coefficient will be described later, it is a correction coefficient for reducing the influence of the amplitude α of the input signal u. The correction coefficient Φ p [n] is, for example, a smoothed square of the phase difference filter output signal p [n]. Since the output signal p [n] is a signal including a vibration component, it may take 0 or a value close to 0. Therefore, in order to avoid that the correction coefficient Φ p [n] is 0 or a value close to 0 and the center frequency correction amount Δω 0 is excessive, it is preferable to perform a smoothing process. The smoothing process may be performed by, for example, a low-pass filter. μ is a correction gain for adjusting the correction amount Δω.

なお、補正係数は、位相差フィルタ入力信号uの二乗を平滑化したものであってもよい。あるいは、補正係数は、入力信号uと出力信号pとの積puの二乗の平方根であってもよい。この場合、積puの二乗の平方根は平滑化処理がされてもよいし、されなくてもよい。平滑化処理をする場合には、積puの二乗の平方根を平滑化してもよいし、積puの二乗を平滑化して平方根をとってもよいし、出力信号pの二乗及び入力信号uの二乗のそれぞれを平滑化したものの積の平方根をとってもよいし、出力信号pの絶対値及び入力信号uの絶対値のそれぞれを平滑化したものの積であってもよい。   The correction coefficient may be obtained by smoothing the square of the phase difference filter input signal u. Alternatively, the correction coefficient may be the square root of the square of the product pu of the input signal u and the output signal p. In this case, the square root of the square of the product pu may or may not be smoothed. When the smoothing process is performed, the square root of the square of the product pu may be smoothed, or the square of the product pu may be smoothed to obtain the square root. Each of the square of the output signal p and the square of the input signal u May be the square root of the product of the smoothed signals, or the product of the smoothed absolute values of the output signal p and the input signal u.

修正演算部18は、位相差フィルタ16のフィルタ係数の更新頻度をノッチフィルタ12のフィルタ係数の更新頻度よりも多くしてもよい。例えば、修正演算部18は、位相差フィルタ16のフィルタ係数を毎回の制御周期で逐次更新し、ノッチフィルタ12のフィルタ係数は低頻度に(例えば数回おきの制御周期で)更新してもよい。あるいは、修正演算部18は、制御対象の固有振動数に中心周波数ωが一致したことが確認されてから
ノッチフィルタ12のフィルタ係数を修正するようにしてもよい。この場合、ノッチフィルタ12は、制御対象からの制御出力を観測することにより、制御対象の固有振動数に中心周波数ωが一致したか否かを判定してもよい。
The correction calculation unit 18 may increase the update frequency of the filter coefficient of the phase difference filter 16 more than the update frequency of the filter coefficient of the notch filter 12. For example, the correction calculation unit 18 may sequentially update the filter coefficient of the phase difference filter 16 at each control cycle, and may update the filter coefficient of the notch filter 12 at a low frequency (for example, every several control cycles). . Alternatively, the correction calculation unit 18 may correct the filter coefficient of the notch filter 12 after confirming that the center frequency ω 0 matches the natural frequency to be controlled. In this case, the notch filter 12 may determine whether or not the center frequency ω 0 matches the natural frequency of the controlled object by observing the control output from the controlled object.

ノッチフィルタ12と位相差フィルタ16の具体例を述べる。位相差フィルタ16の具体例としてピークフィルタを挙げる。図2は、ノッチフィルタの周波数特性の例を示す図である。図3は、ピークフィルタの周波数特性の例を示す図である。ノッチフィルタ12及びピークフィルタがデジタルフィルタである場合には、ノッチフィルタ12の伝達関数G及びピークフィルタの伝達関数Gはそれぞれ式2及び式3で表される。 Specific examples of the notch filter 12 and the phase difference filter 16 will be described. A specific example of the phase difference filter 16 is a peak filter. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of frequency characteristics of the notch filter. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of frequency characteristics of the peak filter. If the notch filter 12 and peak filter is a digital filter, the transfer function G N and the transfer function G P of the peak filter of the notch filter 12 is represented by the respective formulas 2 and Formula 3.

Figure 0005467874
Figure 0005467874

Figure 0005467874
Figure 0005467874

ノッチフィルタ12のフィルタ係数は式4で表され、ピークフィルタのフィルタ係数は式5で表される。ここで、ωはノッチフィルタ12の中心周波数である。ζ、ζはそれぞれ中心周波数ωにおけるゲインピークとノッチ幅とを決めるためのパラメタである。Tsはサンプリング時間である。ζは、ピークフィルタのピーク幅を決めるためのパラメタである。 The filter coefficient of the notch filter 12 is expressed by Expression 4, and the filter coefficient of the peak filter is expressed by Expression 5. Here, ω 0 is the center frequency of the notch filter 12. ζ 1 and ζ 2 are parameters for determining a gain peak and a notch width at the center frequency ω 0, respectively. Ts is a sampling time. ζ 3 is a parameter for determining the peak width of the peak filter.

Figure 0005467874
Figure 0005467874

Figure 0005467874
Figure 0005467874

この具体例の場合、修正演算部18はまず、式1により中心周波数の更新値ω[n+1]を求め、この更新値を用いて式4及び式5の各フィルタ係数を更新する。なお、式5に表されている係数lについては初期値のまま固定して更新しないようにしてもよいし、中心周波数の更新頻度よりも低い更新頻度で更新するようにしてもよい。係数lを更新しない場合には、中心周波数ωの変化によりピークフィルタのピーク幅が変化することになる。係数lの更新頻度を少なくする(あるいは行わない)ことにより、修正演算部18における計算量を小さくすることができる。 In the case of this specific example, the correction calculation unit 18 first obtains an update value ω 0 [n + 1] of the center frequency using Equation 1, and updates each filter coefficient of Equation 4 and Equation 5 using this update value. It should be noted that the coefficient l p expressed in Equation 5 may be fixed at the initial value and not updated, or may be updated at an update frequency lower than the update frequency of the center frequency. When the coefficient l p is not updated, the peak width of the peak filter changes due to the change of the center frequency ω 0 . By reducing (or not performing) the update frequency of the coefficient l p , the calculation amount in the correction calculation unit 18 can be reduced.

また、ノッチフィルタ12とピークフィルタの他の例を述べる。ノッチフィルタ12及びピークフィルタがデジタルフィルタであり、かつ中心周波数ωにおけるゲインが−∞dBである場合には、ノッチフィルタ12の伝達関数G及びピークフィルタの伝達関数Gはそれぞれ式6及び式7で表される。なお式7は式3と同一である。各フィルタ係数は、式8で表される。 Another example of the notch filter 12 and the peak filter will be described. Notch filter 12 and peak filter is a digital filter, and when the gain at the center frequency omega 0 is -∞dB, the transfer function G N and the transfer function G P of the peak filter notch filter 12 and a respective formulas 6 It is represented by Formula 7. Equation 7 is the same as Equation 3. Each filter coefficient is expressed by Equation 8.

Figure 0005467874
Figure 0005467874

Figure 0005467874
Figure 0005467874

Figure 0005467874
Figure 0005467874

この例においても、修正演算部18はまず、式1により中心周波数の更新値ω[n+1]を求め、この更新値を用いて式8の各フィルタ係数を更新する。なお、式8に表されている係数l、lについては初期値のまま固定して更新しないようにしてもよいし、中心周波数の更新頻度よりも低い更新頻度で更新するようにしてもよい。係数l、lを更新しない場合には、中心周波数ωの変化によりノッチフィルタのノッチ幅及びピークフィルタのピーク幅が変化することになる。係数l、lの更新頻度を少なくする(あるいは行わない)ことにより、修正演算部18における計算量を相当小さくすることができる。 Also in this example, the correction calculation unit 18 first obtains an update value ω 0 [n + 1] of the center frequency using Equation 1, and updates each filter coefficient of Equation 8 using this update value. Note that the coefficients l N and l p expressed in Expression 8 may be fixed at their initial values and not updated, or may be updated at an update frequency lower than the update frequency of the center frequency. Good. When the coefficients l N and l p are not updated, the notch width of the notch filter and the peak width of the peak filter change due to the change of the center frequency ω 0 . By reducing (or not performing) the update frequency of the coefficients l N and l p , the calculation amount in the correction calculation unit 18 can be considerably reduced.

なお、係数l、lを中心周波数ωと同様の頻度で逐次更新する場合においては、中心周波数ω(または係数k)に対応する係数l、lのテーブルを予め計算して準備しておくことにより、修正演算部18における計算量を低減することができる。修正演算部18は、記憶部(図示せず)に記憶されているテーブルを参照することにより、中心周波数(または係数k)の更新値に対応する係数l、lを求めることができる。 The coefficient l N, in the case of sequential updating the same frequency as the center frequency omega 0 a l p, the coefficients l N corresponding to the center frequency omega 0 (or coefficient k), calculated in advance a table of l p By preparing, the amount of calculation in the correction calculation unit 18 can be reduced. The correction calculation unit 18 can obtain the coefficients l N and l p corresponding to the updated value of the center frequency (or coefficient k) by referring to the table stored in the storage unit (not shown).

図4は、中心周波数ωと係数kとの関係を示す図である。ここで、サンプリング時間Tsは4msとしている。図示されるように、中心周波数ωが増加するにつれて、係数kは単調に減少する。そこで、式1により中心周波数ωを更新する代わりに、修正演算部18は、次式により係数kを直接更新するようにしてもよい。式9は式1と同様であるが、修正ゲインについては係数kを調整するための修正ゲインμに置き換えられている。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the center frequency ω 0 and the coefficient k. Here, the sampling time Ts is 4 ms. As shown, the coefficient k decreases monotonously as the center frequency ω 0 increases. Therefore, instead of updating the center frequency ω 0 using Equation 1, the correction calculation unit 18 may directly update the coefficient k using the following equation. Expression 9 is the same as Expression 1, but the correction gain is replaced with a correction gain μ k for adjusting the coefficient k.

Figure 0005467874
Figure 0005467874

よって、修正演算部18は、位相差フィルタ入力信号u及び位相差フィルタ出力信号pに基づいて係数kを直接修正する。すなわち、修正演算部18は、時点nにおける係数k[n]を、入力信号u及び出力信号pに基づいて、時点n+1における係数k[n+1]に更新する。   Therefore, the correction calculation unit 18 directly corrects the coefficient k based on the phase difference filter input signal u and the phase difference filter output signal p. That is, the correction calculation unit 18 updates the coefficient k [n] at the time point n to the coefficient k [n + 1] at the time point n + 1 based on the input signal u and the output signal p.

続いて、本発明の一実施形態における中心周波数ωの修正の原理について説明する。簡単のため、位相差フィルタ16への入力信号uを振幅αで周波数ωの単一周波数成分の正弦波であると仮定する。このとき位相差フィルタ16の入力信号u及び出力信号pは、式10で表される。ここで、位相差フィルタ16の振幅ゲイン及び位相シフトをそれぞれ|G(jω)|及びφ(ω)と表記している。 Next, the principle of correcting the center frequency ω 0 in one embodiment of the present invention will be described. For simplicity, it is assumed that the input signal u to the phase difference filter 16 is a sine wave having a single frequency component having an amplitude α and a frequency ω. At this time, the input signal u and the output signal p of the phase difference filter 16 are expressed by Expression 10. Here, the amplitude gain and the phase shift of the phase difference filter 16 are expressed as | GP (jω) | and φ p (ω), respectively.

Figure 0005467874
Figure 0005467874

一実施例においては中心周波数修正量Δωは位相差フィルタ16の入力信号uと出力信号pとの積puに依存するよう定められている。積puの平均値E[pu]は式11で表される。 In one embodiment, the center frequency correction amount Δω 0 is determined to depend on the product pu of the input signal u and the output signal p of the phase difference filter 16. The average value E [pu] of the product pu is expressed by Equation 11.

Figure 0005467874
Figure 0005467874

上述のように、位相差フィルタ16の位相特性は、中心周波数ωを含む局所周波数領域の下限周波数から上限周波数へと入力信号uの周波数が増加するにつれて、出力信号pの位相シフトを第1位相シフトから第2位相シフトへと単調に変化させる。中心周波数ωにおいては、第1位相シフトと第2位相シフトとの間の基準位相シフトをとる。図3に示される例においては、位相差フィルタ16は、中心周波数ωにおいて基準位相遅れ(例えば90度)を与え、中心周波数ωの近傍の低周波数領域では基準位相遅れよりも小さい位相遅れを与え、中心周波数ωの近傍の高周波数領域では基準位相遅れよりも大きい位相遅れを与える位相特性を有する。 As described above, the phase characteristic of the phase difference filter 16 indicates that the phase shift of the output signal p is first as the frequency of the input signal u increases from the lower limit frequency to the upper limit frequency in the local frequency region including the center frequency ω 0 . The phase shift is monotonously changed from the phase shift to the second phase shift. At the center frequency ω 0 , a reference phase shift is taken between the first phase shift and the second phase shift. In the example shown in FIG. 3, the phase contrast filter 16, the center frequency omega given reference phase delay (e.g. 90 degrees) at 0, the center frequency omega 0 reference phase delay smaller phase lag than in the low frequency region near the And has a phase characteristic that gives a phase lag greater than the reference phase lag in the high frequency region near the center frequency ω 0 .

よって、中心周波数ωにおいて符号決定係数cos(φ(ω))はゼロとなり、入力信号uの周波数ωが中心周波数ωよりも小さい場合に符号決定係数は正の値となり、入力信号uの周波数ωが中心周波数ωよりも大きい場合に符号決定係数は負の値となる。これをまとめると、式12で表される。 Therefore, the center frequency omega 0 in sign determining factor cos (φ p (ω)) is zero, sign determining factor when the frequency omega is less than the center frequency omega 0 of the input signal u is a positive value, the input signal u When the frequency ω is greater than the center frequency ω 0 , the sign determination coefficient is a negative value. This can be summarized by Expression 12.

Figure 0005467874
Figure 0005467874

したがって、積puの平均値E[pu]は、cos(φ(ω))を符号決定係数として有すると言える。符号決定係数cos(φ(ω))は、位相差フィルタ16の出力信号pの位相シフトφ(ω)に応じて中心周波数修正量Δωの平均値の符号を決定する。式11からわかるように、平均値E[pu]の符号決定係数cos(φ(ω))以外の部分は明らかに正の値であり、周波数成分によらず符号が一定となる符号一定部分である。平均値E[pu]は、符号一定部分と符号決定係数との積で表されている。 Therefore, it can be said that the average value E [pu] of the product pu has cos (φ p (ω)) as a sign determination coefficient. The sign determination coefficient cos (φ p (ω)) determines the sign of the average value of the center frequency correction amount Δω 0 according to the phase shift φ p (ω) of the output signal p of the phase difference filter 16. As can be seen from Equation 11, the portion of the average value E [pu] other than the sign determination coefficient cos (φ p (ω)) is clearly a positive value, and the code constant portion where the code is constant regardless of the frequency component. It is. The average value E [pu] is represented by the product of the constant code portion and the code determination coefficient.

すなわち、積puの平均値E[pu]の符号は、位相差フィルタ16への入力信号uの周波数ωと中心周波数ωとの大小関係で決まる。入力信号uの周波数ωが中心周波数ωよりも小さければ積puは正の値となり、入力信号uの周波数ωが中心周波数ωよりも大きければ積puは負の値となる。したがって、式13に表されるように、積puを中心周波数修正量とする漸化式を用いて中心周波数ωを更新することにより、ノッチフィルタ12の中心周波数ωを入力周波数ωへと一致させることが可能となる。 That is, the sign of the average value E [pu] of the product pu is determined by the magnitude relationship between the frequency ω of the input signal u to the phase difference filter 16 and the center frequency ω 0 . If the frequency ω of the input signal u is smaller than the center frequency ω 0 , the product pu has a positive value, and if the frequency ω of the input signal u is greater than the center frequency ω 0 , the product pu has a negative value. Thus, as represented in Equation 13, by updating the center frequency omega 0 using a recurrence formula whose center frequency correction amount a product pu, to the input frequency omega of the center frequency omega 0 of the notch filter 12 It is possible to match.

Figure 0005467874
Figure 0005467874

入力周波数ωが制御対象の固有振動数成分である場合には、ノッチフィルタ12の中心周波数ωを固有振動数成分に一致させることができる。このようにして、ノッチフィルタ12の中心周波数ωを制御対象の固有振動数成分へと自動的に調整することができる。 When the input frequency ω is a natural frequency component to be controlled, the center frequency ω 0 of the notch filter 12 can be matched with the natural frequency component. In this way, the center frequency ω 0 of the notch filter 12 can be automatically adjusted to the natural frequency component to be controlled.

さらに好ましくは、中心周波数修正量Δωに補正係数を導入することにより、入力信号uの振幅αの影響を緩和または排除することが可能である。式12からわかるように、積puは入力信号uの振幅αに依存する。式14は、中心周波数修正量Δωに補正係数Φ[n]を導入した場合における中心周波数ωを更新する漸化式である。 More preferably, the influence of the amplitude α of the input signal u can be reduced or eliminated by introducing a correction coefficient into the center frequency correction amount Δω 0 . As can be seen from Equation 12, the product pu depends on the amplitude α of the input signal u. Formula 14 is a recurrence formula for updating the center frequency ω 0 when the correction coefficient Φ [n] is introduced into the center frequency correction amount Δω 0 .

Figure 0005467874
Figure 0005467874

ここで、補正係数Φ[n]をμ/Φ[n]と書きかえれば、式14は式1に一致する。一例として上述のように、Φ[n]を位相差フィルタ出力信号p[n]の二乗を平滑化したものである場合を説明する。平滑化は例えば、カットオフ周波数ωcpを有するローパスフィルタで出力信号p[n]の二乗を処理することで行う。そうすると、Φ[n]の平均値は式15により与えられる。 Here, if the correction coefficient Φ [n] is rewritten as μ / Φ p [n], Expression 14 corresponds to Expression 1. As an example, a case where Φ p [n] is obtained by smoothing the square of the phase difference filter output signal p [n] as described above will be described. Smoothing is performed, for example, by processing the square of the output signal p [n] with a low-pass filter having a cutoff frequency ωcp. Then, the average value of Φ p [n] is given by Equation 15.

Figure 0005467874
Figure 0005467874

よって、補正係数により補正された中心周波数修正量の修正演算1回あたりの平均値E[Δω]は式16で与えられる。式16からわかるように、平均値E[Δω]は入力信号uの振幅αに依存しない形式で表される。よって、中心周波数修正量Δωに補正係数を導入することにより、入力信号uの振幅αの影響を排除することができる。 Therefore, the average value E [Δω 0 ] per correction operation of the center frequency correction amount corrected by the correction coefficient is given by Expression 16. As can be seen from Equation 16, the average value E [Δω 0 ] is expressed in a format that does not depend on the amplitude α of the input signal u. Therefore, the influence of the amplitude α of the input signal u can be eliminated by introducing a correction coefficient into the center frequency correction amount Δω 0 .

Figure 0005467874
Figure 0005467874

図5は、本発明の一実施形態に係る中心周波数ωの修正の原理を周波数特性として示す図である。図5は、式16に示される平均値E[Δω]について、ゲインを1/|G(jω)|とし、位相をφ(ω)として作成したボード線図である。なお、図5に示されるボード線図は、一例として位相差フィルタ16を図3に示すピークフィルタとしたときのものである。係数μは簡単のため、μ=1としている。図5に示されるように振幅特性については、ピークフィルタのゲインピークに対応するノッチが現れている。位相特性についても、ピークフィルタの位相特性に対応する位相特性が示されている。 FIG. 5 is a diagram showing the principle of correcting the center frequency ω 0 according to one embodiment of the present invention as frequency characteristics. FIG. 5 is a Bode diagram created for the average value E [Δω 0 ] shown in Equation 16 with a gain of 1 / | GP (jω) | and a phase of φ p (ω). The Bode diagram shown in FIG. 5 is an example when the phase difference filter 16 is a peak filter shown in FIG. The coefficient μ is set to μ = 1 for simplicity. As shown in FIG. 5, with respect to the amplitude characteristics, notches corresponding to the gain peaks of the peak filter appear. As for the phase characteristics, the phase characteristics corresponding to the phase characteristics of the peak filter are also shown.

図6は、位相差フィルタ16にピークフィルタを用いたときの中心周波数修正量の平均値E[Δω]を示す図である。図6に示される平均値E[Δω]は、式16に示される補正済修正量である。図6に示されるように、修正量平均値E[Δω]は、中心周波数ωの近傍だけではなく、ゼロ近傍からナイキスト周波数ωnyq(サンプリング周波数の1/2)の近傍にわたる広範な周波数領域において、中心周波数ωと入力周波数ωとの偏差に対し直線的に変化していることがわかる。つまり、ナイキスト周波数ωnyq以下の帯域において、中心周波数修正量の平均値E[Δω]は、中心周波数ωと入力周波数ωとの偏差に実質的に比例している。 FIG. 6 is a diagram illustrating an average value E [Δω 0 ] of the center frequency correction amount when a peak filter is used as the phase difference filter 16. The average value E [Δω 0 ] shown in FIG. 6 is the corrected correction amount shown in Expression 16. As shown in FIG. 6, the correction amount average value E [Δω 0 ] is not only in the vicinity of the center frequency ω 0 but also in a wide range of frequencies ranging from near zero to the vicinity of the Nyquist frequency ω nyq (1/2 of the sampling frequency). In the region, it can be seen that there is a linear change with respect to the deviation between the center frequency ω 0 and the input frequency ω. That is, in the band below the Nyquist frequency ω nyq, the average value E [Δω 0 ] of the center frequency correction amount is substantially proportional to the deviation between the center frequency ω 0 and the input frequency ω.

このため、中心周波数ωと入力周波数ωとの偏差に応じた修正量Δωを得ることができる。つまり、適応ノッチフィルタ10により抑制すべき周波数ωからノッチ中心周波数ωが離れているほど更新時の修正量Δωが大きくなる。よって、少ない更新処理の反復回数で中心周波数ωを入力信号uの周波数ωへと近づけることができる。また、抑制すべき周波数ωに中心周波数ωが近づくほど修正量Δωが小さくなる。よって、入力信号uの周波数ωの近傍で中心周波数ωを更新するたびに中心周波数ωが振動的に変化することを防ぐことができる。中心周波数ωを入力信号uの周波数ωへとすみやかに一致させることができる。 Therefore, the correction amount Δω 0 corresponding to the deviation between the center frequency ω 0 and the input frequency ω can be obtained. That is, the correction amount Δω 0 at the time of update increases as the notch center frequency ω 0 is separated from the frequency ω to be suppressed by the adaptive notch filter 10. Therefore, the center frequency ω 0 can be brought close to the frequency ω of the input signal u with a small number of update processing iterations. Further, the correction amount Δω 0 decreases as the center frequency ω 0 approaches the frequency ω to be suppressed. Therefore, it is possible to prevent the center frequency omega 0 varies vibrationally every update the center frequency omega 0 in the vicinity of the frequency omega of the input signal u. The center frequency ω 0 can be quickly matched with the frequency ω of the input signal u.

また、位相差フィルタ16をピークフィルタとしたことにより、中心周波数ωを入力信号uの周波数ωに一度一致させたあとは、中心周波数ωをその周波数ωに留まらせるようにすることができる。位相差フィルタ16がピークフィルタであるため、中心周波数ωにおいて振幅が大きく増幅される。よって、中心周波数ωから乖離している他の周波数成分が入力信号uに含まれていたとしても、既に一致している入力信号uの周波数ωから他の周波数に向けて中心周波数ωが離れていきにくくなる。したがって、中心周波数ωの初期値から入力信号uの周波数ωに一致させるまでは比較的大きな修正量により速やかに行うことができるとともに、一旦一致したあとはその周波数ωに中心周波数ωを束縛することができる。また、経時変化等の何らかの要因で周波数ωが緩やかに変化することがある。このようなドリフトが生じた場合には中心周波数ωを追従させることができる。 In addition, since the phase difference filter 16 is a peak filter, the center frequency ω 0 can be kept at the frequency ω after the center frequency ω 0 is once matched with the frequency ω of the input signal u. . Since the phase difference filter 16 is a peak filter, the amplitude is greatly amplified at the center frequency ω 0 . Therefore, even if another frequency component deviating from the center frequency ω 0 is included in the input signal u, the center frequency ω 0 is shifted from the frequency ω of the input signal u that already matches toward the other frequency. It becomes difficult to move away. Therefore, from the initial value of the center frequency ω 0 to the frequency ω of the input signal u, it can be performed quickly with a relatively large correction amount, and once the frequency is matched, the center frequency ω 0 is bound to the frequency ω. can do. Further, the frequency ω may change gradually due to some factor such as a change with time. When such a drift occurs, the center frequency ω 0 can be followed.

例えば、入力信号uの周波数振幅特性にピークを有する周波数成分が複数含まれる場合には、他の周波数成分に比べて一致させようとしている周波数成分に近い値に中心周波数の初期値を設定して中心周波数の更新処理を行う。このようにすれば、一致させようとしている周波数の振幅に比べて他の周波数の振幅がきわめて大きくない限り、中心周波数ωを所望の周波数に一致させ、その周波数に留まらせることができる。 For example, when the frequency amplitude characteristic of the input signal u includes a plurality of frequency components having a peak, the initial value of the center frequency is set to a value close to the frequency component to be matched with other frequency components. Update the center frequency. In this way, the center frequency ω 0 can be made to coincide with the desired frequency and remain at that frequency unless the amplitude of the other frequency is very large compared to the amplitude of the frequency to be matched.

本発明者の得た知見によれば、図8に示す制御システムにおいては中心周波数ωをモデルに含まれない高次の固有振動数に一致させることにより、好ましい制御特性を得られることが多い。このため、中心周波数の初期値をできるだけ高い周波数に設定して中心周波数の更新処理を行うことが好ましい。位相差フィルタ16の入力信号uには、制御入力に起因する低周波成分や1次の固有振動数成分などの高次の固有振動数より大きな振幅を有する成分が低帯域に存在することが多いからである。 According to the knowledge obtained by the present inventor, in the control system shown in FIG. 8, it is often possible to obtain preferable control characteristics by matching the center frequency ω 0 to a higher-order natural frequency not included in the model. . For this reason, it is preferable to update the center frequency by setting the initial value of the center frequency as high as possible. In the input signal u of the phase difference filter 16, a component having an amplitude larger than a high-order natural frequency such as a low-frequency component or a first-order natural frequency component due to a control input often exists in a low band. Because.

図7は、位相差フィルタ16に全域通過フィルタを用いたときの中心周波数修正量の平均値E[Δω]を示す図である。この全域通過フィルタは、図3に例示されるピークフィルタと同一の位相特性を有し、周波数振幅特性は全周波数でゲインが1となる。よって、式16において|G(jω)|を1とすることにより、全域通過フィルタの修正量平均値E[Δω]を得ることができる。 FIG. 7 is a diagram showing an average value E [Δω 0 ] of the center frequency correction amount when an all-pass filter is used as the phase difference filter 16. This all-pass filter has the same phase characteristics as the peak filter illustrated in FIG. 3, and the frequency amplitude characteristic has a gain of 1 at all frequencies. Therefore, by setting | GP (jω) | to 1 in Equation 16, the correction amount average value E [Δω 0 ] of the all-pass filter can be obtained.

図7に示されるように、修正量平均値E[Δω]は中心周波数ωの近傍において負の最小値から正の最大値へと切り替わっている。修正量平均値E[Δω]は、中心周波数ω近傍の切替範囲よりも低い周波数領域においては負の最小値でほぼ一定であり、中心周波数ω近傍の切替範囲よりも高い周波数領域においては正の最大値でほぼ一定である。このため、中心周波数ωと入力信号uの周波数ωとの差がある程度の大きさであると、中心周波数修正量Δωの大きさは概ね一定となる。よって、中心周波数ωの時間変化は振動的になりやすいと考えられる。したがって、中心周波数ωの振動的な時間変化を避けることを重視する場合には、位相差フィルタ16にピークフィルタを採用することが好ましい。なお、中心周波数ωの振動的変化を許容することができる制御対象に適応ノッチフィルタ10を適用する場合には、全域通過フィルタを位相差フィルタ16に採用してもよい。 As shown in FIG. 7, the correction amount average value E [Δω 0 ] is switched from the negative minimum value to the positive maximum value in the vicinity of the center frequency ω 0 . The correction amount average value E [Δω 0 ] is substantially constant at a negative minimum value in a frequency region lower than the switching range in the vicinity of the center frequency ω 0 , and in a frequency region higher than the switching range in the vicinity of the center frequency ω 0 . Is the maximum positive value and almost constant. For this reason, if the difference between the center frequency ω 0 and the frequency ω of the input signal u is large to some extent, the amount of the center frequency correction amount Δω 0 is substantially constant. Therefore, it is considered that the time change of the center frequency ω 0 tends to be oscillating. Therefore, when it is important to avoid the vibrational time change of the center frequency ω 0 , it is preferable to employ a peak filter for the phase difference filter 16. In the case where the adaptive notch filter 10 is applied to a control target that can allow a vibrational change in the center frequency ω 0 , an all-pass filter may be employed for the phase difference filter 16.

なお、一実施例においては、入力信号uの周波数ωと中心周波数ωとの差に比例して位相遅れを生じさせる位相シフタまたはFIRフィルタを位相差フィルタ16としてもよい。この場合、中心周波数ωがナイキスト周波数の1/2近傍の場合に、修正量平均値E[Δω]はピークフィルタを用いた場合と同様になる。しかし、中心周波数ω がナイキスト周波数の1/4以下のときはナイキスト周波数の3/4以上の領域で修正平均値E[Δω]は、中心周波数ωと入力周波数ωとの偏差に対して直線的に変化しなくなり、中心周波数ωがナイキスト周波数の3/4以上のときはナイキスト周波数の1/4以下の領域で修正平均値E[Δω]は、中心周波数ωと入力周波数ωとの偏差に対して直線的に変化しなくなる。 In one embodiment, the phase difference filter 16 may be a phase shifter or FIR filter that causes a phase delay in proportion to the difference between the frequency ω of the input signal u and the center frequency ω 0 . In this case, when the center frequency ω 0 is near ½ of the Nyquist frequency, the correction amount average value E [Δω 0 ] is the same as that when the peak filter is used. However, when the center frequency ω 0 is ¼ or less of the Nyquist frequency, the corrected average value E [Δω 0 ] is greater than the deviation between the center frequency ω 0 and the input frequency ω in the region of ¾ or more of the Nyquist frequency. When the center frequency ω 0 is 3/4 or more of the Nyquist frequency, the corrected average value E [Δω 0 ] is equal to the center frequency ω 0 and the input frequency in the region of ¼ or less of the Nyquist frequency. It does not change linearly with respect to the deviation from ω.

上述の実施例においては位相差フィルタ16の入力信号uと出力信号pとの積puに依存する中心周波数修正量Δωを用いているが、本発明はこれに限られない。例えば、入力信号uの符号と出力信号pとの積に依存する中心周波数修正量Δωを用いてもよい。この場合、補正係数Φ[n]としては例えば、出力信号pの絶対値を平滑化したものを用いることが好ましい。 In the above embodiment, the center frequency correction amount Δω 0 that depends on the product pu of the input signal u and the output signal p of the phase difference filter 16 is used, but the present invention is not limited to this. For example, a center frequency correction amount Δω 0 that depends on the product of the sign of the input signal u and the output signal p may be used. In this case, it is preferable to use, for example, a smoothed absolute value of the output signal p as the correction coefficient Φ p [n].

図8は、本発明の一実施形態に係る共振抑制装置のシステム構成を示すブロック図である。電動機20は負荷22を駆動する。電動機20は例えば、産業用ロボットや射出成型器、建設機械、精密位置決めステージ等の共振により制御特性に制限が生じ得る装置に組み込まれている電動機である。検出器24は電動機20の出力を測定する。検出器24は例えば、電動機20の検出速度ωを測定する速度検出器である。 FIG. 8 is a block diagram showing a system configuration of a resonance suppression device according to an embodiment of the present invention. The electric motor 20 drives the load 22. The electric motor 20 is, for example, an electric motor incorporated in a device in which control characteristics may be limited due to resonance of an industrial robot, an injection molding machine, a construction machine, a precision positioning stage, or the like. The detector 24 measures the output of the electric motor 20. The detector 24 is, for example, a speed detector that measures the detection speed ω * of the electric motor 20.

共振抑制装置の速度指令生成部(図示せず)は、速度指令ωdirを決定する。速度制御部26は、電動機20への速度指令ωdirに対する検出速度ωの誤差に基づき電動機20へのトルク指令信号を生成する。速度制御部26は、速度指令ωdirと電動機20の検出速度ωとの差を0にして検出速度ωが速度指令値ωdirに追従するようにトルク指令τを出力する。速度制御部26は例えば、速度指令ωdirと電動機20の検出速度ωとの差分ωdir−ωの比例積分した結果をトルク指令τとして出力する。 A speed command generator (not shown) of the resonance suppression device determines a speed command ω dir . The speed control unit 26 generates a torque command signal to the motor 20 based on an error of the detected speed ω * with respect to the speed command ω dir to the motor 20. The speed control unit 26 outputs a torque command τ 1 so that the difference between the speed command ω dir and the detected speed ω * of the electric motor 20 is zero and the detected speed ω * follows the speed command value ω dir . For example, the speed control unit 26 outputs the result of proportional integration of the difference ω dir −ω * between the speed command ω dir and the detected speed ω * of the electric motor 20 as the torque command τ 1 .

ノッチフィルタ12は、トルク指令τから中心周波数ωの周波数成分を除去して新たなトルク指令τを出力する。中心周波数ωは電動機20と負荷22とを含むシステムの固有振動数ωの周波数成分に一致しているので、ノッチフィルタ12は、その固有振動数成分を除去した新しいトルク指令τをトルク制御部28に出力する。トルク制御部28は、ノッチフィルタ12の出力信号に基づき電動機20を制御する。トルク制御部28は、トルク指令τに一致するトルクτを電動機20が出力するように電動機20への供給電流を制御する。このようにして、電動機20の速度制御が行われる。 The notch filter 12 removes the frequency component of the center frequency ω 0 from the torque command τ 1 and outputs a new torque command τ 2 . Since the center frequency ω 0 matches the frequency component of the natural frequency ω n of the system including the electric motor 20 and the load 22, the notch filter 12 torques the new torque command τ 2 from which the natural frequency component has been removed. The data is output to the control unit 28. The torque control unit 28 controls the electric motor 20 based on the output signal of the notch filter 12. The torque control unit 28 controls the supply current to the electric motor 20 so that the electric motor 20 outputs the torque τ * that matches the torque command τ 2 . In this way, speed control of the electric motor 20 is performed.

フィルタ係数調整部13は、図1を参照して説明したように、振動成分抽出部14と、位相差フィルタ16と、修正演算部18と、を含む。フィルタ係数調整部13は、検出速度ωを参照信号rとして使用している。フィルタ係数調整部13は、ノッチフィルタ12の中心周波数ωが速度ωに含まれる振動周波数に一致するよう、ノッチフィルタ12及び位相差フィルタ16の係数を修正する。 As described with reference to FIG. 1, the filter coefficient adjustment unit 13 includes a vibration component extraction unit 14, a phase difference filter 16, and a correction calculation unit 18. The filter coefficient adjustment unit 13 uses the detection speed ω * as the reference signal r. The filter coefficient adjustment unit 13 corrects the coefficients of the notch filter 12 and the phase difference filter 16 so that the center frequency ω 0 of the notch filter 12 matches the vibration frequency included in the speed ω * .

電動機20の出力するトルクτにシステムの固有振動数ωが含まれていると、電動機の駆動によってシステムの固有振動が励起されて共振が発生する。速度制御部26とトルク制御部28との間にノッチフィルタ12を挿入し、速度制御部26の出力τから固有振動数ωの成分を除去してトルク制御部28への入力トルク指令τを生成することにより、共振を抑制することができる。仮に、ノッチフィルタ12の中心周波数ωがシステムの固有振動数ωから乖離している場合には、共振が発生して検出信号ωにシステムの固有振動数ωの成分が含まれる。この場合、適応ノッチフィルタ10のフィルタ係数調整部13は検出信号ωを参照信号rとして用いているから、中心周波数ωをωに一致させるように自動的に調整することができる。 If the natural frequency ω n of the system is included in the torque τ * output by the electric motor 20, the natural vibration of the system is excited by the driving of the electric motor and resonance occurs. The notch filter 12 is inserted between the speed control unit 26 and the torque control unit 28, the component of the natural frequency ω n is removed from the output τ 1 of the speed control unit 26, and the input torque command τ to the torque control unit 28 is removed. Resonance can be suppressed by generating 2 . If the center frequency ω 0 of the notch filter 12 deviates from the natural frequency ω n of the system, resonance occurs and a component of the natural frequency ω n of the system is included in the detection signal ω * . In this case, since the filter coefficient adjustment unit 13 of the adaptive notch filter 10 uses the detection signal ω * as the reference signal r, the center frequency ω 0 can be automatically adjusted to coincide with ω n .

図9は、図8に示す制御系の応答の一例を示す図である。時刻0以前においては適応ノッチフィルタ10の機能が停止されており、電動機20は1000rpmの一定回転数で駆動されている。適応ノッチフィルタ10が無効とされているときは(図中の期間A)、速度応答波形は振動的である。   FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a response of the control system illustrated in FIG. Before the time 0, the function of the adaptive notch filter 10 is stopped, and the electric motor 20 is driven at a constant rotational speed of 1000 rpm. When the adaptive notch filter 10 is disabled (period A in the figure), the speed response waveform is oscillatory.

時刻0に適応ノッチフィルタ10の動作を開始している。適応ノッチフィルタ10のノッチ中心周波数ωの初期値は1200Hzに設定されている。適応ノッチフィルタ10を有効に切り換えるのと同時に、電動機20にステップ状の速度指令を印加した。その結果、中心周波数ωは適応ノッチフィルタ10によって修正され、約0.08秒で中心周波数ωを314Hzに収束させることができた(図中の期間B)。このようにして得られた314Hzの中心周波数は、別の方法で確認したシステムの固有振動数にほぼ一致している。そのため、ノッチ中心周波数ωが314Hzの固有振動数に収束した0.08秒以降は速度応答の振動が抑制されている。 The operation of the adaptive notch filter 10 is started at time 0. The initial value of the notch center frequency ω 0 of the adaptive notch filter 10 is set to 1200 Hz. Simultaneously with the effective switching of the adaptive notch filter 10, a stepped speed command was applied to the motor 20. As a result, the center frequency ω 0 was corrected by the adaptive notch filter 10, and the center frequency ω 0 was able to converge to 314 Hz in about 0.08 seconds (period B in the figure). The center frequency of 314 Hz obtained in this way substantially matches the natural frequency of the system confirmed by another method. Therefore, the vibration of the speed response is suppressed after 0.08 seconds when the notch center frequency ω 0 converges to the natural frequency of 314 Hz.

なおこの実施例では速度制御部26とトルク制御部28との間にノッチフィルタ12を設け、速度制御部26からのトルク指令をノッチフィルタ12への入力として説明している。しかし、他の実施例においては速度指令、検出速度、または誤差信号をノッチフィルタへの入力として使用してもよい。すなわち、ノッチフィルタは、速度制御部への入力信号、当該入力信号を生成するための信号、及び速度制御部からのトルク指令信号のいずれかを入力としてもよい。例えば、図8に示される構成においてノッチフィルタ12は、検出器24の後段、すなわち検出器24と速度制御部26との間に設けられてもよい。あるいはノッチフィルタ12は、速度指令生成部の後段、すなわち速度制御部26の前段に設けられてもよい。このようにしても同様に振動を抑制することが可能である。   In this embodiment, the notch filter 12 is provided between the speed control unit 26 and the torque control unit 28, and the torque command from the speed control unit 26 is described as an input to the notch filter 12. However, in other embodiments, a speed command, a detected speed, or an error signal may be used as an input to the notch filter. That is, the notch filter may receive an input signal to the speed control unit, a signal for generating the input signal, or a torque command signal from the speed control unit. For example, in the configuration shown in FIG. 8, the notch filter 12 may be provided after the detector 24, that is, between the detector 24 and the speed control unit 26. Alternatively, the notch filter 12 may be provided after the speed command generation unit, that is, before the speed control unit 26. Even in this case, vibration can be similarly suppressed.

以上説明したように、本発明の一実施形態によれば、例えば掃引正弦波信号などの修正専用の信号を外部から制御系に印加することなく適応ノッチフィルタ10の中心周波数を自動的に調整することができる。また、適応ノッチフィルタ10の修正演算部18は、位相差フィルタ16の入力信号及び出力信号に基づいて中心周波数の修正量を決定することができる。このため、係数修正に要する演算量を小さくすることができる。さらに、位相差フィルタ16にピークフィルタを用いることにより、中心周波数とシステムの振動周波数との偏差に比例する中心周波数修正量を得ることができるので、少ない更新処理回数で迅速に中心周波数をシステムの振動周波数に一致させることができる。   As described above, according to an embodiment of the present invention, the center frequency of the adaptive notch filter 10 is automatically adjusted without applying a signal dedicated to correction, such as a swept sine wave signal, from the outside to the control system. be able to. The correction calculation unit 18 of the adaptive notch filter 10 can determine the correction amount of the center frequency based on the input signal and output signal of the phase difference filter 16. For this reason, the amount of calculation required for coefficient correction can be reduced. Further, by using a peak filter for the phase difference filter 16, a center frequency correction amount proportional to the deviation between the center frequency and the vibration frequency of the system can be obtained, so that the center frequency can be quickly adjusted with a small number of update processes. Can match the vibration frequency.

10 適応ノッチフィルタ、 12 ノッチフィルタ、 13 フィルタ係数調整部、 14 振動成分抽出部、 16 位相差フィルタ、 18 修正演算部、 20 電動機、 22 負荷、 24 検出器、 26 速度制御部、 28 トルク制御部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Adaptive notch filter, 12 Notch filter, 13 Filter coefficient adjustment part, 14 Vibration component extraction part, 16 Phase difference filter, 18 Correction calculation part, 20 Electric motor, 22 Load, 24 Detector, 26 Speed control part, 28 Torque control part .

Claims (9)

電動機を備える制御対象に生じ得る共振を抑制する共振抑制装置であって、
前記電動機への速度指令に対する検出速度の誤差に基づき前記電動機へのトルク指令信号を生成する速度制御部と、
前記速度制御部への入力信号、当該入力信号を生成するための信号、及び前記トルク指令信号のいずれかを入力として出力信号を出力する適応ノッチフィルタと、を備え、
前記適応ノッチフィルタは、
中心周波数を変更可能であり、前記出力信号に含まれる当該制御対象の固有振動数成分を抑制するためのノッチフィルタと、
可変フィルタへの入力信号の周波数と前記中心周波数の現在値との大小関係に対応する位相特性を有し、前記制御対象の制御出力に由来する信号を前記可変フィルタへの入力信号とする可変フィルタと、
前記大小関係に応じて中心周波数修正量の平均値の符号が決定されるように前記可変フィルタの入力信号及び出力信号を用いて定義された中心周波数修正量を演算し、該中心周波数修正量に基づき前記中心周波数を更新する修正演算部と、を備えることを特徴とする共振抑制装置
A resonance suppression device that suppresses resonance that may occur in a controlled object including an electric motor,
A speed control unit that generates a torque command signal to the motor based on an error in a detected speed with respect to a speed command to the motor;
An adaptive notch filter that outputs an input signal to the speed control unit, a signal for generating the input signal, and an output of the torque command signal as an input, and
The adaptive notch filter is
A center frequency can be changed, and a notch filter for suppressing a natural frequency component of the control target included in the output signal;
A variable filter having phase characteristics corresponding to the magnitude relationship between the frequency of an input signal to the variable filter and the current value of the center frequency, and using a signal derived from the control output of the control target as an input signal to the variable filter When,
The center frequency correction amount defined using the input signal and output signal of the variable filter is calculated so that the sign of the average value of the center frequency correction amount is determined according to the magnitude relationship, and the center frequency correction amount is calculated as the center frequency correction amount. And a correction operation unit that updates the center frequency based on the resonance suppression device .
前記可変フィルタは、前記現在値を含む局所周波数領域において第1の位相シフトから第2の位相シフトへと単調に変化する位相特性と、前記現在値にピークをもつ振幅特性と、を有し、
前記中心周波数修正量の平均値は、前記可変フィルタからの出力信号の位相シフトに応じて符号を決定づける符号決定係数と、符号が一定である符号不変部分との積で表され、
前記符号決定係数は、前記第1及び第2の位相シフトの一方において正の値をとり他方において負の値をとることを特徴とする請求項1に記載の共振抑制装置
The variable filter has a phase characteristic that monotonously changes from a first phase shift to a second phase shift in a local frequency region including the current value, and an amplitude characteristic having a peak in the current value,
The average value of the center frequency correction amount is represented by a product of a code determination coefficient that determines a code according to a phase shift of an output signal from the variable filter, and a code invariant portion where the code is constant,
The resonance suppression apparatus according to claim 1, wherein the sign determination coefficient takes a positive value in one of the first and second phase shifts and takes a negative value in the other.
前記中心周波数修正量は、前記可変フィルタの入力信号と出力信号との積に依存することを特徴とする請求項1または2に記載の共振抑制装置The resonance suppression apparatus according to claim 1, wherein the center frequency correction amount depends on a product of an input signal and an output signal of the variable filter. 前記修正演算部は、前記可変フィルタの入力信号及び出力信号の少なくとも一方から生成された補正係数により前記中心周波数修正量を補正することにより、前記可変フィルタへの入力信号の振幅の前記中心周波数修正量への影響を緩和することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の共振抑制装置The correction calculation unit corrects the center frequency correction amount by a correction coefficient generated from at least one of the input signal and the output signal of the variable filter, thereby correcting the center frequency of the amplitude of the input signal to the variable filter. 4. The resonance suppression device according to claim 1, wherein an influence on the amount is reduced. 前記修正演算部は、前記中心周波数修正量と前記補正係数との積に依存する補正済修正量を演算し、当該補正済修正量に基づき前記中心周波数を更新し、
前記補正係数は、前記可変フィルタの入力信号の二乗、出力信号の二乗、及び入力信号と出力信号との積の絶対値のうちいずれかに反比例することを特徴とする請求項4に記載の共振抑制装置
The correction calculation unit calculates a corrected correction amount depending on a product of the center frequency correction amount and the correction coefficient, and updates the center frequency based on the corrected correction amount.
5. The resonance according to claim 4, wherein the correction coefficient is inversely proportional to any one of a square of an input signal of the variable filter, a square of an output signal, and an absolute value of a product of the input signal and the output signal. Suppression device .
前記固有振動数成分を含む帯域を抽出して前記可変フィルタへの入力信号を生成する抽出部をさらに備えることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の共振抑制装置The resonance suppression device according to claim 1, further comprising an extraction unit that extracts a band including the natural frequency component and generates an input signal to the variable filter. 電動機を備える制御対象に生じ得る共振を抑制する共振抑制方法であって、
前記電動機への速度指令に対する検出速度の誤差に基づき前記電動機へのトルク指令信号を速度制御部により生成することと、
前記速度制御部への入力信号、当該入力信号を生成するための信号、及び前記トルク指令信号のいずれかを適応ノッチフィルタへの入力として前記適応ノッチフィルタから出力信号を出力することと、
前記出力信号に含まれる当該制御対象の固有振動数成分を抑制するためのノッチフィルタの中心周波数を更新することと、を備え、
前記適応ノッチフィルタは、前記ノッチフィルタと、該ノッチフィルタとは異なる可変フィルタと、を備え、
前記更新することは、
前記可変フィルタへの入力信号の周波数と中心周波数の現在値との大小関係に対応する位相特性を有する前記可変フィルタにより、前記制御対象の制御出力に由来する前記可変フィルタへの入力信号に対しフィルタ処理をすることと
前記大小関係に応じて中心周波数修正量の平均値の符号が決定されるように前記可変フィルタの入力信号及び出力信号を用いて定義された中心周波数修正量を演算することと、を含むことを特徴とする方法。
A resonance suppression method for suppressing resonance that can occur in a controlled object including an electric motor,
Generating a torque command signal to the motor based on a detected speed error with respect to the speed command to the motor by a speed control unit;
Outputting an output signal from the adaptive notch filter with any one of an input signal to the speed control unit, a signal for generating the input signal, and the torque command signal as an input to the adaptive notch filter;
Updating the center frequency of the notch filter for suppressing the natural frequency component of the control target included in the output signal ,
The adaptive notch filter includes the notch filter and a variable filter different from the notch filter,
The updating is
By the variable filter having a corresponding phase characteristic magnitude relation between the current value of the frequency and the center frequency of the input signal to the variable filter, the filter for an input signal to the variable filter derived from the control output of the control object and to the processing,
In that it comprises, and computing the center frequency correction amount that has been defined using the input signal and the output signal of the variable filter as the sign of the average value of the center frequency correction amount is determined in accordance with the magnitude relationship Feature method.
電動機を備える制御対象に生じ得る共振を抑制する共振抑制装置であって、
前記電動機への速度指令に対する検出速度の誤差に基づき前記電動機へのトルク指令信号を生成する速度制御部と、
前記速度制御部への入力信号、当該入力信号を生成するための信号、及び前記トルク指令信号のいずれかを入力として出力信号を出力する適応ノッチフィルタと、を備え、
前記適応ノッチフィルタは、
中心周波数を変更可能であるノッチフィルタと、
前記中心周波数の現在値を含む局所周波数領域において単調に変化する位相特性と、前記現在値にピークをもつ振幅特性とを有する可変フィルタと、
前記ノッチフィルタにより抑制されるべき周波数成分を含む入力信号を前記可変フィルタにより処理した出力信号に依存する中心周波数修正量であって、前記局所周波数領域を包含する広帯域において平均値が直線的に変化する中心周波数修正量を演算し、該中心周波数修正量に基づき前記中心周波数を更新する修正演算部と、を備えることを特徴とする共振抑制装置
A resonance suppression device that suppresses resonance that may occur in a controlled object including an electric motor,
A speed control unit that generates a torque command signal to the motor based on an error in a detected speed with respect to a speed command to the motor;
An adaptive notch filter that outputs an input signal to the speed control unit, a signal for generating the input signal, and an output of the torque command signal as an input, and
The adaptive notch filter is
A notch filter whose center frequency can be changed;
A variable filter having a phase characteristic monotonously changing in a local frequency region including a current value of the center frequency, and an amplitude characteristic having a peak in the current value;
A center frequency correction amount depending on an output signal obtained by processing the input signal including the frequency component to be suppressed by the notch filter by the variable filter, and an average value linearly changes in a wide band including the local frequency region. resonance suppression apparatus, characterized in that it comprises calculating the center frequency correction amount, and the modification calculator for updating the center frequency based on said center frequency correction amount, the for.
電動機を備える制御対象に生じ得る共振を抑制する共振抑制方法であって、
前記電動機への速度指令に対する検出速度の誤差に基づき前記電動機へのトルク指令信号を速度制御部により生成することと、
前記速度制御部への入力信号、当該入力信号を生成するための信号、及び前記トルク指令信号のいずれかを適応ノッチフィルタへの入力として前記適応ノッチフィルタから出力信号を出力することと、
前記適応ノッチフィルタの中心周波数を更新することと、を備え、
前記適応ノッチフィルタは、前記出力信号を出力するノッチフィルタと、該ノッチフィルタとは異なる可変フィルタと、を備え、
前記更新することは、
前記中心周波数の現在値を含む局所周波数領域において単調に変化する位相特性と、前記現在値にピークをもつ振幅特性と、を有する前記可変フィルタにより、前記適応ノッチフィルタで抑制すべき周波数成分を含む入力信号に対しフィルタ処理をすることと
前記可変フィルタの出力信号に依存し、かつ前記局所周波数領域を包含する広帯域において平均値が直線的に変化する中心周波数修正量を演算することと、を含むことを特徴とする方法。
A resonance suppression method for suppressing resonance that can occur in a controlled object including an electric motor,
Generating a torque command signal to the motor based on a detected speed error with respect to the speed command to the motor by a speed control unit;
Outputting an output signal from the adaptive notch filter with any one of an input signal to the speed control unit, a signal for generating the input signal, and the torque command signal as an input to the adaptive notch filter;
And a updating the center frequency of the adaptive notch filter,
The adaptive notch filter includes a notch filter that outputs the output signal, and a variable filter different from the notch filter,
The updating is
By the variable filter having a phase characteristic that varies monotonically at a local frequency region including the current value of the center frequency, and an amplitude characteristic having a peak to said current value, including a frequency component to be suppressed by the adaptive notch filter the method comprising filtering the input signal,
Wherein the including, and said depending on the output signal of the variable filter, and the average value in a broadband including the local frequency region for calculating the center frequency correction amount that varies linearly.
JP2010003623A 2010-01-12 2010-01-12 Resonance suppression device and resonance suppression method Active JP5467874B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010003623A JP5467874B2 (en) 2010-01-12 2010-01-12 Resonance suppression device and resonance suppression method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010003623A JP5467874B2 (en) 2010-01-12 2010-01-12 Resonance suppression device and resonance suppression method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011145726A JP2011145726A (en) 2011-07-28
JP5467874B2 true JP5467874B2 (en) 2014-04-09

Family

ID=44460553

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010003623A Active JP5467874B2 (en) 2010-01-12 2010-01-12 Resonance suppression device and resonance suppression method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5467874B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5757842B2 (en) * 2011-10-19 2015-08-05 住友重機械工業株式会社 Resonance suppression device and resonance suppression method
CN103701392B (en) * 2013-12-17 2016-01-20 华中科技大学 A kind of current harmonics bucking-out system based on adaptive notch filter

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3975812B2 (en) * 2001-08-17 2007-09-12 株式会社安川電機 Resonant frequency detection device for motor control device
JP4311043B2 (en) * 2003-03-12 2009-08-12 パナソニック株式会社 Electric motor control device
EP2253066B1 (en) * 2008-03-10 2016-05-11 Spero Devices, Inc. Method, system, and apparatus for wideband signal processeing

Also Published As

Publication number Publication date
JP2011145726A (en) 2011-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4879173B2 (en) Electric motor control device
JP5757842B2 (en) Resonance suppression device and resonance suppression method
KR101841134B1 (en) Dynamometer control device and method for estimating moment of inertia using same
JP5899547B2 (en) Electric motor control device
JP6119872B2 (en) Motor control device
WO2007138758A1 (en) Servo controller
JP5326429B2 (en) Electric motor pulsation suppression device
WO2011148623A1 (en) Motor control apparatus
CN114223129B (en) Motor control device and automatic adjustment method thereof
KR102165991B1 (en) Motor control unit
JP2012108610A (en) Resonance suppression device and resonance suppression method
WO2012056868A1 (en) Electric motor control device
JP5467874B2 (en) Resonance suppression device and resonance suppression method
JP2015170208A (en) Control device, control method and control program
JP5425044B2 (en) Adaptive notch filter and parameter adjustment method for notch filter
JP2012005269A (en) Controller and control method for torque ripple suppression of rotary electric machine
CN111684708B (en) Control device for motor
JP4569514B2 (en) Adaptive notch filter
JP2012019370A (en) Adaptive notch filter, and method of adjusting parameters of notch filter
JP4687418B2 (en) Motor control device
WO2018163281A1 (en) Electric power steering apparatus and electric power steering control method
WO2023276198A1 (en) Motor control device
JP5805016B2 (en) Motor control device
JP2012019371A (en) Adaptive notch filter and method for adjusting notch filter parameter
JP2005245088A (en) Motor controller

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120517

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130604

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130730

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140128

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140128

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5467874

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150