JP5572216B2 - Reference signal generating apparatus, reference signal generating method, and information communication system - Google Patents
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Description
本発明は、GNSS(Global Navigation Satellite System)衛星などから送信されたリファレンス信号に同期して精度の高い1PPS(Pulse Per Second)信号または周波数信号を出力する基準信号発生装置、基準信号発生方法、およびそれを利用した情報通信システムに関する。 The present invention relates to a reference signal generating apparatus, a reference signal generating method for outputting a highly accurate 1 PPS (Pulse Per Second) signal or frequency signal in synchronization with a reference signal transmitted from a Global Navigation Satellite System (GNSS) satellite, and the like, and The present invention relates to an information communication system using the same.
現在、一般に普及している地上デジタル放送や移動体通信などの情報通信システムでは、通信データの多重化技術が用いられており、例えば、時分割多重接続(TDMA)や周波数分割多重接続(FDMA)が用いられている。このような情報通信システムにおいて、通信タイミングや通信周波数を同期するために、基準となる共通な1秒間隔のタイミング信号(1PPS信号)や10MHzの周波数信号を出力する基準信号発生装置が必要となる。 Currently, communication data multiplexing techniques are used in information communication systems such as terrestrial digital broadcasting and mobile communication, which are widely used, for example, time division multiple access (TDMA) or frequency division multiple access (FDMA). Is used. In such an information communication system, in order to synchronize the communication timing and communication frequency, a reference signal generator that outputs a reference timing signal (1 PPS signal) at a common interval of 1 second and a frequency signal of 10 MHz is required. .
特許文献1に記載の基準信号発生装置は制御方式にI−P制御を用い、1PPS信号および周波数信号をGNSS衛星から送信されるリファレンス信号に追従させる。この時、I−P制御における伝達関数GMは(数1)に示す二項係数標準形モデルを参照して決定される。
(数1)は、ステップ応答においてオーバーシュートが発生しないようなモデルである。さらに、このステップ応答は1PPS信号とリファレンス信号とのタイミング誤差(以下、追従誤差と記載する)に一致する。したがって、数1のモデルを満足するようにI−P制御の伝達関数を決定することで、オーバーシュートの発生しない所望な制御を定量的に行うことができる。
(Equation 1) is a model in which no overshoot occurs in the step response. Further, this step response coincides with a timing error between the 1PPS signal and the reference signal (hereinafter referred to as a tracking error). Therefore, by determining the transfer function of the IP control so as to satisfy the model of
ここで、特許文献1に記載の基準信号発生装置では、(数1)のモデルにおける固有値ω0を数2のように決定している。
fpeakは引き込み時(過渡応答時)の周波数信号の偏差が最大となる値を表し、基準信号発生装置が具備されるシステムが許容できる範囲内で予め設定される。e0は制御開始時の追従誤差、つまり追従誤差の初期値を表す。f peak represents a value at which the deviation of the frequency signal at the time of pull-in (at the time of transient response) becomes maximum, and is set in advance within a range that can be tolerated by the system provided with the reference signal generator. e 0 represents the tracking error at the start of control, that is, the initial value of the tracking error.
固有値ω0は、fpeakがシステムの制約条件などで設定されると、追従誤差の初期値e0のみによって決定される値となる。したがって、固有値ω0は追従誤差の初期値e0が大きくなるにつれて、反比例の関係で小さくなるような性質を持つ。The eigenvalue ω 0 is a value determined only by the initial value e 0 of the tracking error when f peak is set by a system constraint or the like. Therefore, the eigenvalue omega 0 is as the initial value e 0 of the tracking error becomes large, with a small becomes such properties in an inverse relationship.
しかしながら、数1のモデルは、固有値ω0が小さくなるにつれて整定時間が長くなるような特徴を有している。つまり、追従誤差の初期値e0が大きくなるにつれて整定時間は長くなってしまう。なお、追従誤差と整定時間は、図8に示すように比例関係にある。図8の横軸は制御開始からの経過時間を、縦軸は追従誤差を表し、追従誤差が0となるまでの時間が整定時間である。However, the model of Formula 1 has a characteristic that the settling time becomes longer as the eigenvalue ω 0 becomes smaller. That is, the settling time as the initial value e 0 of the tracking error becomes large becomes long. The tracking error and the settling time are in a proportional relationship as shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 8 represents the elapsed time from the start of control, the vertical axis represents the tracking error, and the time until the tracking error becomes zero is the settling time.
そこで本発明は、追従誤差の初期値e0が大きくなった場合でも、オーバーシュートの発生しない所望な制御を定量的に行いつつ、従来の整定時間よりも短い時間でリファレンス信号に追従させることのできる基準信号発生装置を提供することを目的とする。また、引き込み速度をより早くすることができる基準信号発生装置を提供することを目的とする。Therefore, the present invention makes it possible to follow the reference signal in a shorter time than the conventional settling time while quantitatively performing desired control without occurrence of overshoot even when the initial value e 0 of the tracking error becomes large. It is an object of the present invention to provide a reference signal generator that can be used. It is another object of the present invention to provide a reference signal generator that can increase the pull-in speed.
前記課題を解決するために本発明における基準信号発生装置は、リファレンス信号と時刻信号とを比較し追従誤差を出力する比較部と、固有値を有する二項係数標準形モデルを用いたI−P制御における操作量を前記追従誤差に基づいて算出する制御部と、前記操作量に応じて発振し周波数信号を出力する発振部と、前記周波数信号に基づいて前記時刻信号を出力する検出部とを備え、前記制御部は、前記比較部より出力された前記追従誤差に応じて前記固有値を更新することを特徴とする。特に、前記制御部は、前記追従誤差が小 さいほど前記固有値を大きく設定することを特徴とする。
In order to solve the above problems, a reference signal generator according to the present invention compares a reference signal with a time signal and outputs a tracking error, and performs IP control using a binomial coefficient standard model having an eigenvalue. A control unit that calculates an operation amount based on the tracking error, an oscillation unit that oscillates according to the operation amount and outputs a frequency signal, and a detection unit that outputs the time signal based on the frequency signal. The control unit updates the eigenvalue according to the follow-up error output from the comparison unit. In particular, the control unit, characterized in that the tracking error is larger the eigenvalues as small again.
このように前記二項係数標準形モデルにおける固有値を逐次更新させることにより、オーバーシュートの発生しない所望な制御を定量的に行いつつ、従来の整定時間よりも短い時間で時刻信号または周波数信号をリファレンス信号に追従させることができる。 In this way, by sequentially updating the eigenvalues in the binomial coefficient standard model, it is possible to reference the time signal or frequency signal in a shorter time than the conventional settling time while quantitatively performing desired control without overshoot. The signal can be tracked.
さらに、前述の基準信号発生装置が備える制御部は、前記比較部より出力された前記追従誤差に応じて前記固有値を更新し、前記固有値が前記所定値以上のとき、該固有値に該所定値を与えることを特徴とする。特に、前記所定値は、ステップ応答の安定限界値であることを特徴とする。言い換えれば、前記所定値は、前記I−P制御のステップ応答の立ち上がり期間において、サンプリング点数が少なくとも5点は得られる該I−P制御の時定数に基づく値であることを特徴とする。 Further, the control unit included in the reference signal generator described above updates the eigenvalue in accordance with the tracking error output from the comparison unit, and when the eigenvalue is equal to or greater than the predetermined value, the predetermined value is set to the eigenvalue. It is characterized by giving. In particular, the predetermined value is a stability limit value of a step response. In other words, the predetermined value is a value based on a time constant of the IP control in which at least five sampling points are obtained in the rising period of the step response of the IP control.
このように固有値が所定値以上の値をとらないように、つまり固有値に最大値を設けることにより、振動的な応答の発生を防ぐことができる。 In this way, it is possible to prevent the occurrence of a vibration response by preventing the eigenvalue from taking a value greater than or equal to a predetermined value, that is, by providing a maximum value for the eigenvalue.
さらに、前述の基準信号発生装置が備える制御部は、周波数最大偏差が許容値以下となるように前記I−P制御方式におけるI動作の伝達関数を所定倍することを特徴とする。特に、前記制御部は、前記I動作の伝達関数に制御開始時に制約条件として設定する周波数偏差と予め算出した周波数偏差の最大値との比を乗ずることを特徴とする。 Further, the control unit included in the above-described reference signal generation device is characterized in that the transfer function of the I operation in the IP control method is multiplied by a predetermined value so that the maximum frequency deviation is not more than an allowable value. In particular, the control unit multiplies the transfer function of the I operation by a ratio between a frequency deviation set as a constraint condition at the start of control and a previously calculated maximum value of the frequency deviation.
このようにI動作の伝達関数を補正することにより、周波数偏差の最大値を補正することができ、基準信号発生装置が具備されるシステム等における許容値内に周波数偏差を留めることができる。 By correcting the transfer function of the I operation in this way, the maximum value of the frequency deviation can be corrected, and the frequency deviation can be kept within an allowable value in a system or the like provided with the reference signal generator.
さらに、前述の基準信号発生装置は、前記追従誤差のゼロクロスが所定期間中に所定回数を超えたとき定常状態を検出する定常状態検出部をさらに備え、前記制御部は、前記定常状態検出部が定常状態を検出したとき、前記二項係数標準形モデルにおける固有値に定常値を与えることを特徴とする。 The reference signal generator further includes a steady state detection unit that detects a steady state when the zero crossing of the tracking error exceeds a predetermined number of times during a predetermined period, and the control unit includes the steady state detection unit. When a steady state is detected, a steady value is given to the eigenvalue in the binomial coefficient standard model.
このように定常状態を検出するとともに定常状態用の制御に切り替えることにより、整定時間短縮などを目的とする即応性重視の制御から、リファレンス信号への追従精度向上などを目的とする安定性重視の制御へと適確に移行することができる。 By detecting the steady state and switching to the control for the steady state in this way, from the control that emphasizes responsiveness for the purpose of shortening the settling time, etc. It is possible to shift to control accurately.
また、前記課題を解決するために本発明における基準信号発生方法は、リファレンス信号と時刻信号とを比較し追従誤差を出力するステップと、固有値を有する二項係数標準形モデルを用いたI−P制御における操作量を前記追従誤差に基づいて算出するステップと、前記操作量に応じて発振し周波数信号を出力発振するステップと、前記周波数信号に基づいて前記時刻信号を出力するステップとからなり、前記追従誤差に応じて前記固有値を更新することを特徴とする。特に、前記追従誤差が小さいほど前記固有値を大きく設定す ることを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, a reference signal generation method according to the present invention includes a step of comparing a reference signal and a time signal and outputting a tracking error, and an IP using a binomial coefficient standard model having an eigenvalue. A step of calculating an operation amount in control based on the follow-up error, a step of oscillating according to the operation amount and outputting a frequency signal, and a step of outputting the time signal based on the frequency signal . and updates the eigenvalues according to prior Symbol tracking error. In particular, it characterized that you set larger the eigenvalues as the tracking error is small.
また、本発明における情報通信システムは、前述の基準信号発生装置から出力された前記時刻信号または周波数信号に基づいて、通信タイミングまたは通信周波数が同期されたことを特徴とする。 The information communication system according to the present invention is characterized in that communication timing or communication frequency is synchronized based on the time signal or frequency signal output from the reference signal generator.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図1は、本実施の形態による基準信号発生装置10の主要構成を示すブロック図である。図1に示すように、基準信号発生装置10は、受信部11と、比較部12と、制御部13と、発振部14と、検出部15とを備える。本実施例の制御系はI−P制御を行うフィードバック制御であり、受信部11から出力される値が目標値r(後述のリファレンス信号)、比較部12から出力される値が追従誤差e、制御部13から出力される値が操作量u、制御対象である発振部14を介して検出部15から出力される値が制御量y(後述の1PPS信号)である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of a reference signal generator 10 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the reference signal generator 10 includes a
受信部11は、アンテナ(図示なし)がGNSS衛星から受信した電波に含まれる測位用信号に基づいて、リファレンス信号としての高精度な1PPS信号を生成し、比較部12に出力する。
The receiving
比較部12は、前回のサイクルにより検出部15から出力された1PPS信号と、今回のサイクルにより受信部11から出力されたリファレンス信号とを比較し、それらのタイミング誤差(位相差)である追従誤差eを制御部13に出力する。
The
制御部13は、比較部12から出力された追従誤差eを入力量として操作量uを算出する。具体的には、制御部13はI−P制御方式により操作量uを算出し、I−P制御方式における各伝達関数は、3次の二項係数標準形をモデルとして部分的モデルマッチング法により算出される。この算出方法の詳細は後述する。
The
なお、I−P制御とはいわゆる比例先行型PI制御であり、通常のPI制御と異なり、検出部15から出力された制御量yがP動作の入力量yとして与えられるといった特徴がある。ここで、P動作の入力量yには、微小時間変動に対してほぼ一定とみなせるような誤差が含まれている。そこで、制御部13はP動作への入力量yを、離散手段を用いて入力量の変化分Δyを逐次加算することにより求める(インクリメント方式)。このようにすることで、上述のような誤差に影響されない入力量yを算出することができ、誤差の小さな操作量uを求めることができる。この離散手段については、特許文献1に記載の内容と同一であり、詳細な説明は省略する。
Note that the IP control is so-called proportional preceding PI control, and has a feature that the control amount y output from the
入力信号に対する発振部14の応答特性はその種類に応じて決まっている。つまり、発振部14の時定数はその種類によって一意に固定される。しかしながら、制御対象の時定数が固定であれば、後述するように本実施の形態で用いる二項係数標準形モデルとのマッチングを行うことができない。そこで、制御部13は任意な時定数Tを与えることができ、制御対象である発振部14の応答に寄与する一次遅れフィルタを備えている。このようにすることで、制御対象である発振部14の時定数に左右されることなく、二項係数標準形モデルとのマッチングをすることができるようになる。
The response characteristics of the oscillating
発振部14は、例えば、VCO(Voltage Controlled Oscillator)である。発振部14は、制御部13から出力された操作量uに基づく周波数で発振し、周波数10MHzなどの周波数信号を地上デジタル放送の送信所や移動体通信の基地局等および検出部15に出力する。なお、基準信号発生装置10では、入力信号に対する応答速度が十分に速い発振部14を用いるため、発振部14の時定数は無視することができる。
The
検出部15は、発振部14から出力された周波数信号に基づいて時刻信号を検出し、この時刻信号を地上デジタル放送の送信所や移動体通信の基地局、および比較部12に出力する。特に、時刻信号は1秒間隔のタイミングパルスから成る1PPS信号である。
The detecting
以下、部分的モデルマッチング法による制御部13における各伝達関数の算出方法について図2を参照しながら説明する。
Hereinafter, a method of calculating each transfer function in the
基準信号発生装置10の制御処理を表すブロック線図を図2に示す。図2におけるrはこの制御系における目標値を表し、受信部11から出力されるリファレンス信号である。また、yは制御量を表し、発振部14から出力される周波数信号の偏差(以下、周波数偏差と記載する)Δfを積分した関係にある1PPS信号である。eは比較部12により求められる追従誤差を表し、目標値rと制御量yの差、つまりリファレンス信号のタイミングと1PPS信号のタイミングとの時間差である。uは制御部13により求められる操作量である。
A block diagram showing the control processing of the reference signal generator 10 is shown in FIG. In FIG. 2, r represents a target value in this control system and is a reference signal output from the receiving
制御部13におけるP動作の伝達関数はKP、制御部13におけるI動作の伝達関数はKi/s、制御部13における一次遅れフィルタの伝達関数は1/(T1S+1)、発振部14の伝達関数は1、検出部15の伝達関数は1/Sである。The transfer function of the P operation in the
図2に示す制御系において、目標値rから制御量yの伝達関数Gyrは(数3)で与えられる。
次に、部分的モデルマッチング法における伝達関数のモデルとして、3次の二項係数標準形である(数4)((数1)に同じ)を与える。
この(数4)のモデルは、ステップ応答においてオーバーシュートが発生しない特徴を持つ。さらに、固有値ω0の値が大きくなるにつれて、整定時間は短く、周波数偏差の最大値は大きくなるような特徴を有している。なお、(数4)のステップ応答は追従誤差eの応答に一致し、(数4)のインパルス応答は周波数偏差Δfの応答に一致する。The model of (Equation 4) has a feature that no overshoot occurs in the step response. Further, as the value of the eigenvalue ω 0 becomes larger, the settling time is shorter and the maximum value of the frequency deviation is larger. Note that the step response of (Equation 4) matches the response of the tracking error e, and the impulse response of (Equation 4) matches the response of the frequency deviation Δf.
(数3)と(数4)とを次元毎に比較しKiとKpについて解くことにより、(数5)と(数6)を導くことができる。
ここで、基準信号発生装置10の制御系において、周波数偏差Δfの応答は、1PPS信号の応答を微分したもの、つまり(数4)のステップ応答を微分したものに等しい。したがって、追従誤差eに対する周波数信号の応答は(数7)のように表すことができる。
そして、(数7)に(数4)を代入し、Δf(t)が最大となる値fPEAKを求めると、t=2/ω0のときに最大となり、(数8)を導くことができる。
(数8)において、fPEAKに基準信号発生装置10が具備されるシステム等によって決定される周波数偏差の制約条件が与えられると、固有値ω0は制御開始時の追従誤差e0に基づいて一意に決定される。In ( Equation 8), when f PEAK is subjected to a frequency deviation constraint determined by a system or the like provided with the reference signal generator 10, the eigenvalue ω 0 is unique based on the tracking error e 0 at the start of control. To be determined.
ところで、固有値ω0が大きい値ほど引き込み量が大きくなり、整定時間は短くなる。また、追従誤差が無くなるように制御を行うため、追従誤差は徐々に小さくなる。そこで、基準信号発生装置10では、固有値ω0を一定値でなく、サンプリングされた追従誤差e(t)に応じて更新されるような変数ω(e)とし、(数8)を変更した(数9)を用いる。
固有値ωが大きくなるほど整定時間は短くなるが、ステップ応答における立ち上がり時間も短くなるため、図3に示すように、立ち上がり時におけるサンプリング点が少なくなってしまう。図3において、縦軸はステップ応答を、横軸は経過時間を表す。なお、サンプリング周期は各固有値ωにおいて同一である。 As the eigenvalue ω is increased, the settling time is shortened, but the rise time in the step response is also shortened, so that the sampling points at the rise are reduced as shown in FIG. In FIG. 3, the vertical axis represents the step response, and the horizontal axis represents the elapsed time. Note that the sampling period is the same for each eigenvalue ω.
そして、固有値ω(e)がある一定値ωMAXを超えると、十分なサンプリング点が得られず振動的な応答が発生するようになってしまう。そこで、(数9)で求められる固有値ω(e)がωMAX以上となる場合、固有値はωMAXとなるように切り替える。When the eigenvalue ω (e) exceeds a certain value ω MAX , a sufficient sampling point cannot be obtained and a vibrational response occurs. Therefore, if the equation (9) sought eigenvalue omega (e) is omega MAX above, the eigenvalues are switched so that the omega MAX.
なお、固有値の最大値ωMAXはいわゆる安定限界値である。理論的には、ステップ応答における立ち上がり期間にサンプリング点が少なくとも5点は得られる値で設定することができる。他、予備実験やシミュレーションなどにより決定することもできる。ここで、最大値ωMAXの設定の際、理論的に当たりをつけてから予備実験により最大値ωMAXを決定することで、安定限界値に近い値を比較的容易に設定することができる。The maximum eigenvalue ω MAX is a so-called stability limit value. Theoretically, at least 5 sampling points can be set to values obtained during the rising period in the step response. In addition, it can be determined by preliminary experiments or simulations. Here, when the maximum value ω MAX is set, a value close to the stability limit value can be set relatively easily by theoretically determining the maximum value ω MAX by a preliminary experiment.
ここで、(数9)から(数10)を導くことができ、ωMAXに対応したeMAXを算出することができる。基準信号発生装置10では追従誤差e(t)が観測される値であるため、固有値ω(e)が固有値ωMAXを超えたか否かでなく、追従誤差e(t)がeMAXを超えたか否かを判断するようにしてもよい。
上述のように決定した固有値ω(e)に基づいて、(数5)および(数6)に示す関係式(ω0はω(e)に変更される)から各伝達関数を決定することができる。Based on the eigenvalue ω (e) determined as described above, each transfer function can be determined from the relational expression shown in (Equation 5) and (Equation 6) (ω 0 is changed to ω (e)). it can.
次に、シミュレーション結果を図4に示す。図4(A)は追従誤差の時間経過を表し、図4(B)は周波数偏差の時間経過を表し、図4(C)は固有値ω(e)の時間経過を表す。また、従来の制御は特許文献1に記載されている制御であり、シミュレーション結果は点線で表されている。基準信号発生装置10のシミュレーション結果は実線で表されている。
Next, a simulation result is shown in FIG. 4A shows the time course of the tracking error, FIG. 4B shows the time course of the frequency deviation, and FIG. 4C shows the time course of the eigenvalue ω (e). Further, the conventional control is the control described in
シミュレーションの初期条件として、制御開始時の追従誤差は6×10−6[sec]であり、許容される周波数偏差、つまり制約条件として与える周波数偏差fPEAKは3×10−8[10MHz]である。また、固有値の最大値は0.123である。As an initial condition of the simulation, the tracking error at the start of control is 6 × 10 −6 [sec], and the allowable frequency deviation, that is, the frequency deviation f PEAK given as a constraint condition is 3 × 10 −8 [10 MHz]. . The maximum eigenvalue is 0.123.
図4(A)からわかるように、従来(特許文献1)の制御において、追従誤差が0となり安定するまでの時間(整定時間)は約600秒である。対して、本実施の形態による制御の整定時間は約300秒である。図4(A)より、従来通りのオーバーシュートがないなどの効果を享受しつつ、従来よりも半分以下の時間でリファレンス信号に追従できていることがわかる。 As can be seen from FIG. 4A, in the conventional control (Patent Document 1), the time until the tracking error becomes 0 and stabilizes (settling time) is about 600 seconds. On the other hand, the settling time of the control according to the present embodiment is about 300 seconds. From FIG. 4A, it can be seen that the reference signal can be tracked in less than half the time compared with the prior art while enjoying the effects such as no conventional overshoot.
ここで、図4(B)からわかるように、本実施の形態の制御では固有値をサンプリングされた追従誤差に応じて更新するため、結果的に周波数偏差の最大値が制約条件fPEAKを超えてしまう。そして、周波数偏差の制約条件fPEAKを基準信号発生装置10が具備されるシステムにおける許容値と等しくしたときなど、周波数偏差がfPEAKを超えることが許されない場合がある。このような場合、周波数偏差の応答に関与するI動作の伝達関数を調整することで、周波数偏差の最大値が許容値を超えないように補正することができる。Here, as can be seen from FIG. 4B, in the control of the present embodiment, the eigenvalue is updated according to the sampled tracking error. As a result, the maximum value of the frequency deviation exceeds the constraint condition f PEAK. End up. Then, the frequency deviation may not be allowed to exceed f PEAK, for example, when the frequency deviation constraint condition f PEAK is made equal to the allowable value in the system in which the reference signal generator 10 is provided. In such a case, it is possible to correct the maximum value of the frequency deviation so as not to exceed the allowable value by adjusting the transfer function of the I operation related to the response of the frequency deviation.
具体的には、(数11)のように、制約条件fPEAKと周波数偏差の最大値fMAXとの比をI動作の伝達関数Kiに乗ずる。
この補正後の伝達関数Kimodを用いて制御したときのシミュレーション結果を図5に示す。シミュレーションの初期条件等は図4で示したものと同様である。図5(B)から、周波数偏差の最大値fMAXが、制約条件fPEAKに等しくなるように制御できていることがわかる。また、整定時間は約350秒と、伝達関数Kiの補正前よりは若干長くなるものの、従来の制御よりは半分程の時間であることがわかる。FIG. 5 shows a simulation result when the control is performed using the corrected transfer function K imod . The initial conditions of the simulation are the same as those shown in FIG. From FIG. 5B, it can be seen that the maximum value f MAX of the frequency deviation can be controlled to be equal to the constraint condition f PEAK . Further, it can be seen that the settling time is about 350 seconds, which is a little longer than before the correction of the transfer function K i , but about half that of the conventional control.
また、図4および図5とは異なる条件でシミュレーションを行った結果を図6に示す。図4および図5は、1PPS信号とリファレンス信号とがズレている場合からのシミュレーション結果であるのに対し、図6は、1PPS信号に加え周波数信号もズレている場合からのシミュレーション結果である。 Moreover, the result of having performed simulation on the conditions different from FIG. 4 and FIG. 5 is shown in FIG. 4 and 5 show simulation results when the 1PPS signal and the reference signal are shifted, whereas FIG. 6 shows simulation results when the frequency signal is shifted in addition to the 1PPS signal.
図6から、従来(特許文献1)の制御では整定時間が約500秒であるのに対して、本実施の形態による制御では整定時間が約350秒と短くなっていることがわかる。また、従来通りのオーバーシュートがないなどの効果も享受できている。 6 that the settling time is about 500 seconds in the conventional control (Patent Document 1), whereas the settling time is shortened to about 350 seconds in the control according to the present embodiment. In addition, an effect such as no conventional overshoot can be enjoyed.
次に、基準信号発生装置10がリファレンス信号に同期したことを検出する方法、すなわち定常状態を検出する方法、および定常状態における制御方法について説明する。 Next, a method for detecting that the reference signal generator 10 is synchronized with the reference signal, that is, a method for detecting the steady state, and a control method in the steady state will be described.
基準信号発生装置10の実機において、追従誤差が小さくなればなるほどゼロクロスの発生頻度は高くなる。また、確度0を中心に正規分布するリファレンス信号に対して1PPS信号が精度よく追従しているとき、ゼロクロスの発生頻度は高い。そこで、追従誤差のゼロクロスが一定期間内に所定回数を超えたとき、定常状態を検出する。このようにすることで、定常状態になったか否かを判定することができる。また、ゼロクロスを判断材料としているため、定常偏差が加わった状態で安定しているような応答を定常状態として誤検出することを防ぐことができる。なお、この判定は、追従誤差を移動平均した値のゼロクロスに基づいてもよく、また追従誤差の代わりに周波数偏差を用いてもよい。 In the actual machine of the reference signal generator 10, the frequency of occurrence of zero crossing increases as the tracking error decreases. Further, when the 1PPS signal accurately follows the reference signal that is normally distributed with accuracy 0 as the center, the frequency of occurrence of zero crossing is high. Therefore, when the tracking error zero cross exceeds a predetermined number of times within a certain period, the steady state is detected. By doing in this way, it can be determined whether it became the steady state. In addition, since the zero cross is used as a determination material, it is possible to prevent erroneous detection as a steady state from a response that is stable in a state where a steady deviation is added. This determination may be based on the zero cross of the moving average value of the tracking error, or a frequency deviation may be used instead of the tracking error.
そして、定常状態を検出したとき、制御部13の時定数が長くなるように固有値を所定値ωSTEADYに変更する。これにより、整定時間短縮などを目的とする即応性重視の制御から、リファレンス信号への追従精度向上などを目的とする安定性重視の制御へと適確に移行することができる。When the steady state is detected, the eigenvalue is changed to the predetermined value ω STEADY so that the time constant of the
次に、追従誤差に応じて更新する固有値を所定倍した場合のシミュレーション結果を図7に示す。図7で示したシミュレーション結果の初期条件において、図4で示したシミュレーションと異なる初期条件は、周波数偏差および固有値の最大値である。周波数偏差fPEAKは3×10−9[10MHz]であり、固有値の最大値は0.092である。Next, FIG. 7 shows a simulation result when the eigenvalue to be updated according to the tracking error is multiplied by a predetermined value. In the initial condition of the simulation result shown in FIG. 7, the initial condition different from the simulation shown in FIG. 4 is the maximum value of the frequency deviation and the eigenvalue. The frequency deviation f PEAK is 3 × 10 −9 [10 MHz], and the maximum eigenvalue is 0.092.
図7で示すシミュレーションにおいて、固有値は(数9)で算出される値を4倍している。また、固有値ω(e)を固有値ωMAXへ切り替えるための判定は、(数10)で算出されるeMAXを4倍した値と追従誤差e(t)とを比較することで行っている。さらに、周波数偏差の最大値が許容値を超えないようにするための(数11)で算出される補正後の伝達関数Kimodは1/4倍している。In the simulation shown in FIG. 7, the eigenvalue is four times the value calculated in (Equation 9). The determination for switching eigenvalue omega (e) a to eigenvalues omega MAX is done by comparing the following 4 times the value of e MAX calculated by (Equation 10) the error e (t). Furthermore, the corrected transfer function K imod calculated by ( Expression 11) for preventing the maximum value of the frequency deviation from exceeding the allowable value is multiplied by ¼.
図7から、従来(特許文献1)の制御では整定時間が約6000秒であるのに対して、本実施の形態による制御では整定時間が約3000秒と短くできていることがわかる。また、周波数偏差を許容値まで急峻に立ち上げるとともに、許容値からも急峻に立ち下げることができている。周波数偏差が大きいということは、引き込み速度が早いということと同意とみなせるため、追従誤差の引き込み速度をより極限まで早くできていることがわかる。 From FIG. 7, it can be seen that the settling time is about 6000 seconds in the conventional control (Patent Document 1), whereas the settling time is shortened to about 3000 seconds in the control according to the present embodiment. In addition, the frequency deviation can be steeply raised to an allowable value and can be sharply lowered from the allowable value. The fact that the frequency deviation is large can be regarded as an agreement with the fact that the pull-in speed is high, and it can be seen that the pull-in speed of the tracking error can be made as fast as possible.
このように固有値ω(e)を所定倍することにより、引き込み速度をより早くできることがわかる。なお、この特徴は周波数偏差の許容値(制約条件)が小さいときほど顕著に表れる。 Thus, it can be seen that the pull-in speed can be increased by multiplying the eigenvalue ω (e) by a predetermined value. This feature appears more prominently when the allowable value (constraint condition) of the frequency deviation is smaller.
10 基準信号発生装置
11 受信部
12 比較部
13 制御部
14 発振部
15 検出部DESCRIPTION OF SYMBOLS 10
Claims (7)
固有値を有する二項係数標準形モデルを用いたI−P制御における操作量を前記追従誤差に基づいて算出する制御部と、
前記操作量に応じて発振し周波数信号を出力する発振部と、
前記周波数信号に基づいて前記時刻信号を出力する検出部とを備え、
前記制御部は、前記追従誤差が小さいほど前記固有値を大きく設定するとともに、周波数最大偏差が許容値以下となるように前記I−P制御におけるI動作の伝達関数を所定倍することを特徴とした基準信号発生装置。 A comparison unit that compares the reference signal and the time signal and outputs a tracking error;
A control unit that calculates an operation amount in the IP control using the binomial coefficient standard model having an eigenvalue based on the tracking error;
An oscillating unit that oscillates according to the operation amount and outputs a frequency signal;
A detection unit that outputs the time signal based on the frequency signal;
The control unit sets the eigenvalue to be larger as the follow-up error is smaller, and multiplies the transfer function of the I operation in the IP control by a predetermined value so that the maximum frequency deviation is less than or equal to an allowable value . Reference signal generator.
前記制御部は、制御開始時に制約条件として設定する周波数偏差と予め算出した周波数偏差の最大値との比を前記I動作の伝達関数に乗ずることで、前記I動作の伝達関数を所定倍することを特徴とする基準信号発生装置。 The reference signal generator according to claim 1 ,
Wherein the control unit, by multiplying the ratio of the maximum value of the frequency deviation which is calculated in advance with the frequency deviation to set as a constraint condition at the control start to the transfer function of the I operation, to a predetermined multiple of the transfer function of the I operation A reference signal generator.
前記追従誤差のゼロクロスが所定期間中に所定回数を超えたとき定常状態を検出する定常状態検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記定常状態検出部が定常状態を検出したとき、前記二項係数標準形モデルにおける固有値に定常値を与えることを特徴とした基準信号発生装置。 The reference signal generator according to claim 1 or 2 ,
A steady state detector that detects a steady state when the zero crossing of the tracking error exceeds a predetermined number of times during a predetermined period;
The reference signal generator according to claim 1, wherein the control unit gives a steady value to the eigenvalue in the binomial coefficient standard model when the steady state detection unit detects a steady state.
固有値を有する二項係数標準形モデルを用いたI−P制御における操作量を前記追従誤差に基づいて算出する制御部と、
前記操作量に応じて発振し周波数信号を出力する発振部と、
前記周波数信号に基づいて前記時刻信号を出力する検出部とを備え、
前記制御部は、
前記固有値が所定値未満のとき、前記追従誤差に応じて前記固有値を更新し、
前記固有値が前記所定値以上のとき、該固有値に該所定値を与え、
前記所定値は、前記I−P制御のステップ応答の立ち上がり期間において、サンプリング点数が少なくとも5点は得られる該I−P制御の時定数に基づく値であることを特徴とする基準信号発生装置。 A comparison unit that compares the reference signal and the time signal and outputs a tracking error;
A control unit that calculates an operation amount in the IP control using the binomial coefficient standard model having an eigenvalue based on the tracking error;
An oscillating unit that oscillates according to the operation amount and outputs a frequency signal;
A detection unit that outputs the time signal based on the frequency signal;
The controller is
When the eigenvalue is less than a predetermined value, update the eigenvalue according to the tracking error,
When the eigenvalue is equal to or greater than the predetermined value, the predetermined value is given to the eigenvalue;
The reference signal generator according to claim 1, wherein the predetermined value is a value based on a time constant of the IP control in which at least five sampling points are obtained in a rising period of the step response of the IP control.
固有値を有する二項係数標準形モデルを用いたI−P制御における操作量を前記追従誤差に基づいて算出するステップと、 Calculating an operation amount in the IP control using a binomial coefficient standard model having an eigenvalue based on the tracking error;
前記操作量に応じて発振し周波数信号を出力するステップと、 Oscillating according to the manipulated variable and outputting a frequency signal;
前記周波数信号に基づいて前記時刻信号を出力するステップとからなり、 And outputting the time signal based on the frequency signal,
前記追従誤差が小さいほど前記固有値を大きく設定するとともに、周波数最大偏差が許容値以下となるように前記I−P制御におけるI動作の伝達関数を所定倍することを特徴とする基準信号発生方法。 A reference signal generation method characterized in that the eigenvalue is set to be larger as the follow-up error is smaller, and the transfer function of the I operation in the IP control is multiplied by a predetermined value so that the maximum frequency deviation is less than an allowable value.
固有値を有する二項係数標準形モデルを用いたI−P制御における操作量を前記追従誤差に基づいて算出するステップと、
前記操作量に応じて発振し周波数信号を出力発振するステップと、
前記周波数信号に基づいて前記時刻信号を出力するステップとからなり、
前記固有値が所定値未満のとき、前記追従誤差に応じて前記固有値を更新し、
前記固有値が前記所定値以上のとき、該固有値に該所定値を与え、
前記所定値は、前記I−P制御のステップ応答の立ち上がり期間において、サンプリング点数が少なくとも5点は得られる該I−P制御の時定数に基づく値であることを特徴とする基準信号発生方法。 Comparing a reference signal and a time signal and outputting a tracking error;
Calculating an operation amount in the IP control using a binomial coefficient standard model having an eigenvalue based on the tracking error;
Oscillating according to the manipulated variable and oscillating a frequency signal;
And outputting the time signal based on the frequency signal,
When the eigenvalue is less than a predetermined value, update the eigenvalue according to the tracking error,
When the eigenvalue is equal to or greater than the predetermined value, the predetermined value is given to the eigenvalue;
The reference signal generation method according to claim 1, wherein the predetermined value is a value based on a time constant of the IP control in which at least five sampling points are obtained in a rising period of the step response of the IP control.
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