JP7096760B2 - Filter design device, vibration suppression device, filter design method and program - Google Patents

Filter design device, vibration suppression device, filter design method and program Download PDF

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Description

本発明は、振動波形の振動成分を除去するためのフィルタに重み係数を与えるフィルタ設計装置、フィルタ設計方法及びプログラム、並びに制御対象の振動を抑制する振動抑制装置に関する。 The present invention relates to a filter design device for giving a weighting coefficient to a filter for removing a vibration component of a vibration waveform, a filter design method and program, and a vibration suppression device for suppressing vibration of a controlled object.

サーボ制御装置運転中に発生する振動を検出し、振動から周波数成分の大きい周波数を抽出し、周波数が所定値より低い場合は振動抑制フィルタとして周波数以上の帯域を遮断するローパスフィルタを適用し、周波数が所定値以上の場合は振動抑制フィルタとして周波数近傍の帯域を遮断するノッチフィルタを適用し、ノッチフィルタを適用する場合には一旦ノッチフィルタのQ値を設定後、Q値を大きくしながら振動の抑制効果を確認し、適切なQ値を設定する振動抑制フィルタの設定方法は、知られている(例えば、特許文献1参照)。 The vibration generated during the operation of the servo control device is detected, the frequency with a large frequency component is extracted from the vibration, and if the frequency is lower than the predetermined value, a low-pass filter that cuts off the band above the frequency is applied as a vibration suppression filter, and the frequency. If is greater than or equal to a predetermined value, a notch filter that cuts off the band near the frequency is applied as a vibration suppression filter. A method for setting a vibration suppression filter that confirms the suppression effect and sets an appropriate Q value is known (see, for example, Patent Document 1).

特開2006-288113号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-288113

振動抑制フィルタとして周波数成分の大きい周波数近傍の帯域を遮断するノッチフィルタを適用した場合、振動波形の振動成分を完全に除去できない可能性がある。 When a notch filter that cuts off a band near a frequency having a large frequency component is applied as a vibration suppression filter, it may not be possible to completely remove the vibration component of the vibration waveform.

本発明の目的は、振動抑制フィルタとして周波数成分の大きい周波数近傍の帯域を遮断するノッチフィルタを適用した場合に比較して、振動波形の振動成分を完全に除去できる可能性を高めることにある。 An object of the present invention is to increase the possibility that the vibration component of the vibration waveform can be completely removed as compared with the case where a notch filter that cuts off a band near a frequency having a large frequency component is applied as a vibration suppression filter.

かかる目的のもと、本発明は、振動波形の振動成分を除去するためのフィルタであって、任意のN個(N≧2)の時点の振動波形の値の各値にN個の重み係数のうちの対応する重み係数を乗じて平均を算出するフィルタに対して、N個の重み係数を与えるフィルタ設計装置であって、振動波形から、各時系列データが各時系列データに対するN個の時点の振動波形の値を含むM個(M≧1)の時系列データを取得する取得手段と、取得手段により取得されたM個の時系列データの各時系列データについて、各時系列データに対するN個の時点の振動波形の値の各値にN個の重み係数のうちの対応する重み係数を乗じて加算した値が0であるという条件が満たされるように、N個の重み係数を決定する決定手段と、決定手段により決定されたN個の重み係数を出力する出力手段とを備えたフィルタ設計装置を提供する。 For this purpose, the present invention is a filter for removing the vibration component of the vibration waveform, and N weighting coefficients are added to each value of the vibration waveform at an arbitrary N (N ≧ 2) time points. It is a filter design device that gives N weight coefficients to the filter that calculates the average by multiplying the corresponding weight coefficients, and each time series data is N pieces for each time series data from the vibration waveform. For each time-series data of the acquisition means for acquiring M (M ≧ 1) time-series data including the value of the vibration waveform at the time point and the time-series data of M pieces of time-series data acquired by the acquisition means. The N weight coefficients are determined so that the condition that the value obtained by multiplying each value of the vibration waveform values at N time points by the corresponding weight coefficient of the N weight coefficients and adding them is 0 is satisfied. Provided is a filter design device including a determination means for determining and an output means for outputting N weighting coefficients determined by the determination means.

ここで、取得手段は、M個(M≧2)の時系列データの第1の時系列データに対するN個の時点の間隔と、M個の時系列データの第2の時系列データに対するN個の時点の間隔とが等しくなるように、M個の時系列データを取得する、ものであってよい。 Here, the acquisition means are the interval of N time points for the first time series data of M (M ≧ 2) time series data and N pieces for the second time series data of M time series data. It may be the one that acquires M time series data so that the intervals at the time points of are equal to each other.

取得手段は、M個(M≧2)の時系列データの第1の時系列データに対するN個の時点と、M個の時系列データの第2の時系列データに対するN個の時点とが少なくとも部分的に重複するように、M個の時系列データを取得する、ものであってもよい。 The acquisition means has at least N time points for the first time series data of M (M ≧ 2) time series data and N time points for the second time series data of M time series data. It may be the one that acquires M time series data so as to partially overlap.

取得手段は、M個の時系列データの何れかの時系列データに対するN個の時点のうちの隣接する2つの時点の間隔が振動波形の周期よりも長くなるように、M個の時系列データを取得する、ものであってもよい。 The acquisition means is the M time series data so that the interval between two adjacent time points out of the N time points with respect to any one of the M time series data is longer than the period of the vibration waveform. May be the one to get.

取得手段は、M個の時系列データの何れかの時系列データに対するN個の時点のうちの隣接する2つの時点の間隔が振動波形の周期の1/2となるように、M個の時系列データを取得する、ものであってもよい。 The acquisition means is M times so that the interval between two adjacent time points out of N time points with respect to any time series data of M time series data is 1/2 of the period of the vibration waveform. It may be one that acquires series data.

また、決定手段は、N個の重み係数のうちの指定された重み係数が指定された値となるように、N個の重み係数を決定する、ものであってよい。 Further, the determining means may be one that determines N weighting coefficients so that the designated weighting coefficient among the N weighting coefficients becomes a designated value.

決定手段は、N個の重み係数の和が指定された値となるように、N個の重み係数を決定する、ものであってもよい。その場合、指定された値は、1であってよい。 The determining means may be one that determines N weighting coefficients so that the sum of N weighting coefficients becomes a specified value. In that case, the specified value may be 1.

決定手段は、N個の重み係数をa,a,…,aとした場合に、a=a,a=aN-1,a=aN-2,…となるように、N個の重み係数を決定する、ものであってもよい。 The determining means is a 1 = a N , a 2 = a N-1 , a 3 = a N-2 , ... When N weighting coefficients are a 1 , a 2 , ..., A N. As such, it may be one that determines N weighting coefficients.

決定手段は、N個の重み係数の絶対値の和が最小になるように、N個の重み係数を決定する、ものであってもよい。 The determining means may be one that determines the N weighting coefficients so that the sum of the absolute values of the N weighting coefficients is minimized.

更に、取得手段は、振動周期が異なるL個(L≧2)の振動波形y(t)(i=1,2,…,L)から、各時系列データが各時系列データに対するN個(N≧2×L+1)の時点の振動波形y(t)の値を含むM個(M≧2)の時系列データを取得し、決定手段は、取得手段により取得されたM+M+…+M個の時系列データの各時系列データについて、各時系列データに対するN個の時点の各時系列データに対応する振動波形y(t)の値の各値にN個の重み係数のうちの対応する重み係数を乗じて加算した値が0であるという条件が満たされるように、N個の重み係数を決定する、ものであってよい。 Further, the acquisition means has N pieces of each time-series data for each time-series data from L (L ≧ 2) vibration waveforms y i (t) (i = 1, 2, ..., L) having different vibration cycles. Mi (Mi ≧ 2) time-series data including the value of the vibration waveform y i (t) at the time of (N ≧ 2 × L + 1 ) is acquired, and the determination means is M 1 acquired by the acquisition means. + M 2 + ... + For each time series data of ML time series data, N pieces in each value of the vibration waveform y i (t) corresponding to each time series data at N time points for each time series data. The N weighting coefficients may be determined so that the condition that the value obtained by multiplying the corresponding weighting coefficients by the weighting coefficients of the above is 0 is satisfied.

また、本発明は、制御対象の振動を抑制する振動抑制装置であって、制御対象を制御する制御手段と、上記の何れかのフィルタ設計装置によりN個の重み係数が与えられたフィルタを用いて、制御手段に入力される信号又は制御手段から出力された信号を処理する処理手段とを備えた振動抑制装置も提供する。 Further, the present invention is a vibration suppression device that suppresses vibration of a controlled object, and uses a control means for controlling the controlled object and a filter to which N weight coefficients are given by any of the above filter design devices. Further, a vibration suppression device including a processing means for processing a signal input to the control means or a signal output from the control means is also provided.

ここで、処理手段は、フィルタを用いて、制御手段に入力される制御対象に対して指令を行うための信号を処理する、ものであってよい。 Here, the processing means may be one that processes a signal for issuing a command to a control target input to the control means by using a filter.

処理手段は、フィルタを用いて、制御対象からフィードバックされて制御手段に入力される信号を処理する、ものであってもよい。 The processing means may be one that uses a filter to process a signal that is fed back from the controlled object and input to the control means.

処理手段は、フィルタを用いて、制御対象から出力された制御対象に対して指令を行うための信号を処理する、ものであってもよい。 The processing means may be one that uses a filter to process a signal for issuing a command to the control target output from the control target.

更に、本発明は、振動波形の振動成分を除去するためのフィルタであって、任意のN個(N≧2)の時点の振動波形の値の各値にN個の重み係数のうちの対応する重み係数を乗じて平均を算出するフィルタに対して、コンピュータが、N個の重み係数を与えるフィルタ設計方法であって、コンピュータの取得手段が、振動波形から、各時系列データが各時系列データに対するN個の時点の振動波形の値を含むM個(M≧1)の時系列データを取得する取得ステップと、コンピュータの決定手段が、取得ステップで取得されたM個の時系列データの各時系列データについて、各時系列データに対するN個の時点の振動波形の値の各値にN個の重み係数のうちの対応する重み係数を乗じて加算した値が0であるという条件が満たされるように、N個の重み係数を決定する決定ステップと、コンピュータの出力手段が、決定ステップで決定されたN個の重み係数を出力する出力ステップとを含むフィルタ設計方法も提供する。 Further, the present invention is a filter for removing the vibration component of the vibration waveform, and corresponds to each value of the vibration waveform at an arbitrary N (N ≧ 2) time points out of N weight coefficients. This is a filter design method in which the computer gives N weight coefficients to the filter that calculates the average by multiplying the weight coefficients to be performed. An acquisition step of acquiring M (M ≧ 1) time-series data including values of vibration waveforms at N time points with respect to the data, and a computer determining means of the M time-series data acquired in the acquisition step. For each time-series data, the condition that the value obtained by multiplying each value of the vibration waveform values at N time points for each time-series data by the corresponding weighting coefficient among the N weighting coefficients is 0 is satisfied. As such, a filter design method including a determination step for determining N weight coefficients and an output step in which a computer output means outputs N weight coefficients determined in the determination step is also provided.

更にまた、本発明は、振動波形の振動成分を除去するためのフィルタであって、任意のN個(N≧2)の時点の振動波形の値の各値にN個の重み係数のうちの対応する重み係数を乗じて平均を算出するフィルタに対して、N個の重み係数を与えるフィルタ設計装置として、コンピュータを機能させるプログラムであって、コンピュータを、振動波形から、各時系列データが各時系列データに対するN個の時点の振動波形の値を含むM個(M≧1)の時系列データを取得する取得手段と、取得手段により取得されたM個の時系列データの各時系列データについて、各時系列データに対するN個の時点の振動波形の値の各値にN個の重み係数のうちの対応する重み係数を乗じて加算した値が0であるという条件が満たされるように、N個の重み係数を決定する決定手段と、決定手段により決定されたN個の重み係数を出力する出力手段として機能させるためのプログラムも提供する。 Furthermore, the present invention is a filter for removing the vibration component of the vibration waveform, and is out of N weight coefficients for each value of the vibration waveform at an arbitrary N (N ≧ 2) time points. It is a program that makes a computer function as a filter design device that gives N weight coefficients to a filter that calculates the average by multiplying the corresponding weight coefficients. Acquisition means for acquiring M (M ≧ 1) time-series data including values of vibration waveforms at N time points with respect to time-series data, and time-series data of M time-series data acquired by the acquisition means. The condition that the value obtained by multiplying each value of the vibration waveform values at N time points for each time series data by the corresponding weight coefficient among the N weight coefficients is 0 is satisfied. Also provided are a determination means for determining N weight coefficients and a program for functioning as an output means for outputting N weight coefficients determined by the determination means.

本発明によれば、振動抑制フィルタとして周波数成分の大きい周波数近傍の帯域を遮断するノッチフィルタを適用した場合に比較して、振動波形の振動成分を完全に除去できる可能性が高まる。 According to the present invention, there is an increased possibility that the vibration component of the vibration waveform can be completely removed as compared with the case where a notch filter that cuts off a band near a frequency having a large frequency component is applied as a vibration suppression filter.

振動的な制御対象に対するステップ入力について示した図である。It is a figure which showed the step input to the vibration control object. ノッチフィルタを挿入する手法について示した図である。It is a figure which showed the method of inserting a notch filter. ノッチフィルタを挿入しても出力y(t)の振動は収まらないことを示したグラフである。It is a graph which showed that the vibration of an output y (t) does not stop even if a notch filter is inserted. 半周期平均フィルタを挿入する手法について示した図である。It is a figure which showed the method of inserting a half-period average filter. 半周期平均フィルタを挿入しても出力y(t)の残留振動が残ることを示したグラフである。It is a graph which showed that the residual vibration of an output y (t) remains even if a half-period average filter is inserted. 本発明の実施の形態におけるフィルタ設計装置の機能構成例を示したブロック図である。It is a block diagram which showed the functional structure example of the filter design apparatus in embodiment of this invention. 実施形態1における時系列データの採取について示したグラフである。It is a graph which showed about the collection of the time series data in Embodiment 1. 実施形態1における振動波形に対する移動平均フィルタの適用について示した図である。It is a figure which showed the application of the moving average filter to the vibration waveform in Embodiment 1. FIG. 実施形態1における振動波形に対する移動平均フィルタの適用結果について示したグラフである。It is a graph which showed the application result of the moving average filter to the vibration waveform in Embodiment 1. 実施形態1におけるフィルタ設計装置の動作例を示したフローチャートである。It is a flowchart which showed the operation example of the filter design apparatus in Embodiment 1. 制御対象の入力前に実施形態1の移動平均フィルタを挿入した場合について示した図である。It is a figure which showed the case where the moving average filter of Embodiment 1 was inserted before the input of the control object. 実施形態1の移動平均フィルタ挿入時のゲイン未調整の場合のステップ応答について示したグラフである。It is a graph which showed the step response when the gain is not adjusted at the time of inserting the moving average filter of Embodiment 1. FIG. 実施形態1の移動平均フィルタ挿入時のゲインを1とした場合のステップ応答について示したグラフである。It is a graph which showed the step response when the gain at the time of inserting the moving average filter of Embodiment 1 is set to 1. 実施形態3における時系列データの採取について示したグラフである。It is a graph which showed about the collection of the time series data in Embodiment 3. 実施形態3のゲインを1とした移動平均フィルタ挿入時のステップ応答について示したグラフである。It is a graph which showed the step response at the time of inserting the moving average filter which set the gain of Embodiment 3 to 1. 実施形態3’における時系列データの採取について示したグラフである。It is a graph which showed about the collection of the time series data in Embodiment 3'. 実施形態3の時系列データを用いた場合のステップ応答について示したグラフである。It is a graph which showed the step response when the time series data of Embodiment 3 was used. 実施形態4における時系列データの採取について示したグラフである。It is a graph which showed about the collection of the time series data in Embodiment 4. 実施形態4の時系列データを用いた場合のステップ応答について示したグラフである。It is a graph which showed the step response when the time series data of Embodiment 4 was used. 実施形態5における時系列データの採取について示したグラフである。It is a graph which showed about the collection of the time series data in Embodiment 5. 実施形態5の時系列データを用いて一方の振動モードの振動波形を抑制した場合のステップ応答について示したグラフである。It is a graph which showed the step response when the vibration waveform of one vibration mode was suppressed by using the time series data of Embodiment 5. 実施形態5の時系列データを用いてもう一方の振動モードの振動波形を抑制した場合のステップ応答について示したグラフである。It is a graph which showed the step response when the vibration waveform of the other vibration mode was suppressed by using the time series data of Embodiment 5. 実施形態5におけるフィルタ設計装置の動作例を示したフローチャートである。It is a flowchart which showed the operation example of the filter design apparatus in Embodiment 5. 実施形態6における時系列データの採取について示したグラフである。It is a graph which showed about the collection of the time series data in Embodiment 6. 実施形態6の時系列データを用いた場合のステップ応答について示したグラフである。It is a graph which showed the step response when the time series data of Embodiment 6 was used. 実施形態7における時系列データの採取について示したグラフである。It is a graph which showed about the collection of the time series data in Embodiment 7. 実施形態7の時系列データを用いた場合のステップ応答について示したグラフである。It is a graph which showed the step response when the time series data of Embodiment 7 was used. 実施形態9が適用対象とするロボットシステムの構成例を示した図である。It is a figure which showed the configuration example of the robot system to which Embodiment 9 applies. 実施形態9におけるロボットコントローラ内のフィルタ挿入位置について示した図であるIt is a figure which showed the filter insertion position in the robot controller in Embodiment 9. 実施形態1乃至8のフィルタ設計装置及び実施形態9のロボットコントローラを実現するコンピュータのハードウェア構成例を示した図である。It is a figure which showed the hardware configuration example of the computer which realizes the filter design apparatus of Embodiment 1-8 and the robot controller of Embodiment 9.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

[本実施の形態の背景及び概要]
図1は、振動的な制御対象に対するステップ入力について示した図である。図示するように、振動的な制御対象にステップ入力u(t)が与えられると、振動的な出力y(t)が出力される。
[Background and outline of this embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a step input for a vibrationally controlled object. As shown in the figure, when the step input u (t) is given to the vibrationally controlled object, the vibrational output y (t) is output.

そこで、一般的な手法として、図2に示すように、入力(或いはフィードバック値等)に制御対象の固有振動周波数を完全に0とするノッチフィルタを挿入し、振動抑制を行う手法が考えられる。 Therefore, as a general method, as shown in FIG. 2, a method of inserting a notch filter that completely sets the natural vibration frequency of the controlled object to 0 at the input (or feedback value or the like) to suppress the vibration can be considered.

しかしながら、単純に固有振動周波数を無くすノッチフィルタを挿入するだけでは、図3に示すように、出力y(t)の振動を無くすことはできない。このように固有振動周波数が既知で、それを完全に除去するノッチフィルタを挿入しても振動は収まらない。制御対象の振動(振動波形)に対して適切なパラメータを設定して振動抑制フィルタを設計する必要があるが、上記のようなノッチフィルタでは試行錯誤でパラメータを調整する必要がある。 However, as shown in FIG. 3, the vibration of the output y (t) cannot be eliminated by simply inserting the notch filter that eliminates the natural vibration frequency. In this way, the natural vibration frequency is known, and even if a notch filter that completely removes it is inserted, the vibration does not stop. It is necessary to design a vibration suppression filter by setting appropriate parameters for the vibration (vibration waveform) to be controlled, but it is necessary to adjust the parameters by trial and error in the notch filter as described above.

また、別の一般的な手法として、振動周期の情報を活用するフィルタを用いることが考えられる。具体的には、図4に示すように、半周期前の値と現在の値との平均をとり、振動にカウンタを与える半周期平均フィルタを挿入する手法が考えられる。 Further, as another general method, it is conceivable to use a filter that utilizes the information of the vibration period. Specifically, as shown in FIG. 4, a method of inserting a half-cycle average filter that takes the average of the value before the half-cycle and the current value and gives a counter to the vibration can be considered.

しかしながら、半周期平均フィルタを挿入したのでは、図5に示すように、上記の未調整のノッチフィルタに比べて振動はいくらか抑制されているものの、出力y(t)の残留振動が残っている。これは振動周期の情報のみを活用しているためであり、振動を完全になくすには減衰等の影響も考慮する必要がある。また、半周期平均フィルタは、サンプル間隔が半周期に限定され、遅れ時間を短縮するなどの対応が不可能である、自由なサンプル間隔を選べない等、設計の条件が限定される。従って、フィルタ設計の自由度を確保しつつ、振動を完全に抑制することはできない。 However, when the half-period average filter is inserted, as shown in FIG. 5, the vibration is suppressed to some extent as compared with the above-mentioned unadjusted notch filter, but the residual vibration of the output y (t) remains. .. This is because only the information of the vibration cycle is used, and it is necessary to consider the influence of damping etc. in order to completely eliminate the vibration. In addition, the design conditions of the half-cycle average filter are limited, such as the sample interval is limited to half-cycle, it is impossible to take measures such as shortening the delay time, and a free sample interval cannot be selected. Therefore, it is not possible to completely suppress vibration while ensuring the degree of freedom in filter design.

そこで、本実施の形態は、第一に、振動周期や減衰の影響を含んでいる振動波形そのものから、完全に振動を抑制するためのフィルタに対する条件を導出する手法を提案する。第二に、サンプル間隔に対する制約を与えることなく、条件を導出可能な手法を提案する。第三に、振動抑制のための条件だけではなく、種々の性能に対する条件を一緒に与えることが可能な手法を提案する。 Therefore, the present embodiment first proposes a method of deriving the conditions for the filter for completely suppressing the vibration from the vibration waveform itself including the influence of the vibration cycle and the damping. Second, we propose a method that can derive conditions without imposing restrictions on sample spacing. Thirdly, we propose a method that can give not only the conditions for vibration suppression but also the conditions for various performances together.

[フィルタ設計装置の構成]
図6は、本実施の形態におけるフィルタ設計装置10の機能構成例を示したブロック図である。図示するように、フィルタ設計装置10は、振動波形取得部11と、時系列データ取得部12と、重み係数決定部13と、重み係数出力部14とを備える。
[Configuration of filter design device]
FIG. 6 is a block diagram showing a functional configuration example of the filter design device 10 according to the present embodiment. As shown in the figure, the filter design device 10 includes a vibration waveform acquisition unit 11, a time series data acquisition unit 12, a weighting coefficient determining unit 13, and a weighting coefficient output unit 14.

振動波形取得部11は、制御対象の振動波形を取得する。 The vibration waveform acquisition unit 11 acquires the vibration waveform to be controlled.

時系列データ取得部12は、振動波形取得部11が取得した振動波形から、N個(N≧2)のサンプル点における振動波形の値をそれぞれが含むM個(M≧1)の時系列データを取得する。ここで、N個のサンプル点は、M個の時系列データのそれぞれに対して設定されたものでよい。本実施の形態では、N個の時点の一例として、N個のサンプル点を用いており、M個の時系列データを取得する取得手段の一例として、時系列データ取得部12を設けている。 The time-series data acquisition unit 12 has M (M ≧ 1) time-series data including vibration waveform values at N (N ≧ 2) sample points from the vibration waveform acquired by the vibration waveform acquisition unit 11. To get. Here, the N sample points may be set for each of the M time series data. In this embodiment, N sample points are used as an example of N time points, and a time series data acquisition unit 12 is provided as an example of acquisition means for acquiring M time series data.

重み係数決定部13は、時系列データ取得部12が取得したM個の時系列データのそれぞれについて、N個のサンプル点における振動波形の値のそれぞれにN個の重み係数のうちの対応する重み係数を乗じて加算した値が0であるという条件が満たされるように、N個の重み係数を決定する。本実施の形態では、N個の重み係数を決定する決定手段の一例として、重み係数決定部13を設けている。 For each of the M time-series data acquired by the time-series data acquisition unit 12, the weighting coefficient determination unit 13 corresponds to each of the vibration waveform values at the N sample points among the N weighting coefficients. N weighting coefficients are determined so that the condition that the value obtained by multiplying the coefficients and adding them is 0 is satisfied. In the present embodiment, the weighting coefficient determining unit 13 is provided as an example of the determining means for determining N weighting coefficients.

重み係数出力部14は、重み係数決定部13が決定したN個の重み係数を外部に出力する。本実施の形態では、N個の重み係数を出力する出力手段の一例として、重み係数出力部14を設けている。 The weighting coefficient output unit 14 outputs N weighting coefficients determined by the weighting coefficient determining unit 13 to the outside. In the present embodiment, the weighting coefficient output unit 14 is provided as an example of the output means for outputting N weighting coefficients.

尚、ここでは、フィルタ設計装置10を、重み係数を出力する処理までを行う装置とした。これは、例えば、後述するロボットコントローラに既に組み込まれたフィルタにユーザがこの出力された重み係数を設定することを想定したものである。この場合、フィルタ設計装置10は、ユーザによるフィルタの設計を支援するフィルタ設計支援装置と捉えることができる。或いは、フィルタ設計装置10を、重み係数を出力する処理までではなく、その重み係数が設定されたフィルタを生成する処理までを行う装置としてもよい。これは、例えば、後述するロボットコントローラにこの生成されたフィルタを組み込むことを想定したものである。この場合、フィルタ設計装置10は、フィルタを生成するフィルタ生成装置と捉えることができる。 Here, the filter design device 10 is used as a device that performs a process of outputting a weighting coefficient. This is based on the assumption that, for example, the user sets the output weighting coefficient in a filter already incorporated in the robot controller described later. In this case, the filter design device 10 can be regarded as a filter design support device that assists the user in designing the filter. Alternatively, the filter design device 10 may be a device that performs not only the process of outputting the weighting coefficient but also the process of generating the filter in which the weighting coefficient is set. This is intended to incorporate this generated filter into, for example, a robot controller described later. In this case, the filter design device 10 can be regarded as a filter generation device that generates a filter.

[実施形態1]
実施形態1では、振動波形取得部11が取得した制御対象の振動波形y(t)に対して、時系列データ取得部12が、図7に示すように、N=6、M=2とし、例えば一定のサンプル周期で6点、2組の時系列データを採取する。ここでは、時系列データ1{y(t+δ),y(t+δ),…,y(t+δ)}と、時系列データ2{y(t+δ),y(t+δ),…,y(t+δ)}とを採取するものとする。
[Embodiment 1]
In the first embodiment, the time-series data acquisition unit 12 sets N = 6 and M = 2 with respect to the vibration waveform y (t) to be controlled acquired by the vibration waveform acquisition unit 11. For example, 6 points and 2 sets of time series data are collected in a fixed sample cycle. Here, the time series data 1 {y (t 1 + δ 1 ), y (t 1 + δ 2 ), ..., y (t 1 + δ 6 )} and the time series data 2 {y (t 2 + δ 1 ), y (T 2 + δ 2 ), ..., y (t 2 + δ 6 )} and so on shall be collected.

尚、一定のサンプル周期で時系列データを採取することは、M個の時系列データの第1の時系列データに対するN個の時点の間隔と、M個の時系列データの第2の時系列データに対するN個の時点の間隔とが等しくなるように、M個の時系列データを取得することの一例である。 In addition, collecting time-series data at a fixed sample cycle means that the interval between N time points for the first time-series data of M time-series data and the second time-series of M time-series data. This is an example of acquiring M time series data so that the intervals at N time points with respect to the data are equal to each other.

重み係数決定部13は、この時系列データとフィルタの重み係数{a,a,…,a}との積の和を0とする下記の2つの条件を満たすように、重み係数{a,a,…,a}を決定する。 The weighting coefficient determining unit 13 satisfies the following two conditions in which the sum of the products of the time series data and the weighting coefficient {a 1 , a 2 , ..., A 6 } of the filter is 0, so as to satisfy the following two conditions. Determine a 1 , a 2 , ..., a 6 }.

Figure 0007096760000001
Figure 0007096760000001

このとき、重み係数{a,a,…,a}が満たすべき条件は、各時系列データを要素に持つ下記行列Aのヌルスペースに、重み係数を要素に持つベクトルa=[a,a,…,a∈Rが入っていることと等価である。 At this time, the condition that the weighting coefficient {a 1 , a 2 , ..., A 6 } should be satisfied is that the null space of the following matrix A having each time series data as an element and the vector a = [a] having the weighting coefficient as an element. 1 , a 2 , ..., a 6 ] Equivalent to the inclusion of T ∈ R 6 .

Figure 0007096760000002
Figure 0007096760000002

いま、行列AのヌルスペースがN-rank(A)、つまり4つのベクトル{e,e,e,e}(e∈R,j=1,2,3,4)で基底が張られているとすると、ベクトルaはeの下記線形和で与えられる。 Now, the null space of the matrix A is N-rank (A), that is, four vectors {e 1 , e 2 , e 3 , e 4 } (e j ∈ R 6 , j = 1, 2, 3, 4). Assuming that the basis is stretched, the vector a is given by the following linear sum of ej .

Figure 0007096760000003
Figure 0007096760000003

尚、上記4つの基底ベクトルは行列Aが与えられれば容易に算出することができる。 The above four basis vectors can be easily calculated given the matrix A.

重み係数出力部14は、重み係数決定部13により算出された重み係数を出力する。この出力された重み係数を用いた移動平均フィルタ(本明細書において「移動平均フィルタ」とは重み付き移動平均フィルタのことである)を図8のように抑制したい振動波形に適用した結果を図9に示す。 The weighting coefficient output unit 14 outputs the weighting coefficient calculated by the weighting coefficient determining unit 13. The figure shows the result of applying the moving average filter using the output weighting coefficient (in the present specification, the "moving average filter" is a weighted moving average filter) to the vibration waveform to be suppressed as shown in FIG. Shown in 9.

図9は、c=1(i=j),c=0(i≠j)とし、a=e(j=1,2,3,4)としたときの4つの結果を示している。4つの結果の何れにおいても、0から1[2π/ω sec]までの過渡応答では出力x(t)が揺らいでいるが、過渡応答後の出力x(t)は完全に0となっている。これにより、振動波形y(t)の振動成分が移動平均フィルタによって完全に抑制されていることが分かる。 FIG. 9 shows four results when c i = 1 (i = j), c i = 0 (i ≠ j), and a = ej ( j = 1, 2, 3, 4). There is. In all four results, the output x (t) fluctuates in the transient response from 0 to 1 [2π / ω sec], but the output x (t) after the transient response is completely 0. .. From this, it can be seen that the vibration component of the vibration waveform y (t) is completely suppressed by the moving average filter.

尚、図9では、a=e(j=1,2,3,4)としたときの4つの結果を示したが、任意の係数cに対して(3)式で与えられるaを用いた場合も同様である。即ち、ベクトルaにて決定される{a,a,…,a}を重み係数とする移動平均フィルタも同様に、振動抑制したい振動波形y(t)の振動成分を完全に除去することができる。 In FIG. 9, four results are shown when a = ej ( j = 1, 2, 3, 4), but a given by Eq. (3) is given to an arbitrary coefficient c i . The same applies when used. That is, the moving average filter having {a 1 , a 2 , ..., A 6 } determined by the vector a as the weighting factor also completely removes the vibration component of the vibration waveform y (t) to be suppressed. be able to.

図10は、実施形態1におけるフィルタ設計装置10の動作例を示したフローチャートである。 FIG. 10 is a flowchart showing an operation example of the filter design device 10 in the first embodiment.

フィルタ設計装置10では、まず、振動波形取得部11が、制御対象の振動波形y(t)を取得する(ステップ101)。 In the filter design device 10, first, the vibration waveform acquisition unit 11 acquires the vibration waveform y (t) to be controlled (step 101).

次に、時系列データ取得部12が、振動波形取得部11が取得した振動波形y(t)から、N点、M組の時系列データを取得する(ステップ102)。 Next, the time-series data acquisition unit 12 acquires time-series data of N points and M sets from the vibration waveform y (t) acquired by the vibration waveform acquisition unit 11 (step 102).

次いで、重み係数決定部13が、時系列データ取得部12が取得したM組の時系列データのN点と重み係数との積の和が0であるというM個の条件を満たすように、重み係数を決定する(ステップ103)。 Next, the weighting coefficient determination unit 13 satisfies the condition of M that the sum of the products of the N points of the time series data of the M set acquired by the time series data acquisition unit 12 and the weighting coefficient is 0. The coefficient is determined (step 103).

その後、重み係数出力部14が、重み係数決定部13が決定した重み係数を出力する(ステップ104)。 After that, the weighting coefficient output unit 14 outputs the weighting coefficient determined by the weighting coefficient determining unit 13 (step 104).

[実施形態1’]
実施形態1では、制御対象の振動波形y(t)に対して、時系列データ取得部12が、N=6、M=2とし、6点、2組の時系列データを採取したが、M>2とし、2組より多い時系列データを採取してもよい。実施の形態1’では、時系列データ取得部12が、N=6、M=7とし、6点、7組の時系列データを採取するものとする。
[Embodiment 1']
In the first embodiment, the time-series data acquisition unit 12 sets N = 6 and M = 2 for the vibration waveform y (t) to be controlled, and collects 6 points and 2 sets of time-series data. > 2, and more than two sets of time series data may be collected. In the first embodiment, the time-series data acquisition unit 12 sets N = 6 and M = 7, and collects 6 points and 7 sets of time-series data.

この場合、重み係数決定部13は、下記の7つの条件を満たすように重み係数{a,a,…,a}を決定する。 In this case, the weighting coefficient determining unit 13 determines the weighting coefficient {a 1 , a 2 , ..., A 6 } so as to satisfy the following seven conditions.

Figure 0007096760000004
Figure 0007096760000004

このとき、重み係数{a,a,…,a}が満たすべき条件は、各時系列データを要素に持つ下記行列Aのヌルスペースに、重み係数を要素に持つベクトルa=[a,a,…,a∈Rが入っていることと等価である。 At this time, the condition that the weighting coefficient {a 1 , a 2 , ..., A 6 } should be satisfied is that the null space of the following matrix A having each time series data as an element and the vector a = [a] having the weighting coefficient as an element. 1 , a 2 , ..., a 6 ] Equivalent to the inclusion of T ∈ R 6 .

Figure 0007096760000005
Figure 0007096760000005

しかし、振動波形が2次の減衰振動である場合、M>2としても、rank(A)は2のままであり、N-rank(A)=4となる。以降は実施形態1と全く同じで、行列Aのヌルスペースが4つのベクトル{e,e,e,e}(e∈R,j=1,2,3,4)で基底が張られているとすると、ベクトルaはeの下記線形和で与えられる。 However, when the vibration waveform is a second-order damped vibration, the rank (A) remains 2 even if M> 2, and N-rank (A) = 4. After that, it is exactly the same as the first embodiment, and the null space of the matrix A is four vectors {e 1 , e 2 , e 3 , e 4 } (e j ∈ R 6 , j = 1, 2, 3, 4). Assuming that the basis is stretched, the vector a is given by the following linear sum of ej .

Figure 0007096760000006
Figure 0007096760000006

実施形態1’で重み係数決定部13により算出された重み係数を用いた移動平均フィルタを図8のように抑制したい振動波形に適用した結果も、図9と同様のものとなる。 The result of applying the moving average filter using the weighting coefficient calculated by the weighting coefficient determining unit 13 in the first embodiment to the vibration waveform to be suppressed as shown in FIG. 8 is also the same as that of FIG.

尚、実施形態1’の動作例は、図10において、ステップ102で取得する時系列データの数を限定するだけであり、処理としては同じなので、説明を省略する。 Note that the operation example of the first embodiment only limits the number of time-series data acquired in step 102 in FIG. 10, and the processing is the same, so the description thereof will be omitted.

[実施形態2]
図2及び図4のように制御対象の入力前にフィルタを挿入した図11の場合について考える。この場合、実施形態1の移動平均フィルタを挿入したときのステップ応答y(t)は、図12に示すように1からずれてしまう。一般に、ヌルスペースの基底ベクトルeは、∥e∥=1を満たすようになっている(∥X∥はXのユークリッドノルムを示す)。ステップ応答y(t)を1にするには、フィルタのゲインを1に、即ち、移動平均フィルタの重み係数が下記条件を満たすようにする必要がある。
[Embodiment 2]
Consider the case of FIG. 11 in which the filter is inserted before the input of the controlled object as shown in FIGS. 2 and 4. In this case, the step response y (t) when the moving average filter of the first embodiment is inserted deviates from 1 as shown in FIG. In general, the basis vector ej of the null space is set to satisfy ∥ej ∥ = 1 ( ∥X∥ indicates the Euclidean norm of X). In order to set the step response y (t) to 1, it is necessary to set the gain of the filter to 1, that is, the weighting coefficient of the moving average filter satisfies the following conditions.

Figure 0007096760000007
Figure 0007096760000007

実施形態1の基底ベクトルeを用いる場合、重み係数決定部13は、下記式を計算することで、(4)式を満たすaを決定する。 When the basis vector ej of the first embodiment is used, the weighting coefficient determining unit 13 determines a that satisfies the equation (4) by calculating the following equation.

Figure 0007096760000008
Figure 0007096760000008

これにより、図13のように振動を完全に抑制しつつ、ステップ応答出力y(t)を1とするフィルタが得られる。 As a result, a filter having a step response output y (t) of 1 can be obtained while completely suppressing vibration as shown in FIG.

尚、実施形態2の動作例は、図10において、ステップ103で用いる条件に重み係数の和が1であるという条件を追加するだけであり、処理の流れとしては同じなので、説明を省略する。 In the operation example of the second embodiment, in FIG. 10, only the condition that the sum of the weighting coefficients is 1 is added to the condition used in step 103, and the processing flow is the same, so the description thereof will be omitted.

[実施形態3]
実施形態1ではN、Mとして多めの値を与えたが、時系列データ取得部12は、N=3(条件によってはN=2)、M=2(条件によってはM=1)とし、3点(条件によっては2点)、2組(条件によっては1組)の時系列データを採取すれば十分である。また、実施形態1では、時系列データごとに別々のサンプル点を使用したが、例えば時系列データ間で重複したサンプル点を使用してもよい。
[Embodiment 3]
In the first embodiment, a large value is given as N and M, but the time series data acquisition unit 12 sets N = 3 (N = 2 depending on the condition) and M = 2 (M = 1 depending on the condition) and 3 It is sufficient to collect time series data of points (2 points depending on the conditions) and 2 sets (1 set depending on the conditions). Further, in the first embodiment, different sample points are used for each time-series data, but for example, overlapping sample points may be used between the time-series data.

そこで、実施形態3では、振動波形取得部11が取得した振動波形y(t)に対して、時系列データ取得部12が、例えば一定のサンプル周期δで4点の時系列データ{y(t),y(t+δ),y(t+2δ),y(t+3δ)}を採取する。その際、図14に示すように、最初の3点{y(t),y(t+δ),y(t+2δ)}を時系列データ1とし、1つずれてy(t+δ)から始まる3点{y(t+δ),y(t+2δ),y(t+3δ)}を時系列データ2とする。 Therefore, in the third embodiment, for the vibration waveform y (t) acquired by the vibration waveform acquisition unit 11, the time-series data acquisition unit 12 has, for example, four time-series data {y (t) with a constant sample period δ. ), Y (t + δ), y (t + 2δ), y (t + 3δ)}. At that time, as shown in FIG. 14, the first three points {y (t), y (t + δ), y (t + 2δ)} are set as time series data 1, and the three points {y (t + δ) starting from y (t + δ) are shifted by one. Let y (t + δ), y (t + 2δ), y (t + 3δ)} be the time series data 2.

尚、時系列データ間で重複したサンプル点を使用することは、M個の時系列データの第1の時系列データに対するN個の時点と、M個の時系列データの第2の時系列データに対するN個の時点とが少なくとも部分的に重複するように、M個の時系列データを取得することの一例である。 It should be noted that the use of overlapping sample points between the time-series data means that the N time-series data for the first time-series data of the M time-series data and the second time-series data of the M time-series data. This is an example of acquiring M time series data so that the N time points with respect to the data overlap at least partially.

重み係数決定部13は、各時系列データとフィルタの重み係数{a,a,a}との積の和を0とする下記の2つの条件を満たすように、重み係数{a,a,a}を決定する。 The weighting coefficient determining unit 13 satisfies the following two conditions in which the sum of the products of each time series data and the weighting coefficient {a1 , a2 , a3 } of the filter is 0 , and the weighting coefficient {a1 is satisfied. , A 2 , a 3 }.

Figure 0007096760000009
Figure 0007096760000009

また、実施形態1、2では、重み係数決定部13が、行列Aのヌルスペースを導出して重み係数を決定したが、重み係数決定部13は、重み係数{a,a,a}が非ゼロとなる条件を陽に与えてこれを算出してもよい。 Further, in the first and second embodiments, the weighting coefficient determining unit 13 derives the null space of the matrix A to determine the weighting coefficient, but the weighting coefficient determining unit 13 determines the weighting coefficient {a 1 , a 2 , a 3 } May be calculated by explicitly giving a condition that makes it non-zero.

例えば、非ゼロとなる条件を、適当な重み係数aの値を直接指定することにより与えてもよい。このような値を例えば1とし、a=1なる条件を与えた場合、下記連立方程式を解けばよい。 For example, a non-zero condition may be given by directly specifying a value of an appropriate weighting coefficient aj . When such a value is set to 1, for example, and a condition of a 1 = 1 is given, the following simultaneous equations may be solved.

Figure 0007096760000010
Figure 0007096760000010

尚、これは、N個の重み係数のうちの指定された重み係数が指定された値となるように、N個の重み係数を決定することの一例である。 It should be noted that this is an example of determining N weighting coefficients so that the designated weighting coefficients among the N weighting coefficients become the designated values.

或いは、非ゼロとなる条件として(4)式を与えた場合、下記連立方程式を解けばよい。 Alternatively, when equation (4) is given as a non-zero condition, the following simultaneous equations may be solved.

Figure 0007096760000011
Figure 0007096760000011

尚、これは、N個の重み係数の和が指定された値となるように、N個の重み係数を決定することの一例である。 This is an example of determining the N weighting coefficients so that the sum of the N weighting coefficients becomes a specified value.

ここで、(7)式から求められる重み係数{a,a,a}は、(4)式を満足している。従って、この重み係数{a,a,a}を用いることにより、振動を抑制しつつステップ応答が1となる移動平均フィルタが直接導出される。(7)式を満たす移動平均フィルタを挿入した際のステップ応答を図15に示す。図15から、振動を抑制しつつ、ゲインが1で、N=3と少ないため、過渡時間が0.4[2π/ω sec]と短くなっていることが分かる。 Here, the weighting coefficients {a 1 , a 2 , a 3 } obtained from the equation (7) satisfy the equation (4). Therefore, by using this weighting coefficient {a 1 , a 2 , a 3 }, a moving average filter having a step response of 1 while suppressing vibration is directly derived. FIG. 15 shows the step response when the moving average filter satisfying the equation (7) is inserted. From FIG. 15, it can be seen that the transient time is as short as 0.4 [2π / ω sec] because the gain is 1 and N = 3 while suppressing the vibration.

尚、実施形態3の動作例は、図10において、ステップ102で取得する時系列データをサンプル点が重複するものに限定し、ステップ103で用いる条件に(7)式又は(8)式の条件を追加するだけであり、処理の流れとしては同じなので、説明を省略する。 In the operation example of the third embodiment, in FIG. 10, the time series data acquired in step 102 is limited to those having overlapping sample points, and the conditions used in step 103 include the conditions of the formula (7) or the formula (8). Is just added, and the processing flow is the same, so the explanation is omitted.

[実施形態3’]
実施形態3では、振動波形取得部11が取得した振動波形y(t)に対して、時系列データ取得部12が、重複する時系列データを採取したが、実施形態3’では、図16に示すように、重複しない時系列データを採取する。図16では、N=3、M=2としている。
[Embodiment 3']
In the third embodiment, the time-series data acquisition unit 12 collects overlapping time-series data with respect to the vibration waveform y (t) acquired by the vibration waveform acquisition unit 11, but in the third embodiment, FIG. 16 shows. As shown, collect non-overlapping time series data. In FIG. 16, N = 3 and M = 2.

この場合も、ゲインを1とすれば、図17に示すように、図15と同様のステップ応答となる。 Also in this case, if the gain is 1, as shown in FIG. 17, the step response is the same as that in FIG.

尚、実施形態3’の動作例は、図10において、ステップ102で取得する時系列データをサンプル点が重複しないものに限定するだけであり、処理としては同じなので、説明を省略する。 In addition, in FIG. 10, the operation example of the third embodiment is limited to the time-series data acquired in step 102 so that the sample points do not overlap, and the processing is the same, so the description thereof will be omitted.

[実施形態4]
実施形態4では、振動波形取得部11が取得した振動波形y(t)に対して、時系列データ取得部12が、図18に示すように、振動周期のエイリアシング周波数よりも低いサンプリング周波数でサンプリングを行う。図18では、N=3、M=2としている。
[Embodiment 4]
In the fourth embodiment, the time-series data acquisition unit 12 samples the vibration waveform y (t) acquired by the vibration waveform acquisition unit 11 at a sampling frequency lower than the aliasing frequency of the vibration cycle, as shown in FIG. I do. In FIG. 18, N = 3 and M = 2.

尚、振動周期のエイリアシング周波数よりも低いサンプリング周波数でサンプリングを行うことは、M個の時系列データの何れかの時系列データに対するN個の時点のうちの隣接する2つの時点の間隔が振動波形の周期よりも長くなるように、M個の時系列データを取得することの一例である。 When sampling at a sampling frequency lower than the aliasing frequency of the vibration cycle, the interval between two adjacent time points out of N time points with respect to any time series data of the M time series data is the vibration waveform. This is an example of acquiring M time-series data so as to be longer than the period of.

この場合も、図11のように制御対象の前にフィルタを設置することで、図19に示すように振動成分を除去することができる。図19では、ゲインを1としている。 Also in this case, by installing the filter in front of the controlled object as shown in FIG. 11, the vibration component can be removed as shown in FIG. In FIG. 19, the gain is 1.

尚、実施形態4の動作例は、図10において、ステップ102で取得する時系列データをそのサンプリング周波数がエイリアシング周波数よりも低いものに限定するだけであり、処理としては同じなので、説明を省略する。 In addition, in FIG. 10, the operation example of the fourth embodiment is limited to the time-series data acquired in step 102 whose sampling frequency is lower than the aliasing frequency, and the processing is the same. Therefore, the description thereof will be omitted. ..

[実施形態5]
実施形態5は、複数の振動モードの振動を1つのフィルタで抑制するものである。L個の振動波形を同時に抑制する場合には、N≧1+2×L、M≧2×Lとし、これらを満たす点及び組の時系列データが必要となる。
[Embodiment 5]
In the fifth embodiment, the vibration of a plurality of vibration modes is suppressed by one filter. When suppressing L vibration waveforms at the same time, N ≧ 1 + 2 × L and M ≧ 2 × L, and a point and a set of time-series data satisfying these are required.

振動波形取得部11は、複数の振動波形を取得する。ここでは、L=2とし、2つの振動波形を取得する。 The vibration waveform acquisition unit 11 acquires a plurality of vibration waveforms. Here, L = 2 and two vibration waveforms are acquired.

時系列データ取得部12は、振動波形取得部11が取得した2つの振動波形に対して、図20に示すように、N=5、M=4とし、例えば一定のサンプル周期で5点、4組の時系列データを採取する。ここでは、一方の振動波形y(t)に対して、時系列データ1{y(t+δ),y(t+δ),…,y(t+δ)}と、時系列データ2{y(t+δ),y(t+δ),…,y(t+δ)}とを採取する。また、他方の振動波形y(t)に対して、時系列データ3{y(t+δ),y(t+δ),…,y(t+δ)}と、時系列データ4{y(t+δ),y(t+δ),…,y(t+δ)}とを採取する。 As shown in FIG. 20, the time-series data acquisition unit 12 sets N = 5 and M = 4 for the two vibration waveforms acquired by the vibration waveform acquisition unit 11, for example, 5 points and 4 points in a constant sample cycle. Collect a set of time-series data. Here, for one vibration waveform y 1 (t), time series data 1 {y 1 (t 1 + δ 1 ), y 1 (t 1 + δ 2 ), ..., y 1 (t 1 + δ 5 )} And time series data 2 {y 1 (t 2 + δ 1 ), y 1 (t 2 + δ 2 ), ..., y 1 (t 2 + δ 5 )} are collected. Further, for the other vibration waveform y 2 (t), time series data 3 {y 2 (t 1 + δ 1 ), y 2 (t 1 + δ 2 ), ..., y 2 (t 1 + δ 5 )} , Time series data 4 {y 2 (t 2 + δ 1 ), y 2 (t 2 + δ 2 ), ..., y 2 (t 2 + δ 5 )}.

重み係数決定部13がこれらの時系列データから決定した重み係数を用いた1つの移動平均フィルタで2つの振動モードの振動を抑制した場合の結果を図21及び図22に示す。 21 and 22 show the results when the weighting coefficient determining unit 13 suppresses the vibration of the two vibration modes with one moving average filter using the weighting coefficient determined from these time series data.

これまで、振動が線形な2次の減衰振動について扱ってきたが、多くの非線形振動は振動周波数や減衰係数が状況に応じて非線形に変化する。そのような非線形振動に対しても、これを線形な2次の減衰振動の集合として扱い、実施形態5のように複数の振動モードの振動を抑制するフィルタを設計することで、対応可能である。 So far, we have dealt with the second-order damped vibration in which the vibration is linear, but in many non-linear vibrations, the vibration frequency and damping coefficient change non-linearly depending on the situation. Such non-linear vibration can be dealt with by treating this as a set of linear second-order damped vibrations and designing a filter that suppresses vibrations in a plurality of vibration modes as in the fifth embodiment. ..

図23は、実施形態5におけるフィルタ設計装置10の動作例を示したフローチャートである。 FIG. 23 is a flowchart showing an operation example of the filter design device 10 in the fifth embodiment.

フィルタ設計装置10では、まず、振動波形取得部11が、制御対象の振動波形y(t)(i=1,2,…,L)を取得する(ステップ151)。 In the filter design device 10, first, the vibration waveform acquisition unit 11 acquires the vibration waveform y i (t) (i = 1, 2, ..., L) to be controlled (step 151).

次に、時系列データ取得部12が、振動波形取得部11が取得した振動波形y(t)(i=1,2,…,L)から、N点(N≧1+2×L)、M組(M≧2)の時系列データを取得する(ステップ152)。 Next, the time-series data acquisition unit 12 obtains N points (N ≧ 1 + 2 × L), M from the vibration waveform y i (t) (i = 1, 2, ..., L) acquired by the vibration waveform acquisition unit 11. Acquire time-series data of set i (Mi ≧ 2 ) (step 152).

次いで、重み係数決定部13が、時系列データ取得部12が取得したM+M+…+M組の時系列データのN点と重み係数との積の和が0であるというM+M+…+M個の条件を満たすように、重み係数を決定する(ステップ153)。 Next, the weighting coefficient determination unit 13 says that the sum of the products of the N points of the time-series data of the M 1 + M 2 + ... + ML set acquired by the time-series data acquisition unit 12 and the weighting coefficient is 0 . The weighting coefficient is determined so as to satisfy the conditions of 2 + ... + ML (step 153).

その後、重み係数出力部14が、重み係数決定部13が決定した重み係数を出力する(ステップ154)。 After that, the weighting coefficient output unit 14 outputs the weighting coefficient determined by the weighting coefficient determining unit 13 (step 154).

[実施形態6]
実施形態6では、振動波形取得部11が取得した振動波形y(t)に対して、時系列データ取得部12が、異なるサンプル間隔でサンプリングを行う。具体的には、時系列データ取得部12は、図24に示すように、N=3、M=2とし、例えば異なるサンプル間隔で3点、2組の時系列データを採取する。ここでは、時系列データ1{y(t+δ),y(t+δ),y(t+δ)}と、時系列データ2{y(t+δ),y(t+δ),y(t+δ)}とを採取する。ここで異なるサンプル間隔とは、δ-δ≠δ-δであることを意味する。
[Embodiment 6]
In the sixth embodiment, the time-series data acquisition unit 12 samples the vibration waveform y (t) acquired by the vibration waveform acquisition unit 11 at different sample intervals. Specifically, as shown in FIG. 24, the time-series data acquisition unit 12 sets N = 3 and M = 2, and collects three points and two sets of time-series data at different sample intervals, for example. Here, the time series data 1 {y (t 1 + δ 1 ), y (t 1 + δ 2 ), y (t 1 + δ 3 )} and the time series data 2 {y (t 2 + δ 1 ), y (t). 2 + δ 2 ), y (t 2 + δ 3 )} and are collected. Here, the different sample intervals mean that δ 21 ≠ δ 32 .

重み係数決定部13がこれらの時系列データから決定した重み係数を用いた移動平均フィルタで振動を抑制した場合の結果を図25に示す。図25では、ゲインを1としている。 FIG. 25 shows the result when the weighting coefficient determining unit 13 suppresses the vibration with the moving average filter using the weighting coefficient determined from these time series data. In FIG. 25, the gain is 1.

尚、実施形態6の動作例は、図10において、ステップ102で取得する時系列データをそのサンプル間隔が異なるものに限定するだけであり、処理としては同じなので、説明を省略する。 In addition, in FIG. 10, the operation example of the sixth embodiment is limited to the time-series data acquired in step 102 having different sample intervals, and the processing is the same, so the description thereof will be omitted.

[実施形態7]
通常、1つの振動波形を抑制する移動平均フィルタの重み係数を決定するためには、N≧3、M≧2となり、3点以上のサンプル点を持つ2組以上の時系列データが必要であった。ここで、サンプル間隔を振動周期の半周期とする(サンプル間隔に制約条件を与える)と、N≧2、M≧1となり、2点以上のサンプル点を持つ1組以上の時系列データのみを用いて移動平均フィルタを設計することができる。
[Embodiment 7]
Normally, in order to determine the weighting coefficient of the moving average filter that suppresses one vibration waveform, N ≧ 3 and M ≧ 2, and two or more sets of time series data having three or more sample points are required. rice field. Here, if the sample interval is set to a half cycle of the vibration cycle (constraints are given to the sample interval), N ≧ 2 and M ≧ 1, and only one set or more of time series data having two or more sample points is obtained. It can be used to design a moving average filter.

いま、下記伝達関数で与えられる2次の減衰振動系を考える。 Now, consider a second-order damped vibration system given by the following transfer function.

Figure 0007096760000012
Figure 0007096760000012

この2次の減衰振動系の振動周期Tは、下記式で与えられる。 The vibration period T of this second-order damped vibration system is given by the following equation.

Figure 0007096760000013
Figure 0007096760000013

そこで、実施形態7では、振動波形取得部11が取得した振動波形y(t)に対して、時系列データ取得部12が、サンプル間隔TをT/2とし、図26に示すように、時系列データ1{y(t),y(t+T)}を採取する。図26では、N=2、M=1としている。 Therefore, in the seventh embodiment, the time-series data acquisition unit 12 sets the sample interval Tn to T / 2 with respect to the vibration waveform y (t) acquired by the vibration waveform acquisition unit 11, and as shown in FIG. 26, Time series data 1 {y (t 1 ), y (t 1 + T n )} is collected. In FIG. 26, N = 2 and M = 1.

尚、サンプル間隔を振動周期の半周期とすることは、M個の時系列データの何れかの時系列データに対するN個の時点のうちの隣接する2つの時点の間隔が振動波形の周期の1/2となるように、M個の時系列データを取得することの一例である。 In addition, when the sample interval is set to a half cycle of the vibration cycle, the interval between two adjacent time points out of N time points with respect to any time series data of the M time series data is 1 of the period of the vibration waveform. This is an example of acquiring M time-series data so as to be / 2.

重み係数決定部13は、時系列データ1{y(t),y(t+T)}と重み係数{a,a}との積の和を0とする条件と、(4)式とを満たすように、下記連立方程式から重み係数{a,a}を決定する。 The weighting coefficient determining unit 13 sets the condition that the sum of the products of the time series data 1 {y (t 1 ), y (t 1 + T n )} and the weighting coefficient {a 1 , a 2 } is 0, and (4). ), The weighting coefficients {a 1 , a 2 } are determined from the following simultaneous equations.

Figure 0007096760000014
Figure 0007096760000014

このように決定された重み係数を用いた下記移動平均フィルタは、図27に示すように振動抑制効果を持つ。 The following moving average filter using the weighting coefficient determined in this way has a vibration suppressing effect as shown in FIG. 27.

Figure 0007096760000015
Figure 0007096760000015

尚、実施形態7の動作例は、図10において、ステップ102で取得する時系列データをそのサンプリングが振動周期の半周期であるものに限定するだけであり、処理としては同じなので、説明を省略する。 In addition, in FIG. 10, the operation example of the seventh embodiment is limited to the time-series data acquired in step 102 whose sampling is a half cycle of the vibration cycle, and the processing is the same, so the description thereof is omitted. do.

[実施形態8]
以上では、振動抑制に加え、ゲインが1という条件を用いる場合について示したが、この限りではない。実施形態8では、更に他の条件も追加する。但し、この場合、Nの最小値を大きくする必要はある。
[Embodiment 8]
In the above, the case where the condition that the gain is 1 is used in addition to the vibration suppression has been shown, but this is not the case. In the eighth embodiment, other conditions are added. However, in this case, it is necessary to increase the minimum value of N.

例えば、移動平均フィルタに群遅延特定(全ての周波数で遅延時間が一定である特性)を与える場合、重み係数決定部13は、重み係数{a,a,…,a}を、これらが左右対称であることを示す下記条件を追加して導出すればよい。 For example, when group delay identification (characteristic that the delay time is constant at all frequencies) is given to the moving average filter, the weighting coefficient determining unit 13 sets the weighting coefficients {a 1 , a 2 , ..., a N }. It may be derived by adding the following conditions indicating that is symmetrical.

Figure 0007096760000016
Figure 0007096760000016

尚、これは、N個の重み係数をa,a,…,aとした場合に、a=a,a=aN-1,a=aN-2,…となるように、N個の重み係数を決定することの一例である。 In this case, when N weighting coefficients are a 1 , a 2 , ..., a N , a 1 = a N , a 2 = a N-1 , a 3 = a N-2 , ... This is an example of determining N weighting coefficients so as to be.

或いは、フィルタ出力x(t)の変動をなるべく小さく抑えたい場合、重み係数決定部13は、下記条件を追加してもよい。 Alternatively, when it is desired to suppress the fluctuation of the filter output x (t) as small as possible, the weighting coefficient determining unit 13 may add the following conditions.

Figure 0007096760000017
Figure 0007096760000017

尚、これは、N個の重み係数の絶対値の和が最小になるように、N個の重み係数を決定することの一例である。 This is an example of determining the N weight coefficients so that the sum of the absolute values of the N weight coefficients is minimized.

また、これは、時系列データと重み係数の積の和が0であるという制約と、何れかの重み係数が非ゼロであるという制約とが付いた制約条件付き最適化を行うものである。 Further, this is a constrained conditional optimization with a constraint that the sum of the products of the time series data and the weighting coefficient is 0 and a constraint that any of the weighting coefficients is non-zero.

重み係数決定部13は、この制約条件付き最適化によって、重み係数{a,a,…,a}を決定してもよい。 The weighting coefficient determination unit 13 may determine the weighting coefficient {a 1 , a 2 , ..., A N } by this constrained optimization.

尚、実施形態8の動作例は、図10において、ステップ103で用いる条件に(13)式又は(14)式の条件を追加するだけであり、処理の流れとしては同じなので、説明を省略する。 In the operation example of the eighth embodiment, in FIG. 10, only the condition of the formula (13) or the condition of the formula (14) is added to the condition used in the step 103, and the processing flow is the same, so the description thereof will be omitted. ..

[実施形態9]
実施形態9は、これまで述べた振動抑制の具体的な適用対象に関する実施形態である。図28は、具体的な適用対象の一例であるロボットシステム20の構成例を示した図である。このロボットシステム20では、ロボット21が補助軸の一例であるスライダ22の上に載っており、ワーク23がポジショナ24により位置決めされている。尚、図中、ロボット21には、回転軸として、軸S1乃至S6が示されている。また、ロボットシステム20の構成要素の1つとして、ロボット21を制御するロボットコントローラ30も示されている。
[Embodiment 9]
The ninth embodiment is an embodiment relating to a specific application target of the vibration suppression described so far. FIG. 28 is a diagram showing a configuration example of a robot system 20 which is an example of a specific application target. In this robot system 20, the robot 21 is mounted on a slider 22 which is an example of an auxiliary shaft, and the work 23 is positioned by the positioner 24. In the figure, the robot 21 is shown with axes S1 to S6 as rotation axes. Further, a robot controller 30 that controls the robot 21 is also shown as one of the components of the robot system 20.

ところで、このようなロボットシステム20では、ロボット21の弾性変形に加え、スライダ22、ポジショナ24等の弾性変形によってロボット21の先端やワーク23の振動が発生する。特にスライダ22、ポジショナ24等の弾性変形による振動は振動周期が短く、ロボット21の動作時における振動抑制ニーズが高い。一方で、スライダ22やポジショナ24は一品受注の非汎用品であることが多い。従って、スライダ22やポジショナ24による実際の振動モードの詳細はシステムが完成するまで不明である。このような非汎用品等では特に、システムの完成後、実際の振動モードを速やかに抑制する制御系を構成したいというニーズが高い。 By the way, in such a robot system 20, in addition to the elastic deformation of the robot 21, the tip of the robot 21 and the work 23 vibrate due to the elastic deformation of the slider 22, the positioner 24, and the like. In particular, vibration due to elastic deformation of the slider 22 and the positioner 24 has a short vibration cycle, and there is a high need for vibration suppression during operation of the robot 21. On the other hand, the slider 22 and the positioner 24 are often non-general-purpose products ordered by one product. Therefore, the details of the actual vibration mode by the slider 22 and the positioner 24 are unknown until the system is completed. Especially for such non-general-purpose products, there is a strong need to configure a control system that quickly suppresses the actual vibration mode after the system is completed.

そこで、実施形態9では、ロボットシステム20のような非汎用品が完成した後、試運転時等に、図28に示すように、加速度ピックアップ25をロボット21の先端やワーク23等に設置する。これにより、フィルタ設計装置10が、振動波形を取得し、振動を抑制するフィルタを速やかに設計することが可能となる。 Therefore, in the ninth embodiment, after the non-general-purpose product such as the robot system 20 is completed, the acceleration pickup 25 is installed at the tip of the robot 21, the work 23, or the like, as shown in FIG. 28, during a trial run or the like. This enables the filter design device 10 to acquire a vibration waveform and quickly design a filter that suppresses vibration.

また、このように設計されたフィルタは、ロボットコントローラ30内の何れかのフィルタ挿入位置に挿入するとよい。図29は、ロボットコントローラ30内のフィルタ挿入位置について示した図である。図示するように、ロボットコントローラ30は、指令部31と、制御部32とを備えており、これらとの関係で、フィルタ挿入位置33乃至35が規定されている。ここで、ロボットコントローラ30は、制御対象の振動を抑制する振動抑制装置の一例であり、制御部32は、制御対象を制御する制御手段の一例であり、フィルタ挿入位置33乃至35にある回路は、信号を処理する処理手段の一例である。また、図では、制御対象の位置に、制御対象に対するアクチュエータの一例であるモータ26も示している。 Further, the filter designed in this way may be inserted at any of the filter insertion positions in the robot controller 30. FIG. 29 is a diagram showing a filter insertion position in the robot controller 30. As shown in the figure, the robot controller 30 includes a command unit 31 and a control unit 32, and the filter insertion positions 33 to 35 are defined in relation to these. Here, the robot controller 30 is an example of a vibration suppressing device that suppresses the vibration of the controlled object, the control unit 32 is an example of the control means for controlling the controlled object, and the circuits at the filter insertion positions 33 to 35 are. , Is an example of a processing means for processing a signal. Further, in the figure, the motor 26, which is an example of the actuator for the controlled object, is also shown at the position of the controlled object.

このようなロボットコントローラ30において、フィルタの具体的な挿入形態としては、次のようなものが考えられる。即ち、第一に、制御対象への指令値に対する前置フィルタとして、指令値が指令部31から出力されて制御部32へ入力される前のフィルタ挿入位置33に挿入する、というものである。第二に、制御対象からのフィードバック値に対するノッチフィルタとして、フィードバック値が制御部32へ入力される前のフィルタ挿入位置34に挿入する、というものである。第三に、制御対象を制御する制御部32の出力に対するノッチフィルタとして、制御部32から指令値が出力された後のフィルタ挿入位置35に挿入する、というものである。これにより、実機の振動を完全に抑制可能な制御系を簡単かつ速やかに構成することができる。 In such a robot controller 30, the following can be considered as a specific insertion form of the filter. That is, first, as a pre-filter for the command value to the controlled object, the command value is inserted into the filter insertion position 33 before being output from the command unit 31 and input to the control unit 32. Secondly, as a notch filter for the feedback value from the controlled object, the feedback value is inserted into the filter insertion position 34 before being input to the control unit 32. Thirdly, as a notch filter for the output of the control unit 32 that controls the control target, it is inserted into the filter insertion position 35 after the command value is output from the control unit 32. This makes it possible to easily and quickly configure a control system capable of completely suppressing the vibration of the actual machine.

尚、振動波形の採取は、上記試運転時等のフィルタ設計時に必要なだけで、通常の運転時には加速度ピックアップ25等による振動計測は不要である。従って、余分なセンサコスト増を生じさせることなく、振動を抑制する制御系を簡単かつ速やかに構成することが可能となる。 It should be noted that the collection of the vibration waveform is only necessary at the time of filter design such as the above-mentioned test run, and the vibration measurement by the acceleration pickup 25 or the like is not necessary at the time of normal operation. Therefore, it is possible to easily and quickly configure a control system that suppresses vibration without causing an extra increase in sensor cost.

[フィルタ設計装置及びロボットコントローラのハードウェア構成]
図6のフィルタ設計装置10及び図29のロボットコントローラ30は、例えば、汎用のコンピュータにより実現してよい。そこで、フィルタ設計装置10及びロボットコントローラ30がコンピュータ90により実現されるものとして、このコンピュータ90のハードウェア構成について説明する。
[Hardware configuration of filter design device and robot controller]
The filter design device 10 of FIG. 6 and the robot controller 30 of FIG. 29 may be realized by, for example, a general-purpose computer. Therefore, assuming that the filter design device 10 and the robot controller 30 are realized by the computer 90, the hardware configuration of the computer 90 will be described.

図30は、コンピュータ90のハードウェア構成例を示した図である。図示するように、コンピュータ90は、例えば汎用のPC(Personal Computer)等により実現され、演算手段であるCPU91と、記憶手段であるメインメモリ92及び磁気ディスク装置(HDD:Hard Disk Drive)93とを備える。ここで、CPU91は、OS(Operating System)やアプリケーションソフトウェア等の各種プログラムを実行し、フィルタ設計装置10及びロボットコントローラ30の各機能を実現する。また、メインメモリ92は、各種プログラムやその実行に用いるデータ等を記憶する記憶領域であり、HDD93は、記憶媒体の一例であって、各種プログラムに対する入力データや各種プログラムからの出力データ等を記憶する記憶領域である。 FIG. 30 is a diagram showing a hardware configuration example of the computer 90. As shown in the figure, the computer 90 is realized by, for example, a general-purpose PC (Personal Computer) or the like, and includes a CPU 91 as a calculation means, a main memory 92 as a storage means, and a magnetic disk device (HDD: Hard Disk Drive) 93. Be prepared. Here, the CPU 91 executes various programs such as an OS (Operating System) and application software, and realizes each function of the filter design device 10 and the robot controller 30. Further, the main memory 92 is a storage area for storing various programs and data used for executing the various programs, and the HDD 93 is an example of a storage medium and stores input data for various programs and output data from various programs. It is a storage area to be used.

また、コンピュータ90は、外部との通信を行うための通信I/F94と、ビデオメモリやディスプレイ等からなる表示機構95と、キーボードやマウス等の入力デバイス96と、記憶媒体に対してデータの読み書きを行うためのドライバ97とを備える。尚、図30は、フィルタ設計装置10及びロボットコントローラ30を実現するコンピュータのハードウェア構成を例示するに過ぎず、コンピュータ90は図示の構成に限定されない。 Further, the computer 90 reads / writes data to / from a communication I / F 94 for communicating with the outside, a display mechanism 95 including a video memory and a display, an input device 96 such as a keyboard and a mouse, and a storage medium. It is provided with a driver 97 for performing the above. Note that FIG. 30 merely illustrates the hardware configuration of the computer that realizes the filter design device 10 and the robot controller 30, and the computer 90 is not limited to the illustrated configuration.

[本実施の形態の効果]
以上述べたように、本実施の形態では、サンプル間隔が任意に与えられるN個のサンプル点に重み係数を乗じて平均を出力する移動平均フィルタにおいて、移動平均フィルタで除去したい振動波形のN点の時系列データをM個用意し、M個の時系列データの各サンプル点に重み係数を乗じて加算したものが0に等しいというM個の条件を与え、M個の条件を満たし、かつ、重み係数の少なくとも1つが非ゼロとなるように重み係数を与えるようにした。これにより、振動波形の振動成分を完全に除去できる可能性が高まった。
[Effect of this embodiment]
As described above, in the present embodiment, in the moving average filter that outputs the average by multiplying the N sample points where the sample interval is arbitrarily given by the weighting coefficient, the N points of the vibration waveform to be removed by the moving average filter. Prepare M time-series data of, give M conditions that the sum of each sample point of M time-series data multiplied by a weighting coefficient is equal to 0, satisfy the M conditions, and The weighting coefficient is given so that at least one of the weighting coefficients is non-zero. This has increased the possibility that the vibration component of the vibration waveform can be completely removed.

10…フィルタ設計装置、11…振動波形取得部、12…時系列データ取得部、13…重み係数決定部、14…重み係数出力部、20…ロボットシステム、21…ロボット、22…スライダ、23…ワーク、24…ポジショナ、25…加速度ピックアップ、26…モータ、30…ロボットコントローラ、31…指令部、32…制御部、33,34,35…フィルタ挿入位置 10 ... Filter design device, 11 ... Vibration waveform acquisition unit, 12 ... Time series data acquisition unit, 13 ... Weight coefficient determination unit, 14 ... Weight coefficient output unit, 20 ... Robot system, 21 ... Robot, 22 ... Slider, 23 ... Work, 24 ... Positioner, 25 ... Accelerometer pickup, 26 ... Motor, 30 ... Robot controller, 31 ... Command unit, 32 ... Control unit, 33, 34, 35 ... Filter insertion position

Claims (17)

減衰を伴う入力振動波形の振動成分を除去するためのフィルタであって、任意の間隔のN個(N≧2)の時点の当該入力振動波形の値にN個の重み係数をそれぞれ乗じて平均を算出するフィルタに対して、当該N個の重み係数を与えるフィルタ設計装置であって、
採取された振動波形から、各時系列データが当該各時系列データに対するN個の時点の当該振動波形の値を含むM個(M≧1)の時系列データを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された前記M個の時系列データの各時系列データに対する前記N個の時点の前記振動波形の値を要素に持つ行列のヌルスペースの基底ベクトルの線形和で与えられる前記N個の重み係数を決定する決定手段と、
前記決定手段により決定された前記N個の重み係数を出力する出力手段と
を備えたことを特徴とするフィルタ設計装置。
It is a filter for removing the vibration component of the input vibration waveform accompanied by attenuation, and is averaged by multiplying the value of the input vibration waveform at the time point of N (N ≧ 2) at an arbitrary interval by N weight coefficients. It is a filter design device that gives the N weight coefficients to the filter that calculates
An acquisition means for acquiring M (M ≧ 1) time-series data including the values of the vibration waveforms at N time points for each time-series data from the collected vibration waveforms .
The said is given by the linear sum of the basis vectors of the null space of the matrix having the values of the vibration waveforms at the N time points as elements for each time series data of the M time series data acquired by the acquisition means. Determining means for determining N weight coefficients,
A filter design device including an output means for outputting the N weighting coefficients determined by the determination means.
前記取得手段は、前記M個(M≧2)の時系列データの第1の時系列データに対するN個の時点の間隔と、前記M個の時系列データの第2の時系列データに対するN個の時点の間隔とが等しくなるように、前記M個の時系列データを取得することを特徴とする請求項1に記載のフィルタ設計装置。 The acquisition means has N time intervals for the first time series data of the M time series data (M ≧ 2) and N time points for the second time series data of the M time series data. The filter design apparatus according to claim 1, wherein the M time-series data are acquired so that the intervals at the time points of the above are equal to each other. 前記取得手段は、前記M個(M≧2)の時系列データの第1の時系列データに対するN個の時点と、前記M個の時系列データの第2の時系列データに対するN個の時点とが少なくとも部分的に重複するように、前記M個の時系列データを取得することを特徴とする請求項1に記載のフィルタ設計装置。 The acquisition means has N time points for the first time series data of the M (M ≧ 2) time series data and N time points for the second time series data of the M time series data. The filter design apparatus according to claim 1, wherein the M time-series data are acquired so that the two are at least partially overlapped with each other. 前記取得手段は、前記M個の時系列データの何れかの時系列データに対するN個の時点のうちの隣接する2つの時点の間隔が前記振動波形の周期よりも長くなるように、前記M個の時系列データを取得することを特徴とする請求項1に記載のフィルタ設計装置。 The acquisition means has the M pieces so that the interval between two adjacent time points out of the N time points with respect to any time series data of the M time series data is longer than the period of the vibration waveform. The filter design apparatus according to claim 1, wherein the time-series data of the above is acquired. 前記取得手段は、前記M個の時系列データの何れかの時系列データに対するN個の時点のうちの隣接する2つの時点の間隔が前記振動波形の周期の1/2となるように、前記M個の時系列データを取得することを特徴とする請求項1に記載のフィルタ設計装置。 The acquisition means said that the interval between two adjacent time points out of N time points with respect to any time series data of the M time series data is 1/2 of the period of the vibration waveform. The filter design apparatus according to claim 1, wherein M time-series data are acquired. 前記決定手段は、前記N個の重み係数のうちの指定された重み係数が指定された値となるように、当該N個の重み係数を決定することを特徴とする請求項1に記載のフィルタ設計装置。 The filter according to claim 1, wherein the determination means determines the N weight coefficients so that the specified weight coefficient among the N weight coefficients becomes a specified value. Design equipment. 前記決定手段は、前記N個の重み係数の和が指定された値となるように、当該N個の重み係数を決定することを特徴とする請求項1に記載のフィルタ設計装置。 The filter design device according to claim 1, wherein the determination means determines the N weight coefficients so that the sum of the N weight coefficients becomes a designated value. 前記指定された値は、1であることを特徴とする請求項7に記載のフィルタ設計装置。 The filter design apparatus according to claim 7, wherein the specified value is 1. 前記決定手段は、前記N個の重み係数をa,a,…,aとした場合に、a=a,a=aN-1,a=aN-2,…となるように、当該N個の重み係数を決定することを特徴とする請求項1に記載のフィルタ設計装置。 The determining means has a 1 = a N , a 2 = a N-1 , a 3 = a N-2 , ... When the N weighting coefficients are a 1 , a 2 , ..., A N. The filter design apparatus according to claim 1, wherein the N weighting coefficients are determined so as to be. 前記決定手段は、前記N個の重み係数の絶対値の和が最小になるように、当該N個の重み係数を決定することを特徴とする請求項1に記載のフィルタ設計装置。 The filter design apparatus according to claim 1, wherein the determination means determines the N weight coefficients so that the sum of the absolute values of the N weight coefficients is minimized. 前記取得手段は、振動周期が異なるL個(L≧2)の振動波形y(t)(i=1,2,…,L)から、各時系列データが当該各時系列データに対するN個(N≧2×L+1)の時点の当該振動波形y(t)の値を含むM個(M≧2)の時系列データを取得し、
前記決定手段は、前記取得手段により取得されたM+M+…+M個の時系列データの各時系列データについて、当該各時系列データに対するN個の時点の当該各時系列データに対応する前記振動波形y(t)の値の各値に前記N個の重み係数のうちの対応する重み係数を乗じて加算した値が0であるという条件が満たされるように、当該N個の重み係数を決定することを特徴とする請求項1に記載のフィルタ設計装置。
The acquisition means has N pieces of each time-series data for each time-series data from L (L ≧ 2) vibration waveforms y i (t) (i = 1, 2, ..., L) having different vibration cycles. Acquire Mi (Mi 2) time series data including the value of the vibration waveform y i (t) at the time of (N ≧ 2 × L + 1).
The determination means corresponds to each time-series data at N time points with respect to each time-series data for each time-series data of M 1 + M 2 + ... + ML acquired by the acquisition means. The condition that the value obtained by multiplying each value of the vibration waveform y i (t) by the corresponding weighting coefficient among the N weighting coefficients is 0 is satisfied. The filter design apparatus according to claim 1, wherein the weighting coefficient is determined.
減衰を伴う制御対象の振動を抑制する振動抑制装置であって、
前記制御対象を制御する制御手段と、
請求項1乃至請求項11の何れかに記載のフィルタ設計装置により前記N個の重み係数が与えられた前記フィルタを用いて、前記制御手段に入力される信号又は前記制御手段から出力された信号を処理する処理手段と
を備えたことを特徴とする振動抑制装置。
A vibration suppression device that suppresses vibration of a controlled object that accompanies damping.
A control means for controlling the control target and
A signal input to the control means or a signal output from the control means by using the filter to which the N weight coefficients are given by the filter design device according to any one of claims 1 to 11. A vibration suppression device characterized by being provided with a processing means for processing.
前記処理手段は、前記フィルタを用いて、前記制御手段に入力される前記制御対象に対して指令を行うための前記信号を処理することを特徴とする請求項12に記載の振動抑制装置。 The vibration suppression device according to claim 12, wherein the processing means uses the filter to process the signal for issuing a command to the control target input to the control means. 前記処理手段は、前記フィルタを用いて、前記制御対象からフィードバックされて前記制御手段に入力される前記信号を処理することを特徴とする請求項12に記載の振動抑制装置。 The vibration suppression device according to claim 12, wherein the processing means uses the filter to process the signal that is fed back from the control target and input to the control means. 前記処理手段は、前記フィルタを用いて、前記制御対象から出力された前記制御対象に対して指令を行うための前記信号を処理することを特徴とする請求項12に記載の振動抑制装置。 The vibration suppression device according to claim 12, wherein the processing means uses the filter to process the signal for issuing a command to the control target output from the control target. 減衰を伴う入力振動波形の振動成分を除去するためのフィルタであって、任意の間隔のN個(N≧2)の時点の当該入力振動波形の値にN個の重み係数をそれぞれ乗じて平均を算出するフィルタに対して、コンピュータが、当該N個の重み係数を与えるフィルタ設計方法であって、
前記コンピュータの取得手段が、採取された振動波形から、各時系列データが当該各時系列データに対するN個の時点の当該振動波形の値を含むM個(M≧1)の時系列データを取得する取得ステップと、
前記コンピュータの決定手段が、前記取得ステップで取得された前記M個の時系列データの各時系列データに対する前記N個の時点の前記振動波形の値を要素に持つ行列のヌルスペースの基底ベクトルの線形和で与えられる前記N個の重み係数を決定する決定ステップと、
前記コンピュータの出力手段が、前記決定ステップで決定された前記N個の重み係数を出力する出力ステップと
を含むことを特徴とするフィルタ設計方法。
It is a filter for removing the vibration component of the input vibration waveform accompanied by attenuation, and is averaged by multiplying the value of the input vibration waveform at the time point of N (N ≧ 2) at an arbitrary interval by N weight coefficients. This is a filter design method in which the computer gives the N weight coefficients to the filter that calculates.
The acquisition means of the computer acquires M (M ≧ 1) time-series data including the values of the vibration waveforms at N time points with respect to the time-series data for each time-series data from the collected vibration waveforms. To get the steps and
The determination means of the computer is a null space basis vector of a matrix having the values of the vibration waveforms at the N time points as elements for each time series data of the M time series data acquired in the acquisition step. A determination step for determining the N weight coefficients given by the linear sum of
A filter design method, wherein the output means of the computer includes an output step for outputting the N weighting coefficients determined in the determination step.
減衰を伴う入力振動波形の振動成分を除去するためのフィルタであって、任意の間隔のN個(N≧2)の時点の当該入力振動波形の値にN個の重み係数をそれぞれ乗じて平均を算出するフィルタに対して、当該N個の重み係数を与えるフィルタ設計装置として、コンピュータを機能させるプログラムであって、
前記コンピュータを、
採取された振動波形から、各時系列データが当該各時系列データに対するN個の時点の当該振動波形の値を含むM個(M≧1)の時系列データを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された前記M個の時系列データの各時系列データに対する前記N個の時点の前記振動波形の値を要素に持つ行列のヌルスペースの基底ベクトルの線形和で与えられる前記N個の重み係数を決定する決定手段と、
前記決定手段により決定された前記N個の重み係数を出力する出力手段と
して機能させるためのプログラム。
It is a filter for removing the vibration component of the input vibration waveform accompanied by attenuation, and is averaged by multiplying the value of the input vibration waveform at the time point of N (N ≧ 2) at an arbitrary interval by N weight coefficients. A program that causes a computer to function as a filter design device that gives the N weight coefficients to the filter that calculates.
The computer
An acquisition means for acquiring M (M ≧ 1) time-series data including the values of the vibration waveforms at N time points for each time-series data from the collected vibration waveforms .
The said is given by the linear sum of the basis vectors of the null space of the matrix having the values of the vibration waveforms at the N time points as elements for each time series data of the M time series data acquired by the acquisition means. Determining means for determining N weight coefficients,
A program for functioning as an output means for outputting the N weight coefficients determined by the determination means.
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