JPH03154512A - Adaptive digital filter - Google Patents
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- Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、フィルタ係数を可変して未知システムに適用
される適応ディジタルフィルタに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an adaptive digital filter that is applied to an unknown system by varying filter coefficients.
従来、この種の適応ディジタルフィルタとじては、第3
図に示されるように、可変のフィルり係数a+ (K
”l (1=0. 1. 2.−・”、 L)をもつ
F I R(Finite Impulse Re5p
onse)テ”イジタ/l。Conventionally, this type of adaptive digital filter uses a third filter.
As shown in the figure, the variable fill coefficient a+ (K
F I R (Finite Impulse Re5p) with "l (1=0.1.2.-・", L)
once) Te”Ijita/l.
フィルタ11を用いて、フィルり係数a、 、 (:
K Eを未知システム12の係数り、 [K)(i
=0゜1.2.・・・・・・、L)に収束させるように
したものがある。これは未知システム12をFIR型デ
ィジタルフィルタと仮定し、フィルタ係数at [K
〕を推定するものである。この場合のフィルり係数a、
〔K〕を未知システムの係数h1 〔K〕に収束させ
るアルゴリズムとしては、下記(1)式で示されるL
M S (Least !、(ean 5quare
)アルコリズムがある。Using the filter 11, the filling coefficient a, , (:
K E is the coefficient of unknown system 12, [K)(i
=0°1.2. ......, there is one that converges to L). This assumes that the unknown system 12 is an FIR type digital filter, and the filter coefficient at [K
] is estimated. In this case, the fill coefficient a,
As an algorithm to converge [K] to the coefficient h1 [K] of the unknown system, L shown in the following equation (1) is used.
M S (Least!, (ean 5square
) There is alcoholism.
at [K+l]= a、 LK]−2a ゛
ε [Kコ ° x[K−iコ・・・・・・ (1)
ここで、αはステップサイズと呼ばれ、系の安定性と収
束のスピードとのトレードオフで決定される重み係数で
ある。また、安定性を保障するための重み係数αの制限
は下記く2)式で示される。at [K+l]=a, LK]-2a ゛
ε [Kko ° x[K−iko... (1) Here, α is called the step size, and is a weighting coefficient determined by the trade-off between system stability and convergence speed. be. Further, the limit on the weighting coefficient α for ensuring stability is shown in the following equation 2).
]
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、従来の適応ディジタルフィルタでは、(2)
式の条件を満たしかつ系の安定性と収束のスピードを考
慮して重み係数αを定めるようにしているが、その重み
係数′αは固定であるので、追従型適応ディジタルフィ
ルタの場合、未知システム12のバラメークが急な変化
に追従できないという欠点がある。] [Problem to be solved by the invention] However, in the conventional adaptive digital filter, (2)
The weighting coefficient α is determined by satisfying the conditions of the equation and taking into account the stability and convergence speed of the system. However, since the weighting coefficient ′α is fixed, in the case of a tracking adaptive digital filter, the unknown system The disadvantage is that the 12 rose makeup cannot follow sudden changes.
以下、第4図ないし第13図に示すシミュレーション結
果を参照しながら、従来の適応ディジクルフィルタの欠
点を説明する。以下の説明では、フィルタの次数を2次
とする。したがって、未知システム12の係数ht
[:K)はり。〔K〕、h[K、]、h、[’K]とな
り、適応ディジタルフィルタ11のフィルタ係数arc
K]はa。Hereinafter, the drawbacks of the conventional adaptive dicicle filter will be explained with reference to the simulation results shown in FIGS. 4 to 13. In the following description, the order of the filter is assumed to be second order. Therefore, the coefficient ht of the unknown system 12
[:K) Hari. [K], h[K,], h, ['K], and the filter coefficient arc of the adaptive digital filter 11 is
K] is a.
〔K〕、aエ 〔K〕、a2 〔K〕となる。[K], ae [K], a2 [K].
第4図ないし第8図は未知システム12の係数h+
(K)(i=0.1.2)が一定値である場合の適応デ
ィジタルフィルタ11のフィルタ係数ai (K)(
i=o、l、2)の係数h、〔K〕への収束の様子を示
すものである。第4図はα0.11第5図はα−0,5
、第6図はα=140、第7図はα−2,0、第8図は
α−3,0の場合の特性をそれぞれ示している。これら
から明らかなように、重み係数(ステップサイズ)αが
小さいと収束時間が長く、αが大きくなると第8図に見
られるように定常状態に達する前に激しい振動区間が存
在し、a、 〔K〕の適応動作上好ましくない問題が生
じる。Figures 4 to 8 show the coefficient h+ of the unknown system 12.
Filter coefficient ai (K)(
This shows how the coefficients h and [K] of i=o, l, 2) converge. Figure 4 is α0.11 Figure 5 is α-0.5
, FIG. 6 shows the characteristics when α=140, FIG. 7 shows the characteristics when α-2,0, and FIG. 8 shows the characteristics when α-3,0. As is clear from these, when the weighting coefficient (step size) α is small, the convergence time is long, and when α is large, there is a period of severe oscillation before reaching the steady state as seen in Figure 8, and a, [ An undesirable problem arises in terms of the adaptive operation of [K].
また、未知システム12の係数hl (K) (i
=0.1.2)が変化する場合について、第9図ないし
第13図にat (K)のり、〔K〕ヘノ追従の様子
を示す。第9図はα=0.1、第10図はα=0. 5
、第11図はα=1.0、第12図はα=2.0、第1
3図はα=3.0の場合の特性をそれぞれ示している。Also, the coefficient hl (K) (i
9 to 13 show the behavior of at (K) and [K] heno tracking in the case where 0.1.2) changes. In FIG. 9, α=0.1, and in FIG. 10, α=0. 5
, α=1.0 in FIG. 11, α=2.0 in FIG.
Figure 3 shows the characteristics when α=3.0.
すなわち、αが小さいときはao [:K)はり。〔
K〕の変化に全く追従できず、最も時間変化の緩やかな
hz [K)にも満足に追従できていない。αの大き
い(α=30)場合はho (K)への追従はできて
いるが、逆に時間変化の緩やかな場合(a2 [K1の
場合)はh2 [K]へ定性的には追従してはいるが、
h2 〔K〕の上下へのばらつきが大きくなっている。That is, when α is small, ao [:K) beam. [
K] cannot be followed at all, and even hz [K), which has the slowest temporal change, cannot be satisfactorily followed. When α is large (α = 30), ho (K) can be tracked, but conversely, when the time change is slow (a2 [K1)], h2 [K] cannot be qualitatively tracked. However,
The vertical variation of h2 [K] is increasing.
このように従来の適応ディジタルフィルタでは、重み係
数(ステップサイズ)αが固定されており、追従型適応
フィルタの場合、未知システムのパラメータが急な変化
に追従できないという欠点がある。As described above, in the conventional adaptive digital filter, the weighting coefficient (step size) α is fixed, and in the case of the tracking type adaptive filter, there is a drawback that it cannot follow sudden changes in the parameters of the unknown system.
本発明の適応ディジタルフィルタは、入力信号に基づい
て所定のフィルタ出力を演算するメインFIRフィルタ
と、このメインFIRフィルタのフィルタ係数を格納す
るためのフィルタ係数格納用レジスタと、入力信号の2
乗値を求める2乗計算部と、正の一様乱数で定まる重み
係数を格納するための重み係数格納用レジスタと、重み
係数および入力信号の2乗値に基づいて重み付き2乗和
を算出するためのサブFIRフィルタと、重み付き2乗
和にオフセットが加算された値でメインFIRフィルタ
のフィルタ出力と未知システムの出力との誤差を除算す
る除算部と、この除算結果と現在のフィルタ係数と現在
の重み係数および人力値に基づいて次の時点のフィルタ
係数を求め、それを更新するためのフィルタ係数更新部
とを具備している。The adaptive digital filter of the present invention includes a main FIR filter that calculates a predetermined filter output based on an input signal, a filter coefficient storage register for storing filter coefficients of the main FIR filter, and a filter coefficient storage register that stores filter coefficients of the main FIR filter.
A square calculation unit that calculates a multiplicative value, a weighting coefficient storage register that stores a weighting coefficient determined by a positive uniform random number, and a weighted sum of squares that is calculated based on the weighting coefficient and the squared value of the input signal. a sub-FIR filter for dividing the error between the filter output of the main FIR filter and the output of the unknown system by a value obtained by adding an offset to the weighted sum of squares; and a filter coefficient updating unit for determining and updating the filter coefficients at the next time point based on the current weighting coefficients and manual values.
これにより、本発明の適応ディジタルフィルタは、重み
係数を固定値αから可変値α1 とすると共に、フィル
タ係数を下記(3)式で示される更新アルゴリズムにて
決定するので、適応ディジタルフィルタの追従性を良好
にできる。As a result, the adaptive digital filter of the present invention changes the weighting coefficient from a fixed value α to a variable value α1, and also determines the filter coefficient using the updating algorithm shown in equation (3) below, so that the followability of the adaptive digital filter is improved. can be improved.
ai [K+1]
al [Kl−α、[K1 “
ε’ [K+1] −x[K+1−il〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図および第2図を参照し
て説明する。ai [K+1] al [Kl-α, [K1 "ε' [K+1] -x[K+1-il [Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. .
第1図は本発明の適応ディジタルフィルタ11を未知シ
ステム12に適用したブロック図である。FIG. 1 is a block diagram in which an adaptive digital filter 11 of the present invention is applied to an unknown system 12.
適応ディジタルフィルタ11への入力信号X[K)は、
メインFIRフィルタ13.2乗計算部14および未知
システム12に入力される。メインFIRフィルタ13
に入力された入力信号X[K)はフィルタ係数格納用レ
ジスタ15に格納されているフィルタ係数a+ [K
)で決まるFIRフィルタ動作を行い、その結果を9〔
Klとして出力する。また、2乗計算部14では入力信
号x (K)を2乗してx’ (Klを算出し、サブ
FIRフィルタ16に出力する。サブFIRフィルタ1
6は重み係数格納用レジスタ17に格納された重み係数
α1 〔KlにしたがってメインFIRフィルタ13と
同様の動作を行い、その結果を重み付き2乗和計算結果
Eα、x2 (K−i〕として出力する。ここで、重み
係数格納用レジスタに格納された重み係数α1 〔Kl
は、−様乱数発生部18で発生した正の一様乱数に基づ
いて定められる。The input signal X[K) to the adaptive digital filter 11 is
The main FIR filter 13 is inputted to the square calculation section 14 and the unknown system 12. Main FIR filter 13
The input signal X[K) input to the filter coefficient a+[K
), and the result is 9 [
Output as Kl. In addition, the square calculation unit 14 squares the input signal x (K) to calculate x' (Kl, and outputs it to the sub-FIR filter 16.
6 is the weighting coefficient α1 stored in the weighting coefficient storage register 17 [Kl] It performs the same operation as the main FIR filter 13, and outputs the result as the weighted sum of squares calculation result Eα,x2 (K-i). Here, the weighting coefficient α1 [Kl
is determined based on positive uniform random numbers generated by the −-like random number generating section 18.
次に、サブFIRフィルタ16の出力である重み付き2
乗和計算結果Σα[K2 (K l:lは、オフセッ
ト19からのオフセット値1.0を加算器20で加算さ
れ、除算部21に人力される。この除算部21には、減
算器22で算出されたメインFIRフィルタ13の出力
V (Klと未知システム12の出力y [K:Iとの
差? [Kl −y CK〕も人力され、重み付き2乗
和にオフセントが加算された値(l+ΣαIx” (
K i〕)でメインFIRフィルタ13のフィルタ出
力と未知システム12の出力との差(9[K) −y
f:K) )を除算する。Next, the weighted 2
The multiplicative sum calculation result Σα[K2 (K l:l is obtained by adding the offset value 1.0 from the offset 19 in the adder 20 and manually inputting it to the division unit 21. The calculated output V of the main FIR filter 13 (Kl and the difference between the output y of the unknown system 12 [K:I? [Kl - y CK] is also manually calculated, and the value obtained by adding the offset to the weighted sum of squares ( l+ΣαIx” (
K i]) is the difference between the filter output of the main FIR filter 13 and the output of the unknown system 12 (9[K) −y
Divide f:K) ).
この除算結果<9 (K)−y [K))/ (1+Σ
αLX2 〔K−i))はフィルタ係数更新部23に入
力される。フィルタ係数更新部23では、この除算結果
の人力があると、フィルタ係数格納レジスタ15より現
在のフィルタ係数a+ [K)の値をロードし、また
重み係数格納レジスタ17より現在の重み係数α1 〔
Klの値をロードすると共に、メインFIRフィルタ1
3より人力値X1:K] 、 x CK −1] 、
−−−−−−、x [:に−LEをロードする。そして
、前記した(3)式にしたがってフィルタ係数a+〔K
lを更新し、フィルタ係数格納レジスタ15を介してメ
インFrRフィルタ13に転送する。This division result <9 (K)-y [K))/ (1+Σ
αLX2 [K−i)) is input to the filter coefficient updating unit 23. When the filter coefficient updating unit 23 has the manual power of this division result, it loads the value of the current filter coefficient a+ [K) from the filter coefficient storage register 15, and also loads the value of the current weighting coefficient α1 [K] from the weighting coefficient storage register 17.
While loading the value of Kl, the main FIR filter 1
From 3, the human power value X1:K], x CK -1],
Load -LE into -------, x [:. Then, the filter coefficient a+[K
l is updated and transferred to the main FrR filter 13 via the filter coefficient storage register 15.
このような動作を新しい入力信号が人力されるたびに行
うことにより、未知システム12へノ追従動作を実現す
る。By performing such an operation every time a new input signal is manually input, the following operation to the unknown system 12 is realized.
第2図は第1図で示される適応ディジタルフィルタ11
を、計算機を用いてシュミレーションを行った結果であ
る。FIG. 2 shows the adaptive digital filter 11 shown in FIG.
This is the result of a computer simulation.
この図かられかるように、適応フィルタの未知システム
12への追従は、従来技術のそれと比べて十分な改善が
されていることがわかる。As can be seen from this figure, the adaptive filter's tracking of the unknown system 12 is sufficiently improved compared to that of the prior art.
以上説明したように本発明によれば、フィルタ係数の更
新を(3)式で示す更新アルゴリズムにて更新し、かつ
重み係数α、〔K〕を固定値から正の一様乱数とするこ
とにより、適応フィルタの追従性を良好にできるという
効果がある。As explained above, according to the present invention, the filter coefficients are updated using the update algorithm shown in equation (3), and the weighting coefficients α and [K] are changed from fixed values to positive uniform random numbers. This has the effect of improving the followability of the adaptive filter.
第1図は本発明の一実施例を示すブロック図、第2図は
本発明の特性を示す特性図、第3図は従来例を示すブロ
ック図、第4図ないし第13図は従来の特性を示す特性
図である。
11・・・・・・適応ディジタルフィルタ、12・・・
・・・未知システム、
13・・・・・・メインFIRフィルタ、14・・・・
・・2乗計算部、
15・・・・・・フィルタ係数格納用レジスタ、6・・
・・・・サブFIRシステム、
7・・・・・・重み係数格納用レジスタ、8・・・・・
・−様乱数発生部、
9・・・・・・オフセット、20・・・・・・加算器、
1・・・・・・除算部、22・・・・・・減算器、3・
・・・・・フィルタ係数更新部。Fig. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a characteristic diagram showing the characteristics of the present invention, Fig. 3 is a block diagram showing a conventional example, and Figs. 4 to 13 are characteristic diagrams of the conventional example. FIG. 11...Adaptive digital filter, 12...
...Unknown system, 13...Main FIR filter, 14...
... Square calculation unit, 15 ... Filter coefficient storage register, 6 ...
...Sub FIR system, 7...Register for storing weighting coefficients, 8...
--like random number generator, 9...offset, 20...adder,
1...Division section, 22...Subtractor, 3.
...Filter coefficient update section.
Claims (1)
メインFIRフィルタと、 このメインFIRフィルタのフィルタ係数を格納するた
めのフィルタ係数格納用レジスタと、前記入力信号の2
乗値を求める2乗計算部と、正の一様乱数で定まる重み
係数を格納するための重み係数格納用レジスタと、 前記重み係数および前記入力信号の2乗値に基づいて重
み付き2乗和を算出するためのサブFIRフィルタと、 前記重み付き2乗和にオフセットが加算された値で前記
メインFIRフィルタのフィルタ出力と未知システムの
出力との誤差を除算する除算部と、この除算結果と現在
の前記フィルタ係数と現在の前記重み係数および前記入
力値に基づいて次の時点の前記フィルタ係数を求め、そ
れを更新するためのフィルタ係数更新部 とを具備することを特徴とする適応ディジタルフィルタ
。 2、前記フィルタ係数更新部は下記の演算式によりフィ
ルタ係数を求めることを特徴とする請求項1記載の適応
ディジタルフィルタ。 a_i[K+1]= a_i[K]−α_i[K]・ε′[K+1]・x[K
+1−i]{ただし、 ε′[K+1]=▲数式、化学式、表等があります▼ α_i〔K〕:正の一様乱数[Claims] 1. A main FIR filter that calculates a predetermined filter output based on an input signal; a filter coefficient storage register for storing filter coefficients of the main FIR filter; and 2.
a square calculation unit for calculating a multiplication value; a weighting coefficient storage register for storing a weighting coefficient determined by a positive uniform random number; and a weighted sum of squares based on the weighting coefficient and the square value of the input signal. a sub-FIR filter for calculating the weighted sum of squares; a division unit that divides the error between the filter output of the main FIR filter and the output of the unknown system by a value obtained by adding an offset to the weighted sum of squares; An adaptive digital filter characterized by comprising a filter coefficient updating unit for determining and updating the filter coefficient at the next time based on the current filter coefficient, the current weighting coefficient, and the input value. . 2. The adaptive digital filter according to claim 1, wherein the filter coefficient updating section calculates the filter coefficients using the following arithmetic expression. a_i[K+1] = a_i[K]−α_i[K]・ε′[K+1]・x[K
+1-i] {However, ε′ [K+1] = ▲ There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc. ▼ α_i [K]: Positive uniform random number
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29249389A JPH03154512A (en) | 1989-11-13 | 1989-11-13 | Adaptive digital filter |
Applications Claiming Priority (1)
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JP29249389A JPH03154512A (en) | 1989-11-13 | 1989-11-13 | Adaptive digital filter |
Publications (1)
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JP29249389A Pending JPH03154512A (en) | 1989-11-13 | 1989-11-13 | Adaptive digital filter |
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JP (1) | JPH03154512A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108075746A (en) * | 2016-11-18 | 2018-05-25 | 恩智浦有限公司 | The method of sef-adapting filter and operation sef-adapting filter |
-
1989
- 1989-11-13 JP JP29249389A patent/JPH03154512A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108075746A (en) * | 2016-11-18 | 2018-05-25 | 恩智浦有限公司 | The method of sef-adapting filter and operation sef-adapting filter |
CN108075746B (en) * | 2016-11-18 | 2023-04-07 | 恩智浦有限公司 | Adaptive filter and method of operating an adaptive filter |
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