JPH05155543A - 速度帰還信号のフィルタリング方法 - Google Patents

速度帰還信号のフィルタリング方法

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JPH05155543A
JPH05155543A JP4144340A JP14434092A JPH05155543A JP H05155543 A JPH05155543 A JP H05155543A JP 4144340 A JP4144340 A JP 4144340A JP 14434092 A JP14434092 A JP 14434092A JP H05155543 A JPH05155543 A JP H05155543A
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filtering
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 制御ループに何ら付加的遅延を生じることな
く、速度制御器の能力を増進でき、エレベータシステム
における移送の快適性を高めることができる速度帰還信
号のサンプリング方法を提供する。 【構成】 エレベータモータ3の速度制御器を有し、モ
ータ3の回転速度を測定するエレベータモータ駆動装置
における速度帰還信号をフィルタリングするにあたり、
前記速度帰還信号をサンプリングし、前記速度帰還信号
のノイズをろ波する予測法によって次のサンプルの予測
値を算出し、一つのサンプルに対応する時間だけ予測値
を遅延して最新のサンプルの推定値を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、エレベータモータの
速度制御器を有し、モータの回転速度を測定するエレベ
ータモータ駆動装置における速度帰還信号のフィルタリ
ング方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】エレベータ駆動装置において、速度帰還
信号のノイズを抑圧するため、一般にローパスフィルタ
が用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ローパスフィ
ルタを用いると、原信号の処理に遅延が生じ、このため
サーボ制御が非常に困難になる。また、非直線中央値フ
ィルタ(median filter)を用いて、速度計用発電機によ
って測定される帰還信号をフィルタリングすることが行
われているが、この場合にはさらに、制御ループに不所
望な付加的遅延が生じる。速度計の出力信号に現れるノ
イズについては、例えば、IEEE Transactions on
Instrumentation and Measurement vol.37,no.3,Sep.19
88,pp.466-468 で、S.J.Ovaskaは、「Multistage digit
al prefiltering of noisy tachometer signals 」を発
表している。
【0004】この発明の目的は、上記の公知の方法にお
ける欠点を除去することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明は、エレベータ
モータの速度制御器を有し、モータの回転速度を測定す
るエレベータモータ駆動装置における速度帰還信号をフ
ィルタリングするもので、速度帰還信号から得たサンプ
ルを予測および遅延することに基づき、前記速度帰還信
号をサンプリングし、前記速度帰還信号のノイズをろ波
する予測法によって次のサンプルの予測値を算出し、一
つのサンプルに対応する時間だけ予測値を遅延して最新
のサンプルの推定値を生成することを特徴とするもので
ある。
【0006】この発明は、通常の速度計用発電機から得
られる速度帰還信号に含まれるノイズの抑圧と、パルス
エンコーダのパルス長から算出して得られる速度信号に
含まれるランダムエラーの減少との双方に適用すること
ができる。この発明によれば、制御ループに何らの付加
的遅延を生じることはない。この方法を実施することに
より、速度制御器の標準制御パターンに対する追従能力
を増進でき、その結果エレベータシステムによって供さ
れる移送の快適性を高めることができる。
【0007】
【実施例】図1に示すエレベータシステムにおいて、コ
ネクタ1a〜1cにより三相回路網L1〜L3に接続さ
れた周波数変換器2は、三相かご形モータ3に給電す
る。モータの回転は、シャフト4を介して牽引滑車5に
伝達され、ホイストロープ6によってエレベータかご7
およびカウンタウエイト8が移動する。周波数変換器2
は、速度制御器を構成する制御ユニット9によって制御
する。モータの回転速度は、速度計用発電機10で測定
し、その速度帰還信号をフィルタ11によってろ波して
制御ユニット9に供給する。
【0008】この発明のフィルタリング方法は、ローパ
スタイプの周波数レスポンスを持つ予測器の使用に基づ
いている。この発明によれば、予測器の出力は、得られ
るべき最新の実際のサンプルに対する推定値となるよう
に一つのサンプルに対応する量で遅延される。
【0009】図2は、エレベータモータの速度帰還信号
の典型的な周波数レスポンス13と、ローパスタイプの
周波数レスポンスを有する予測器の周波数レスポンス1
4とを表す簡略化したグラフを示すものである。図2か
ら明らかなように、このような予測器は、高周波数帯を
抑圧することで、速度信号に含まれるノイズを有効に除
去することができる。
【0010】この発明に適用するのに好適な有限インパ
ルス応答(FIR;Finite ImpulseResponse)タイプの
予測方法は、例えば、IEEE Transactions on Acou
stic,Speech and Signal Processing,vol.36,no.6,Jun.
1988,pp.892-899 「FIR-median hybrid filters with p
redictive FIR substructures 」P.HeinonenおよびY.Ne
uvo によって発表されている。この発明においては、上
記の文献に記述されたFIRタイプのもの以外の他のタ
イプの予測器を用いることもできる。さらに、無限イン
パルス応答(IIR;Infinite Impulse Response )タ
イプの予測器を用いることができる。FIRおよびII
Rフィルタについては、例えば、Oppenheim A.V.,Schaf
er R.W.: Discrete-Time SignalProcessing,Englewood
Cliffs,NJ: Prentice-Hall,1988,pp.290-317 に記載さ
れている。
【0011】IIRフィルタ(予測器)は、以下の常微
分方程式により数学的に表すことができる。
【数1】
【0012】FIRフィルタ(予測器)は、以下の常微
分方程式により数学的に表すことができる。
【数2】
【0013】これらの予測器は、多数の以前の値が既知
の場合には、低項数の多項式、実際には3項を越えない
予測値の外挿法に適用できる。エレベータの速度標準曲
線は、2項までの曲線部分から成る。
【0014】このような予測器を使用することにより、
原信号に加算される正規分布および一様分布のノイズを
有効に減少することができる。
【0015】この発明によれば、予測フィルタ11の入
力端子に、測定/演算した速度サンプルを一定のサンプ
リング周波数で供給し、その出力端子から次のサンプル
の予測値を供給する。出力を一つのサンプルを得るのに
対応する量で遅延することにより、最新の実際のサンプ
ルの推定値を得ることが可能となる。この推定値に含ま
れるノイズの分散(電力)は、測定したサンプルに含ま
れるノイズよりも低くなる。
【0016】遅延回路12に代えて、図3に示すよう
に、全体の遅延量が一つのサンプルに等しい、例えば3
個のサンプルに対応する長さの中央値フィルタ15を用
いることができる。中央値フィルタについては、例えば
I.Pitas 、A.N.Venetsanopoulos: Nonliner Digital Fi
lters; Principles and Applications, Kluwer Academi
c Publishers, Boston, MA、1990、PP.63-65に記載され
ている。中央値フィルタは、予測器の前か後ろのどちら
かに置くことができる。この場合には、付加的に特に速
い瞬間的なノイズを低下させることができる。さらに、
図4に示すように、フィルタの中心に関して対称な荷重
係数a,bおよびcを有し、加算素子16で加算される
3個のサンプルに等しい長さの直線位相FIRフィルタ
を用いることもできる。FIR遅延回路を用いることに
よって、例えば主要ノイズをフィルタリングでき、同時
に中央値遅延回路を用いることによって、インパルスピ
ークのようなノイズをろ波することができる。
【0017】この発明の動作を説明するため、500H
zのサンプリング周期で、2000サンプルに対応する
期間のノイズの無い速度信号に基づいて一連のコンピュ
ータシミュレーションを行った。
【0018】0.02の標準偏差を有し、一様に分布す
る両極性ノイズを、ノイズの無い速度信号に加えた。
【0019】図5に、横軸に時間を、4秒に対応する値
2000で示すように、ノイズの有る速度信号を、最初
に中央値フィルタ(長さ24サンプル)でろ波した。こ
の中央値フィルタは、ノイズ抑圧の点では、正規分布お
よび一様分布のノイズのフィルタリングに最適である。
その結果は、図6に横軸を図5と同様に示すように、フ
ィルタ出力(点線)が実際の信号(実線)に対して遅延
した以外は忠実であった。同様の結果は、ローパスフィ
ルタの他のタイプを使用する場合にも得られる。
【0020】次に、同じノイズの有る信号をこの発明の
遅延機能を有するFIRの予測器(長さ24サンプル)
でろ波した。その場合の振幅の周波数レスポンスを図7
aに、位相の周波数レスポンスを図7bに示す。図7a
および7bにおいて、横軸は周波数を示す。値1はナイ
キスト周波数に対応し、その周波数は使用するサンプリ
ング周波数の半分となる。図8に横軸を図5に対応して
示すように、ノイズレベルは、中央値フィルタの場合ほ
ど完全には減少されず、残留ノイズが生じたが、この場
合には原信号は遅延されなかった。予測器の係数は、P.
HeinonenおよびY.Neuvo による前述の文献に記載された
数式(17)から演算した。
【0021】下表に、種々の長さ(N)の予測器を用い
て分析した結果(ろ波されない信号に含まれるエラー電
力を値1として正規化した)を示す。
【表1】
【0022】最小2乗法を用いることにより、出力エラ
ー電力(ノイズ成分および遅延の双方を含む)の数式を
演算した。
【数3】 Pout (中央値フィルタ)=0.01461N1.675
【0023】出力エラー電力は、ほぼフィルタの長さの
2乗に比例する。すなわち、エラー電力は、フィルタ長
とともに増加する関数となる。
【数4】Pout (予測フィルタ)=6.008N-1.114
【0024】出力エラー電力は、予測フィルタの係数の
個数にほぼ反比例する。すなわち、エラー電力は、フィ
ルタの長さとともに減少する関数となる。
【0025】この発明は、上述した実施例にのみ限定さ
れるものではなく、特許請求の範囲内で種々の変形が可
能であることは、当業者において明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図1】エレベータシステムをそのモータ駆動装置とと
もに示す図である。
【図2】測定した速度信号における典型的なノイズスペ
クトラムと、FIR予測器の出力のスペクトラムとを示
す図である。
【図3】中央値遅延回路を示す図である。
【図4】FIR遅延回路を示す図である。
【図5】典型的な測定速度信号を示す図である。
【図6】通常の技術でろ波した速度信号を示す図であ
る。
【図7】FIR予測器の周波数レスポンスを示す図であ
る。
【図8】この発明によってろ波した速度信号を示す図で
ある。
【符号の説明】
1a〜1c コネクタ L1〜L3 三相回路網 2 周波数変換器 3 三相かご形モータ 4 シャフト 5 牽引滑車 6 ホイストロープ 7 エレベータかご 8 カウンタウエイト 9 制御ユニット 10 速度計用発電機 11 フィルタ 12 遅延回路 15 中央値フィルタ 16 加算素子

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エレベータモータの速度制御器を有し、
    モータの回転速度を測定するエレベータモータ駆動装置
    における速度帰還信号をフィルタリングするにあたり、 前記速度帰還信号をサンプリングし、 前記速度帰還信号のノイズをろ波する予測法によって次
    のサンプルの予測値を算出し、 一つのサンプルに対応する時間だけ予測値を遅延して最
    新のサンプルの推定値を生成することを特徴とする速度
    帰還信号のフィルタリング方法。
  2. 【請求項2】 前記サンプルを、実質的に一定のサンプ
    リング周波数でサンプリングすることを特徴とする請求
    項1記載の速度帰還信号のフィルタリング方法。
  3. 【請求項3】 前記予測値を、長さが所定のサンプル数
    に等しく、全体の遅延量が一つのサンプルの持続期間に
    等しい中央値フィルタにより遅延させることを特徴とす
    る請求項1記載の速度帰還信号のフィルタリング方法。
  4. 【請求項4】 前記予測値を、長さが所定のサンプル数
    に等しく、全体の遅延量が一つのサンプルの持続期間に
    等しいFIR(有限インパルスレスポンス)フィルタに
    より遅延させることを特徴とする請求項1記載の速度帰
    還信号のフィルタリング方法。
  5. 【請求項5】 前記次のサンプルの予測値を、例えば最
    大で3項数の低項数のローパスタイプの外挿多項式予測
    法により算出することを特徴とする請求項1記載の速度
    帰還信号のフィルタリング方法。
  6. 【請求項6】 前記次のサンプルの予測値を、FIRま
    たはIIR(無限インパルスレスポンス)タイプの予測
    法により算出することを特徴とする請求項5記載の速度
    帰還信号のフィルタリング方法。
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