JPH0894690A - サーボアナライザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】短時間で高精度な伝達関数測定ができるサーボ
アナライザを実現する。 【構成】広帯域信号と正弦波信号とを出力する信号源
と、この信号源からサーボ回路の１点に加える信号とサ
ーボ回路の別の１点からの出力信号とをＡ／Ｄ変換する
２つのＡ／Ｄ変換器と、この２つのＡ／Ｄ変換器の出力
をフーリエ積分して伝達関数を求めるフーリエ積分回路
と、前記２つのＡ／Ｄ変換器の出力を高速フーリエ変換
し伝達関数を求める高速フーリエ変換回路と、サーボ回
路に対して正弦波掃引による測定を実行する前に広帯域
信号を発生させて高速フーリエ変換回路で伝達関数を求
め、この伝達関数の変化率に応じて正弦波掃引測定の周
波数測定ポイントを決定し、これに従って正弦波掃引に
よる測定を実行するように制御する機能を有する制御回
路を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、正弦波の周波数を掃引
しながら被測定システムのサーボ回路の伝達関数の測定
を行うサーボアナライザに関し、特に短時間測定で高精
度に測定できるサーボアナライザに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２は従来のサーボアナライザの一例を
示す構成図、図３は測定時の接続の一例を示す図であ
る。チャンネル１（ＣＨ１）およびチャンネル２（ＣＨ
２）の各アナログ入力信号は、アナログ・デジタル変換
器（以下Ａ／Ｄ変換器という）１ａ，１ｂでそれぞれデ
ジタル変換され、フーリエ積分回路２に加えられる。フ
ーリエ積分回路２は各入力信号の測定周波数の信号レベ
ルを求め、伝達関数を算出する。求められた伝達関数は
表示回路３で表示される。

【０００３】信号源４は正弦波発生回路４１とデジタル
・アナログ変換器（以下Ｄ／Ａ変換器という）４２より
構成され、正弦波発生回路４１から発生する正弦波の波
形データをＤ／Ａ変換器４２でアナログ変換して基準と
なる正弦波信号を発生する。なお、信号正弦波発生回路
４１の出力周波数は掃引可能に構成されている。制御回
路５は各部を適宜制御する機能を有する。

【０００４】１００は被測定システムの一例を示す構成
図である。駆動回路１０４は入力信号に応じてアクチュ
エータ１０５を駆動する。アクチュエータ１０５の出力
は帰還回路１０６を介してフィードバックされ、第１の
加算器１０２に加えられる。この第１の加算器１０２は
制御回路１０１からの信号と帰還回路１０６からの負帰
還信号とを加算し、その出力を駆動回路１０４に加え
る。これにより駆動回路１０４の入力信号が零になるよ
うにアクチュエータ１０５が駆動される。

【０００５】このような被測定システム（サーボシステ
ム）にサーボアナライザを接続して特性を測定する場合
は、サーボアナライザの信号源４の出力を被測定システ
ムの一端に加える同時にサーボアナライザの第１のＡ／
Ｄ変換器１ａに加え、また被測定システムの別の一端か
らの信号を第２のＡ／Ｄ変換器１ｂに加える。

【０００６】例えば図２に示すように第１の加算器１０
２と駆動回路１０４の間に第２の加算器１０３を挿入
し、サーボアナライザ１の信号源４からの信号と第１の
加算器１０２の出力とを加算したものを駆動回路１０４
に加えるようにする。またサーボアナライザ１の第１の
Ａ／Ｄ変換器１ａにも信号源４の出力信号を加える。他
方、第１の加算器１０２の出力をサーボアナライザ１の
第２のＡ／Ｄ変換器１ｂに入力する。

【０００７】サーボアナライザ１のＣＨ１，ＣＨ２に入
力された各信号はＡ／Ｄ変換後、フーリエ積分回路２に
入力される。フーリエ積分回路２では測定周波数の信号
レベルを求め、計算により伝達関数を求める。得られた
結果は表示回路３に表示される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のサーボアナライザでは、広い周波数帯域と高
い周波数分解能を必要とする場合、またノイズ除去のた
め多回数の平均化が必要な場合などは、測定時間が長く
なるという欠点があった。

【０００９】広い周波数帯域と高い周波数分解能を必要
とする場合、周波数を分解能だけ変化させながら測定を
行うため、全体の測定時間は極めて長くなる。伝達特性
の変化が大きいところで自動的に周波数分解能を高くし
て掃引測定するオートレゾノューション機能というのも
あるが、この機能を用いても図４に示すように最初の設
定分解能以下の変化は検出できない場合がある。この場
合測定すべき領域が分かっていれば、領域を限定して分
解能を細かくして測定すればよいが、それが明確でない
場合は全領域を細かな分解能で測定する必要があり、結
局測定時間が長くかかってしまうことになる。

【００１０】本発明の目的は、可能な限り短時間でより
高精度な伝達関数測定ができるサーボアナライザを提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明では、広帯域信号と掃引可能な正弦波信
号とを選択的に出力する信号源と、この信号源から被測
定システムのサーボ回路のある１点に加える信号とサー
ボ回路の別の１点からの出力信号とをそれぞれデジタル
変換する２つのアナログ・デジタル変換器と、この２つ
のアナログ・デジタル変換器の出力をフーリエ積分して
測定周波数の信号のレベルを求め、計算により伝達関数
を求めるフーリエ積分回路と、前記２つのアナログ・デ
ジタル変換器の出力を高速フーリエ変換し、測定周波数
帯域のスペクトラムを求め、その後伝達関数を求める高
速フーリエ変換回路と、前記フーリエ積分回路および高
速フーリエ変換回路の出力を表示する表示回路と、被測
定システムに対して正弦波掃引による測定を実行する前
に前記信号源から広帯域信号を発生させて高速フーリエ
変換回路で伝達関数を求め、この伝達関数の変化が大き
いところでは高分解能で、変化の少ないところでは低分
解能で測定するよう正弦波掃引測定の周波数測定ポイン
トを決定し、これに従って正弦波掃引による測定を実行
するように制御する機能を有する制御回路を備えたこと
を特徴とする。

【００１２】

【作用】伝達関数の変化が大きいところでは高分解能
で、変化の少ないところでは低分解能で測定することに
より短時間で高精度の測定を可能にするために、正規の
正弦波掃引測定に先立ち、ＦＦＴモードでの測定を行い
正弦波掃引モードでの測定ポイントを決定する。測定ポ
イントの決定は次のようにして行う。ＦＦＴモードで高
帯域信号を被測定システムに加え測定周波数帯域の伝達
関数を求め、このデータを微分して変化率を求め、変化
率の大小に応じて測定分解能が変わるように測定ポイン
トを決定する。正規の正弦波掃引モードでは、先に決定
された測定ポイントに従って正弦波の測定周波数を変え
ながら解析周波数領域全体にわたって測定する。

【００１３】

【実施例】以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。
図１は本発明に係るサーボアナライザの一実施例を示す
構成図である。なお、図１において図２と同等部分には
同一符号を付している。ＣＨ１とＣＨ２に入力された信
号はそれぞれＡ／Ｄ変換器１ａ，１ｂでデジタル変換さ
れた後フーリエ積分回路２と高速フーリエ変換（ＦＦ
Ｔ）回路６の両方に入力されるようになっている。表示
回路３はフーリエ積分回路２とＦＦＴ回路６で得られた
結果を適宜表示できる。

【００１４】信号源４ａは、正弦波発生器４１と、広帯
域信号（ランダム波、チャープ波、マルチサイン波な
ど）を発生する広帯域信号発生回路４３と、切換回路４
４と、Ｄ／Ａ変換器４２から構成されている。切換回路
４４は制御回路５の制御により正弦波発生器４１または
広帯域信号発生回路４３のいずれかの出力を選択し、Ｄ
／Ａ変換器４２へ送る。なお、制御回路５は、プロセッ
サ（ＣＰＵ）を備え、後述する演算および測定ポイント
の決定などの機能を有する。

【００１５】このような構成における動作を次に説明す
る。ある周波数帯域で伝達関数を測定しようとすると
き、まずＦＦＴモードで伝達関数を測定する。次にその
測定結果を微分して伝達関数の変化を求め、変化の大き
いところでは高分解能で、変化の少ないところでは低分
解能で測定するように正弦波掃引測定時の周波数分解能
を決定する。なお、被測定システム並びに信号を加える
点および信号を取り出す点は図３に示すものと同じとす
る。

【００１６】以下各ステップの動作を詳しく説明する。 (1) ＦＦＴモードでは、サーボアナライザの信号源４ａ
より広帯域信号を出力し、被測定システム１００の１点
（第２の加算器１０３）に加える。加えた信号と、被測
定システム１００の別の１点の出力（第１の加算器１０
２の出力）とをサーボアナライザ１のＡ／Ｄ変換器１
ａ，１ｂでそれぞれデジタルデータに変換する。このデ
ータをＦＦＴ回路６でＦＦＴ演算し、測定周波数帯域の
スペクトラムを求め、その後計算により伝達関数を求め
る。

【００１７】このときの測定に要する時間は、データ取
り込み時間（すなわちサンプリング周期×データ点数）
と演算時間から決まるが、アベレージング処理を行わな
い場合は１回の測定で解析帯域のデータが直ちに求めら
れるので短時間で終了する。

【００１８】解析帯域の伝達関数を求めた後、このデー
タを微分して変化率（周波数変化に対する値の変化）を
求め、その変化率に応じて測定分解能を変えながら正弦
波掃引モードでの測定ポイントを決定する。この決定
は、測定精度をできるだけ高く、しかもできるだけ少な
い測定ポイント数にして測定時間を短縮するように行
う。これらはＣＰＵを持つ制御回路５が行う。なお、微
分演算については、ＦＦＴ回路６で行う構成とすること
も可能である。

【００１９】(2) 正弦波掃引モードでは、サーボアナラ
イザ１の信号源４ａから正弦波（周波数は測定する周波
数）を出力し、ＦＦＴモードと同様に被測定システム１
に加える。加えた信号と被測定システムの別の１点の出
力とをサーボアナライザ１のＡ／Ｄ変換器１ａ，１ｂで
それぞれデジタル変換する。続いてそのデジタルデータ
をフーリエ積分回路２でフーリエ積分し、測定周波数
（１周波数）における各信号の大きさと位相情報を求
め、さらに伝達関数の大きさ（ゲイン）と位相情報を求
める。

【００２０】解析周波数領域全体にわたって、先に決定
した測定ポイントに従って測定周波数を変化させながら
上記と同様にして伝達関数を測定する。このようにし
て、伝達特性の変化が大きいところでは周波数分解能を
高くして掃引し、伝達特性の変化が小さいところでは周
波数分解能を低くして掃引するようにして、短時間でよ
り高精度な伝達関数測定が実現できる。

【００２１】例えば、正弦波掃引モードにおいて１００
ＫＨｚの帯域を分解能１２５Ｈｚ（８００点）で測定す
る場合の測定時間は約１６０秒かかるが、本発明により
測定ポイント数が半分の４００点に減れば、約８０秒の
短縮が可能となる。本発明では正弦波掃引モードに先立
ちＦＦＴモードの測定が必要でありそれに約５０〜１０
０ｍｓかかるが、その影響は無視できる程度である。ま
た測定ポイントを決定するための演算時間も同様に無視
できる程度の時間である。

【００２２】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではない。例えば、ＦＦＴモードでの測定は１回に限
らない。ノイズが多い場合などはアベレージングを行う
ようにして、アベレージング回数だけの測定を繰り返し
平均化を行うようにしてもよい。また、解析周波数領域
の伝達関数を一度の測定で求める場合、ＦＦＴの点数で
測定される周波数分解能が決まるが、可能なＦＦＴ点数
以上に分解能を高くとりたい場合、解析周波数領域をい
くつかの領域に分けて各領域ごとに測定して全体の伝達
関数を求めるようにしてもよい。ただしこの場合、ＦＦ
Ｔ回路内にはズーミングの機能（周波数シフトにより解
析領域を変更する機能や、データ間引きによる等価的サ
ンプリング周波数を下げ周波数分解能を高める機能）を
持つ必要がある。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、初
めに伝達関数のおよその特性が測定できるので、細かな
周波数分解能で測定が必要なところだけ十分時間をかけ
て測定し、ほとんど変化のない領域では粗い分解能で測
定することができ、短時間で高精度の測定が実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るサーボアナライザの一実施例を示
す構成図である。

【図２】従来のサーボアナライザの一例を示す構成図で
ある。

【図３】被測定システムとの接続例を示す図である。

【図４】オートリゾリューション機能による周波数分解
能の変化の様子を示す図である。

【符号の説明】

１ サーボアナライザ １ａ，１ｂ Ａ／Ｄ変換器 ２ フーリエ積分回路 ３ 表示回路 ４ａ 信号源 ５ 制御回路 ６ ＦＦＴ回路 ４１ 正弦波発生回路 ４２ Ｄ／Ａ変換器 ４３ 広帯域信号発生回路 ４４ 切換回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】広帯域信号と掃引可能な正弦波信号とを選
   択的に出力する信号源と、 この信号源から被測定システムのサーボ回路のある１点
   に加える信号とサーボ回路の別の１点からの出力信号と
   をそれぞれデジタル変換する２つのアナログ・デジタル
   変換器と、 この２つのアナログ・デジタル変換器の出力をフーリエ
   積分して測定周波数の信号のレベルを求め、計算により
   伝達関数を求めるフーリエ積分回路と、 前記２つのアナログ・デジタル変換器の出力を高速フー
   リエ変換し、測定周波数帯域のスペクトラムを求め、そ
   の後伝達関数を求める高速フーリエ変換回路と、 前記フーリエ積分回路および高速フーリエ変換回路の出
   力を表示する表示回路と、 被測定システムに対して正弦波掃引による測定を実行す
   る前に前記信号源から広帯域信号を発生させて高速フー
   リエ変換回路で伝達関数を求め、この伝達関数の変化が
   大きいところでは高分解能で、変化の少ないところでは
   低分解能で測定するよう正弦波掃引測定の周波数測定ポ
   イントを決定し、これに従って正弦波掃引による測定を
   実行するように制御する機能を有する制御回路を具備し
   たサーボアナライザ。