JPH11202949A - Vibration reducing method - Google Patents

Vibration reducing method

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JPH11202949A
JPH11202949A JP407598A JP407598A JPH11202949A JP H11202949 A JPH11202949 A JP H11202949A JP 407598 A JP407598 A JP 407598A JP 407598 A JP407598 A JP 407598A JP H11202949 A JPH11202949 A JP H11202949A
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JP
Japan
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filter
algorithm
vibration
adaptive
adaptive digital
Prior art date
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Pending
Application number
JP407598A
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Japanese (ja)
Inventor
Toru Kumasaka
徹 熊坂
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NEC Home Electronics Ltd
NEC Corp
Original Assignee
NEC Home Electronics Ltd
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by NEC Home Electronics Ltd, Nippon Electric Co Ltd filed Critical NEC Home Electronics Ltd
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Publication of JPH11202949A publication Critical patent/JPH11202949A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To actively reduce engine vibration, etc., by implementing LMS(least mean of squares) algorithm by using an adaptive digital filter consisting of a recursive filter. SOLUTION: When the recursive filter is used as the adaptive filter 13, stability that a nonrecursive filter which is always stable has is not guaranteed, but the adaptive digital filter which has equivalent properties with relatively low order can be designed to a size about 1/100 as large as a conventional ROM size. Thus, the system scale can be decreased.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、再帰型フィルタか
らなる適応ディジタルフィルタを用いてLMSアルゴリ
ズムを実行し、エンジン振動等を能動的に低減するよう
にした振動低減方法及び振動低減装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibration reduction method and a vibration reduction apparatus which execute an LMS algorithm using an adaptive digital filter comprising a recursive filter to actively reduce engine vibration and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】未知システムがFIR(有限応答)フィ
ルタすなわち非再帰型フィルタで近似できるときに、そ
のパラメータすなわちインパルス応答を推定し、未知シ
ステムと同じ出力を得ようとするのが、適応信号処理で
ある。すなわち、適応信号処理とは未知システムのパラ
メータを推定することにあるが、例えばエンジン振動系
を未知システムとして解析すれば、擬似振動を生成して
エンジン振動を能動的に相殺する振動低減装置を構成す
ることができる。
2. Description of the Related Art When an unknown system can be approximated by a FIR (finite response) filter, that is, a non-recursive filter, its parameter, that is, an impulse response, is estimated to obtain the same output as that of the unknown system. It is. In other words, adaptive signal processing consists in estimating the parameters of an unknown system. For example, if an engine vibration system is analyzed as an unknown system, a vibration reduction device that generates a pseudo vibration and actively cancels the engine vibration is configured. can do.

【0003】図5に示す振動低減装置1は、運転席など
のシート2に伝わるエンジン3の振動をエンジンマウン
トに取り付けたアクチュエータ4を振動させることで低
減するものであり、振動低減の中枢であるコントローラ
5内には、適応アルゴリズム演算器6が組み込まれてい
る。エンジン3の振動周波数は周波数センサ7によりコ
ントローラ5に取り込まれ、シート2に加わる加速度は
加速度センサ8によってコントローラ5に取り込まれ
る。コントローラ5は、適応アルゴリズム演算器6によ
り推定された振動系の振動を打ち消すような振動出力
を、パワーアンプ9を経由してアクチュエータ4に供給
し、エンジン振動を能動的に抑制する。
A vibration reduction device 1 shown in FIG. 5 reduces vibration of an engine 3 transmitted to a seat 2 such as a driver's seat by vibrating an actuator 4 mounted on an engine mount, and is a center of vibration reduction. An adaptive algorithm operation unit 6 is incorporated in the controller 5. The vibration frequency of the engine 3 is captured by the controller 5 by the frequency sensor 7, and the acceleration applied to the seat 2 is captured by the controller 5 by the acceleration sensor 8. The controller 5 supplies a vibration output that cancels the vibration of the vibration system estimated by the adaptive algorithm calculator 6 to the actuator 4 via the power amplifier 9 to actively suppress engine vibration.

【0004】従来の振動低減装置1は、適応アルゴリズ
ムとして例えば同期式LMS(最小2乗平均)アルゴリ
ズムいわゆるSFXアルゴリズムを用いるものであっ
た。このSFXアルゴリズムは、周期性の信号又は擬周
期性の信号の基本周期と同期したインパルス列をプロセ
ッサ内部で生成し、これを仮想入力としてフィルタード
XLMSアルゴリズムを適用できるようにしたものであ
り、適応信号と参照信号を必要なものに限定して生成で
きるため、畳み込み演算が不必要で演算量も少なく、ま
たサンプリング周波数を高めることで制御能力の向上を
図ることができるといった利点を有するものであった。
しかしながら、このSFXアルゴリズムは、エンジン振
動といった周期性信号を処理対象としているため、周波
数上限に合わせてサンプリング周波数も上昇してしま
い、インパルス応答のタップ数の次数を高くする必要が
あるが故に、処理時間の増大とともにサンプリング周期
も長くなり、演算精度も低下するといった課題があっ
た。
The conventional vibration reduction apparatus 1 uses, for example, a synchronous LMS (least mean square) algorithm, so-called SFX algorithm, as an adaptive algorithm. This SFX algorithm generates an impulse train synchronized with the fundamental period of a periodic signal or a pseudo-periodic signal in a processor, and uses the filtered impulse train as a virtual input to apply a filtered XLMS algorithm. Since the signal and the reference signal can be generated in a limited manner, convolution operation is unnecessary, the amount of operation is small, and control performance can be improved by increasing the sampling frequency. Was.
However, since the SFX algorithm processes a periodic signal such as engine vibration, the sampling frequency also increases in accordance with the upper limit of the frequency, and it is necessary to increase the order of the number of taps of the impulse response. There has been a problem that the sampling period becomes longer as the time increases, and the calculation accuracy also decreases.

【0005】そこで、周期性信号の特定周波数成分を除
去するため、例えば特開平8−44377号「周期性信
号の適応制御方法」に見られるように、正弦波出力信号
を含む関数の2乗で表される評価関数を、同出力信号の
振幅と位相の関数である推定系のフィルタ係数によって
偏微分することにより勾配ベクトルを求め、勾配ベクト
ルに一定数を掛け合わせたものを前記フィルタ係数から
減算することで、時刻の経過ごとのフィルタ係数を更新
し、更新されたフィルタ係数の振幅と位相により、正弦
波出力信号の振幅と位相を更新する適応アルゴリズムが
提案された。この適応アルゴリズムは、周期性信号の基
本周期のみから演算が可能であり、フィルタ係数及び参
照信号生成のための畳み込み演算も不要となる。また、
サンプリング周期が一定であるため、周波数の上昇によ
り演算時間が犠牲になることもない等の成果を挙げる等
の特長を有する。
Therefore, in order to remove a specific frequency component of a periodic signal, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-44377, "Adaptive Control Method of Periodic Signal", the square of a function including a sine wave output signal is used. A gradient vector is obtained by partially differentiating the evaluation function represented by a filter coefficient of an estimation system which is a function of the amplitude and phase of the output signal, and a value obtained by multiplying the gradient vector by a certain number is subtracted from the filter coefficient. By doing so, an adaptive algorithm has been proposed in which the filter coefficient is updated each time, and the amplitude and phase of the sine wave output signal are updated based on the updated amplitude and phase of the filter coefficient. This adaptive algorithm can be operated only from the basic period of the periodic signal, and does not require a convolution operation for generating a filter coefficient and a reference signal. Also,
Since the sampling period is constant, there are advantages such as that the calculation time is not sacrificed due to an increase in the frequency.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来の振動低減方法
は、適応アルゴリズムとして同期式適応アルゴリズムを
用いており、参照信号を生成する制御対象システムの等
価伝達特性は、位相データ、減衰データともに膨大なR
OMデータを必要としており、システム規模が肥大化し
やすい等の課題を抱えるものであった。
In the conventional vibration reduction method, a synchronous adaptive algorithm is used as an adaptive algorithm, and the equivalent transfer characteristic of a control target system that generates a reference signal is enormous in both phase data and attenuation data. R
OM data is required, and there is a problem that the system scale is easily enlarged.

【0007】本発明は、上記課題を解決したものであ
り、再帰型フィルタからなる適応ディジタルフィルタを
用いることにより、ROMデータを1/100程度に減
量し、システム規模を抑制することを目的とするもので
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to reduce the ROM data to about 1/100 by using an adaptive digital filter comprising a recursive filter, thereby suppressing the system scale. Things.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、最急降下法を用いたLMSアルゴリズム
に従う適応ディジタルフィルタを用いて振動系を推定
し、該推定値に基づいて前記振動系を能動的に振動抑制
する振動低減方法において、適応ディジタルフィルタに
再帰型フィルタを用いたことを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for estimating a vibration system using an adaptive digital filter according to an LMS algorithm using a steepest descent method, and based on the estimated value, In the vibration reduction method for actively suppressing vibration, a recursive filter is used as an adaptive digital filter.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図1,
2を参照して説明する。図1は、本発明の振動低減方法
を適用したコントローラの一実施形態を示す概略構成
図、図2は、図1に示した適応ディジタルフィルタの具
体的構成例を示す回路構成図である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
This will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a controller to which the vibration reduction method of the present invention is applied, and FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing a specific configuration example of the adaptive digital filter shown in FIG.

【0010】図1に示すコントローラ11は、自動車の
エンジン振動を能動的に制御する前述の振動低減装置1
に適用したものである。振動低減対象となるのは、振動
源であるエンジンから振動端であるシートに至る振動系
であり、この振動系が未知システム12である。時刻t
=kにおける未知システム12の入力x(t),出力に
含まれる雑音n(t),観測信号d(t)を、それぞ
れ、xk,nk,dkで表す。H(z)は、未知システ
ム12のz変換伝達関数であり、そのインパルス応答列
がh0,h1,・・・hnであれば、 で表される。
A controller 11 shown in FIG. 1 is a vibration reducing device 1 for actively controlling the engine vibration of an automobile.
It is applied to The vibration reduction target is a vibration system from the engine that is the vibration source to the sheet that is the vibration end, and this vibration system is the unknown system 12. Time t
The input x (t) of the unknown system 12 at == k, the noise n (t) included in the output, and the observed signal d (t) are represented by xk, nk, and dk, respectively. H (z) is the z-transform transfer function of the unknown system 12, and if its impulse response sequence is h0, h1,. It is represented by

【0011】未知システム12への入力x(t)は、コ
ントローラ11内の再帰型フィルタ(IIR)からなる
適応ディジタルフィルタ13に取り込まれ、LMSアル
ゴリズム演算器14によりフィルタ係数ai,bjを可
変設定される。この適応ディジタルフィルタ13は、図
2に示したように、M個のフィルタ係数器と単位遅延素
子とからなる非再帰型フィルタ13bに、N個のフィル
タ係数器と単位遅延素子とからなる再帰型フィルタ13
aを縦列接続した構成であり、次式で表されるz変換伝
達関数を有する。 なお、z−1は、単位遅延演算子であり、aiが再帰型
フィルタ13aのフィルタ係数、bjが非再帰型フィル
タ13bのフィルタ係数である。また、上式の分母の多
項式が非再帰型フィルタの働きをし、適応ディジタルフ
ィルタ13全体として非再帰型の構成をとるものであ
る。時刻kにおける適応ディジタルフィルタ13への入
力xkと出力ykの間には、 なる関係が存在する。
The input x (t) to the unknown system 12 is taken into an adaptive digital filter 13 composed of a recursive filter (IIR) in the controller 11, and the filter coefficients ai and bj are variably set by an LMS algorithm calculator 14. You. As shown in FIG. 2, the adaptive digital filter 13 includes a non-recursive filter 13b including M filter coefficient units and unit delay elements, and a recursive filter 13 including N filter coefficient units and unit delay elements. Filter 13
a is cascade-connected, and has a z-transform transfer function represented by the following equation. Here, z-1 is a unit delay operator, ai is a filter coefficient of the recursive filter 13a, and bj is a filter coefficient of the non-recursive filter 13b. The denominator polynomial in the above equation functions as a non-recursive filter, and the adaptive digital filter 13 as a whole has a non-recursive configuration. Between input xk and output yk to adaptive digital filter 13 at time k, Relationship exists.

【0012】出力ykの観測値dkに対する差分は、誤
差ekとしてLMSアルゴリズム演算器14に供給され
る。LMSアルゴリズム演算器14は、最急降下法によ
る最小二乗平均(LMS)アルゴリズムに従って動作
し、適応前のフィルタ係数ai,bjすなわち古い推定
値を用い、更新された推定値すなわち適応後のフィルタ
係数ai+1,bj+1を求める演算を行う。最も単純
な演算に勾配法がある。
The difference between the output yk and the observed value dk is supplied to the LMS algorithm calculator 14 as an error ek. The LMS algorithm calculator 14 operates according to a least mean square (LMS) algorithm using the steepest descent method, uses the filter coefficients ai, bj before adaptation, that is, the old estimated values, and updates the estimated values, that is, the filter coefficients ai + 1, after the adaptation. An operation for calculating bj + 1 is performed. The simplest operation is the gradient method.

【0013】勾配法では、評価関数Jを推定誤差の2乗
値であるε2で与えられるため、ai+1=ai+2μ
εαi i=1,2,・・
・N bj+1=bj+2νεβj
j=0,1,・・・Mなるフィルタ係数ベク
トルの漸化式が得られる。ただし、μ,νは、ステップ
サイズパラメータであり、αi,βjは、時刻t=kに
おいて出力ykをそれぞれフィルタ係数ai,bjで偏
微分した値である。すなわち、 αi=∂yk/∂ai βj=∂yk/∂bj で表される値であるが、実際には、αi,βjに近似勾
配を用いることで、計算を簡単化することができる。
In the gradient method, since the evaluation function J is given by the squared value of the estimation error ε2, ai + 1 = ai + 2μ
εαi i = 1,2, ...
・ N bj + 1 = bj + 2νεβj
The recursive formula of the filter coefficient vector of j = 0, 1,... M is obtained. Here, μ and ν are step size parameters, and αi and βj are values obtained by partially differentiating the output yk with the filter coefficients ai and bj at time t = k. That is, αi = ∂yk / ∂ai βj = ∂yk / ∂bj. In practice, however, the calculation can be simplified by using approximate gradients for αi and βj.

【0014】このように、適応ディジタルフィルタ13
を有限応答する非再帰型フィルタ(FIR)で構成した
から、常に安定な非再帰型フィルタのような安定性の保
証はないものの、比較的低次で同等の性質を有する適応
ディジタルフィルタの設計が可能であり、従来のROM
サイズの1/100程度で適応ディジタルフィルタ13
が設計できるため、システム規模の痩身化が可能であ
る。
As described above, the adaptive digital filter 13
Is composed of a non-recursive filter (FIR) which has a finite response. Therefore, although there is no guarantee of stability like a non-recursive filter which is always stable, a design of an adaptive digital filter having a relatively low order and equivalent properties is required. Possible, conventional ROM
Adaptive digital filter 13 at about 1/100 of the size
Can be designed, so that the system scale can be reduced.

【0015】なお、上記実施形態では、勾配法によるL
MSアルゴリズムを採用した場合を玲にとったが、これ
外にも、例えばHARF(hyperstable adaptive recur
sivefilter)アルゴリズムを用いて再帰型適応ディジタ
ルフィルタを構成することもできる。HARFアルゴリ
ズムによれば、制御理論における超安定性の概念に基づ
き、繰り返し計算による解の収束とフィルタの安定性を
保証することができる。また、HARF(simple hyper
stable adaptive recursive filter)アルゴリズムを簡
単化したSHARFアルゴリズムを用いることもでき、
その場合は計算をさらに簡単化することができる。
In the above-described embodiment, L by the gradient method
The case where the MS algorithm was adopted was adopted, but besides this, for example, HARF (hypertable adaptive recur
A recursive adaptive digital filter can also be configured using a sivefilter algorithm. According to the HARF algorithm, convergence of a solution by iterative calculation and stability of a filter can be guaranteed based on the concept of super stability in control theory. HARF (simple hyper)
The SHARF algorithm, which is a simplified version of the stable adaptive recursive filter algorithm, can also be used.
In that case, the calculation can be further simplified.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
適応ディジタルフィルタに再帰型フィルタを用いるよう
にしたから、常に安定な非再帰型フィルタのような安定
性の保証はないものの、比較的低次で同等の性質を有す
る適応ディジタルフィルタの設計が可能であり、従来の
ROMサイズの1/100程度で適応ディジタルフィル
タが設計できるため、システム規模の痩身化が可能であ
り、例えばHARFアルゴリズムを用いて再帰型適応デ
ィジタルフィルタを構成した場合は、制御理論における
超安定性の概念に基づき、繰り返し計算による解の収束
とフィルタの安定性を保証することができ、またHAR
Fアルゴリズムを簡単化したSHARFアルゴリズムを
用いた場合は、計算をさらに簡単化することができる等
の優れた効果を奏する。
As described above, according to the present invention,
Since a recursive filter is used for the adaptive digital filter, there is no guarantee of stability like a non-recursive filter that is always stable, but it is possible to design an adaptive digital filter that has relatively low-order and equivalent characteristics. Since an adaptive digital filter can be designed at about 1/100 of the conventional ROM size, the system scale can be reduced. For example, when a recursive adaptive digital filter is configured by using the HARF algorithm, it is difficult to use a control theory. Based on the concept of hyper-stability, it is possible to guarantee the convergence of the solution by iterative calculation and the stability of the filter.
The use of the SHARF algorithm, which is a simplified version of the F-algorithm, provides excellent effects such as further simplifying the calculation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の振動低減方法を適用したコントローラ
の一実施形態を示す概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a controller to which a vibration reduction method according to the present invention is applied.

【図2】図1に示した適応ディジタルフィルタの具体的
構成の一例を示す回路構成図である。
FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing an example of a specific configuration of the adaptive digital filter shown in FIG.

【図3】従来の振動低減装置の一例を示す概略構成図で
ある。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a conventional vibration reduction device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 振動低減装置 2 シート 3 アクチュエータ 5,11 コントローラ 7 周波数センサ 8 加速度センサ 9 パワーアンプ 12 未知システム 13 適応ディジタルフィルタ 14 LMSアルゴリズム演算器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vibration reduction device 2 Seat 3 Actuator 5, 11 Controller 7 Frequency sensor 8 Acceleration sensor 9 Power amplifier 12 Unknown system 13 Adaptive digital filter 14 LMS algorithm calculator

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 最急降下法を用いたLMSアルゴリズム
に従う適応ディジタルフィルタを用いて振動系を推定
し、該推定値に基づいて前記振動系を能動的に振動抑制
する振動低減方法において、適応ディジタルフィルタに
再帰型フィルタを用いたことを特徴とする振動低減方
法。
1. A vibration reduction method for estimating a vibration system using an adaptive digital filter according to an LMS algorithm using a steepest descent method and actively suppressing the vibration system based on the estimated value. A vibration reduction method, characterized in that a recursive filter is used in the method.
JP407598A 1998-01-12 1998-01-12 Vibration reducing method Pending JPH11202949A (en)

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JP407598A JPH11202949A (en) 1998-01-12 1998-01-12 Vibration reducing method

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013183357A (en) * 2012-03-02 2013-09-12 Oki Electric Ind Co Ltd Howling canceller and program, and adaptive notch filter and program
CN105786038A (en) * 2016-04-15 2016-07-20 西北工业大学 Structural vibration active control method for time-frequency domain hybrid self-adaptive filtering

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Effective date: 20030225