JPS63204303A - デイジタル信号処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、任意の伝達関数として表わされる補償要素を
ディジタル的な手段により実現するディジタル信号処理
方法に係り、特に任意のディジタルコントローラをサー
ボループ内に挿入することが必要となるディジタルサー
ボ系に好適なディジタル信号処理方法を提供するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来のディジタル信号処理においては、１人力１出力の
任意の伝達関数を実現する場合、単一のサンプリング周
期で特性を実現しようとするため、どうしても実現可能
な伝達関数の範囲を制限していた。

従来の対象とする伝達関数のディジタル信号処理方法の
一例を第８〜１１図によって説明する。

第８図はディジタルサーボ機構の一例を一示したもので
あり、サーボ機構９の特性を制御するためのディジタル
コントローラ８がサーボループ内に挿入されている構成
となっている。

ディジタルコントローラ８にて実現しようとする補償要
素の伝達関数が第９図の周波数特性で示されるものにつ
いて説明する。

まず第９図で示すように、目的の伝達関数をそのままの
形でディジタル演算処理装置（ディジタルコントローラ
）で実現する場合、伝達関数Ｇ（Ｚ）（以下（Ｚ）は省
略する）は となる。

ここで、　Ｔ□＝０．１８６　　　　ω　＝　１０６８
．４１５Ｔ、＝０．０１ ’ｌ’、＝０．００１５　　　　　ζ　＝０．４Ｔ　４
＝０．０００，１０３　　　ζ’　　＝ｏ、ｏｏｏｏｓ
（Ｌ）式となり、低周波領域から高周波領域までを含む
、周波数範囲の広い伝達関数となる。演算語長１６ビツ
トのディジタル信号処理装置を、第１０図で示す構成と
し、サンプリング周期Ｔ１をＴｉ＝１７．５μｓ として伝達関数０１を実現しようとすると、第１１図の
周波数特性となる。この結果を、第９図で示した目標の
周波数特性と比較すると、特に低周波領域においてゲイ
ン、位相が変動しており、周波数特性の劣化がみられる
。これは、１６ビツトとしたディジタル信号処理装置の
演算語長が伝達関数Ｇ□の実現に対しては短いため、低
周波領域において伝達関数の極あるいは零点を正確に実
現できず、ディジタル信号処理演算が不安定現象を誘起
してしまうものと考えられる。

このように、任意の伝達関数Ｇをもつフィルタを、単一
のサンプリング周期Ｔで実現しようとした場合、ディジ
タル信号処理装置の演算語長がＧを実現するために必要
となる演算語長より不足していると、Ｇのもつ周波数範
囲の全領域で正常な応答特性を得ることがむずかしく、
どうしても実現可能な伝達関数の範囲を制限しなくては
ならないといった問題があった。

本発明の目的は、ディジタル信号処理手段の演算語長を
変更することなく１周波数範囲の広い伝達関数の実現を
はかることができるディジタル信号処理方法を提供する
ことにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明のディジタル信号処理
方法は、対象とする伝達関数を複数の伝達関数に分割し
、この各伝達関数の実現に適したサンプリング周期によ
り前記各伝達関数を独立にディジタル演算処理した後、
この演算処理結果を分割した伝達関数の中の最小サンプ
リング周期で加算することにより対象とする伝達関数を
実現するものである。

〔作用〕

上記の構成によると、対象の伝達関数を低周波領域、高
周波領域といった周波数範囲の狭い複数の周波数領域と
して分割するため、複数の伝達関数に部分々数展開され
、複数の伝達関数を加算した形に変換される。つぎに分
割された伝達関数は、それぞれの伝達関数の持つ周波数
範囲に適したサンプリング周期で、個々にディジタル的
に演算処理した後１分割して実現した複数個の伝達関数
を、サンプリング周期に一致した伝達関数の演算結果と
、そのサンプリング周期に一致していないその他の伝達
関数の現加算時点より前の演算結果と・を加算して合成
する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面により説明する。

第１図は、本発明のディジタル信号処理方法を実施する
ための装置構成の一例を示すものであり、図において、
１〜３はサンプラ、４〜６は伝達関数Ｇ１．Ｇ２及びＧ
、で表現されるフィルタ、７は加算器である。尚、本実
施例はサンプラ１〜３により各伝達関数を第９図に示す
、サンプリング周期Ｔ１〜Ｔ３とそれぞれが独立したサ
ンプリング周期で動作することができるディジタル信号
処理装置である。

第１図に示す伝達関数Ｇは、 の形に部分々数展開したものとして表わすことができる
。３つの伝達関数に分割された各伝達関数Ｇｉ〜Ｇ３は
、それぞれの伝達関数の持つ周波数範囲に適したサンプ
リング周期Ｔ、〜Ｔ、によりディジタル的に演算処理さ
れた後、加算器７により合成され、対象とした伝達関数
Ｇを実現するもので、ある。第２図〜第５図に（２）式
における伝達関数Ｇ工〜Ｇ１の周波数特性を示す、この
周波数特性からもわかるように、第２図については１０
−１〜１０”Ｈｚの低周波領域を、第３図については。

１０１〜１０’Ｈｚの高周波領域を、さらに第４図につ
いては、１０−１〜ｌＯ”旦ｚの低周波領域を無視する
ことができる。周波数領域としては狭い周波数特性とし
て考えることができる。

したがって、第１図の実施例では、図示の３つの周波数
特性が、それぞれの特性に適したサンプリング周期Ｔ１
〜Ｔ３により独立に実現された後、加算４１１７により
合成され、最終的には、第９図の周波数特性を持つ、伝
達関数Ｇとして実現される。

次に上述した本発明を実施する装置の動作を説明する。

いま、第１図において信号γが入力されると、サンプラ
１〜３はサンプリング周期Ｔ□〜Ｔ３で信号γをサンプ
ルし、信号γ、〜γ、　のサンプル値信号として、フィ
ルタ４〜６に取り込まれる。フィルタ４〜６では、入力
された信号γ、１〜γ３′に伝達関数０１〜Ｇ、の演算
処理を施し、結果として信号ｙ１〜ｙ３として出力する
。フィルタ４〜６により出力された信号ｙ□〜ｙ３はサ
ンプラ１〜３によりサンプル値信号ｙ１〜Ｖｚに変換さ
れた後、加算器７により合成され、信号ｙ　として出力
される。

つぎに、サンプリング周期の異なるディジタル演算処理
手段を複数個得る方法について説明する。

第５図は１つのディジタル演算処理手段において、ソフ
ト的に複数のサンプリング周期を実現する場合の処理フ
ローを示すもので、第１図に示す装置構成に対応してい
る。まず、ステップ１００において入力信号γが取り込
まれ、続いてステップ１１０，１３０，１５０では、タ
イマーから出力される各伝達関数の実現に最適なサンプ
リング周期に相当するタイミング信号に基づいて、伝達
関数Ｇ１．Ｇ２およびＧ、の演算処理が順次行なわれる
。ステップ１２０，１４０，１６０では、次の演算処理
結果が行なわれる間、前のデータをホールドし、新しい
データが入力された時点で更新する。即ちステップ１１
０ではサンプリング周期Ｔ１による演算処理が行なわれ
、その結果がステップ１２０でホールドされる０次にス
テップ１３０ではサンプリング周期Ｔ２による演算処理
がステップ１４０でホールドされる。続いてステップ１
５０ではサンプリング周期Ｔ３による演算処理が行なわ
れ、その結果がステップ１６０にホールドされる。その
後、ステップ１７０ではサンプリング周期の最つども短
い伝達関数１本例によれば伝達関数Ｇ、のサンプリング
周期Ｔ１に相当するタイミング信号に基づいて各伝達関
数の演算処理後のデータを加算する。

この加算は、第６図に示すように、例えば伝達関数Ｇ、
のサンプリング時（Ｔａ、Ｔｂ、・・・Ｔｅ）に行なわ
れる。

各時点における加算データは、 Ｔａ時点−０１（Ｔ　ａ）＋Ｇａ（Ｔ　ａ）＋Ｇ、（Ｔ
　ａ）Ｔｂ時点−Ｇ１（Ｔ　ａ）＋Ｇｚ（Ｔ　ａ）＋Ｇ
ａ（Ｔ　ｂ）Ｔｃ時点・・・Ｇ　１（Ｔ　ａ　）　＋　
Ｇ　ｚ　（Ｔ　ｃ　）　＋　０３　（Ｔ　ｃ　）Ｔｄ時
点−０１（Ｔａ）＋Ｇｚ（Ｔｃ）＋Ｇ、（Ｔｄ）Ｔｅ時
点・・・Ｇ　ｉ（Ｔ　ｅ　）　＋　Ｇ　ｘ　（Ｔ　ｅ　
）　＋　０３　（Ｔ　ｅ　）となる。

即ちステップ１７０では、タイマーからの伝達関数０３
の演算処理に用いられるタイミング信号Ｔ。

に合せて各伝達関数の演算処理されたデータが取り込ま
れ、加算処理される。その結果がステップ１８０により
出力される。

例えば、Ｔａ時点では１分割した全ての伝達関数のサン
プリング開始点になるので、ステップ１１０．１３０，
１５０における演算結果Ｇ工（Ｔ　ａ　Ｌ　Ｇ、　（Ｔ
　ａ　Ｌ　Ｇ、　（Ｔ　ａ　）が取り込まれて加算され
る。続＜Ｔｂ時点では、伝達関数０１．　Ｇ２のデータ
更新が行なわれていないので、伝達関数６２のＴｂ時点
での演算結果Ｇ、（Ｔｂ）にＴａ時点での伝達関数Ｇ、
、Ｇ、の演算結果Ｇ１（Ｔａ）、Ｇ２（Ｔａ）に基づく
加算が行なわれる。以下、Ｔｃ。

Ｔｄ・・・時点の加算は前記同様に、ステップ１２０゜
１４０．１６０でホールドされている演算結果が順次取
り込まれて演算処理される。

なお、サンプリング周期Ｔ８〜Ｔ３時点の加算信号は、
いずれの場合においても、そのサンプリング周期に一致
した伝達関数の演算結果と、そのサンプリング周期に一
致していないその他２つの伝達関数の演算結果との加算
となる。この場合サンプリング周期Ｔ１に一致していな
い伝達関数６２゜Ｇ３の演算結果、サンプリング周期Ｔ
２に一致していない。伝達関数０１．　Ｇ、の演算結果
、さらにすンプリング周期Ｔ２に一致していない伝達関
数Ｇ□。

Ｇ８の演算結果については、加算時点より前に演算して
求められている演算結果をホールドしておき、その値を
各々の伝達関数の加算信号として用いるものである。デ
ィジタル信号処理装置においては、上述した一連の演算
処理がサンプリング周期Ｔ、〜Ｔ、のそれぞれのタイミ
ングにより繰り返えされ、結果的に伝達関数Ｇ□〜Ｇ３
とそれらを加算した伝達関数Ｇを実現するものである。

また本発明は対象とする伝達関数の分割数に等しいディ
ジタルに演算処理手段によって構成することもできる。

第７図は、３つに分割された伝達関数の実現に対応して
構成されたもので、第１図に示すディジタル演算処理の
装置構成に対応する処理フローを示す０図において、各
演算処理手段Ｎａｌ〜＆３による入力信号γの取り込み
（ステップ２００）は各演算処理手段に付属するタイマ
ーから出力さ、れる各伝達関数の実現に最適なサンプリ
ング周期に相当するタイミング信号Ｔ、〜Ｔ、に応じて
行なわれる。このデータはステップ２２０演算処理され
後、ステップ２３０によりホールドされる。この処理フ
ローは他の伝達関数を処理する演算処理手段＆２．Ｎａ
３においても同様である。

そして、ステップ２４０では、前述の１つの演算処理手
段と同じように１例えば最小のサンプル周期の伝達関数
Ｇ３の演算処理に用いられたタイミング信号Ｔ、を演算
間隔として各時点Ｔａ、Ｔｂ・・・の加算が行なわれる
。その結果がステップ２５０により出力される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、分割した伝達関数に対して独立なサン
プリング周期により演算処理されるため、周波数範囲の
広い伝達関数を実現することができ、ディジタル信号処
理手段の演算語長により制限されていた伝達関数の実現
範囲の拡大が図れると共に１分割数を多くとることによ
って周波数範囲を広くすることが可能となり、また高い
精度の伝達関数を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すディジタル信号処理装
置の構成図、第２図〜第４図は伝達関数を分割して得た
個々の伝達関数の周波数特性を示す図、第５図は１つの
ディジタル演算処理手段により実現する場合の処理フロ
ーを示す図、第６図は演算処理結果の加算状況を示すタ
イミングチャート、第７図は３つのディジタル演算処理
手段により実現する場合の処理フローを示す図、第８図
はディジタルサーボ機構の構成図、第９図は実現しよう
とする１標の周波数特性を示す図、第１０図は従来のデ
ィジタル信号処理装置の構成図、第１１図はディジタル
信号処理装置の演算語長が不足した場合の周波数特性の
一例を示す図である。 １〜３・・・サンプラ。 ４〜６・・・フィルタ。 ７・・・加算器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 対象とする伝達関数を複数の伝達関数に分割し、各伝達
   関数の実現に適したサンプリング周期により前記各伝達
   関数を独立にディジタル演算処理した後、この演算処理
   結果を前記分割した伝達関数の中の最小サンプリング周
   期で加算することにより対象とした伝達関数を実現する
   ディジタル信号処理方法。