共振抑制装置及び共振抑制方法
【課題】ノッチフィルタの中心周波数を良好に調整する。
【解決手段】共振抑制装置は、制御系の共振を抑制するために当該制御系に設けられているノッチフィルタ１２と、ノッチフィルタ１２の中心周波数を更新する中心周波数演算部１７と、中心周波数演算部１７への入力信号の帯域を制限するための振動成分抽出部１４であって、その通過帯域が中心周波数に連動して設定される第１のフィルタを含む振動成分抽出部１４と、を備える。通過帯域は中心周波数の修正量が基準を下回る場合に中心周波数に連動して設定されてもよい。
【解決手段】共振抑制装置は、制御系の共振を抑制するために当該制御系に設けられているノッチフィルタ１２と、ノッチフィルタ１２の中心周波数を更新する中心周波数演算部１７と、中心周波数演算部１７への入力信号の帯域を制限するための振動成分抽出部１４であって、その通過帯域が中心周波数に連動して設定される第１のフィルタを含む振動成分抽出部１４と、を備える。通過帯域は中心周波数の修正量が基準を下回る場合に中心周波数に連動して設定されてもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノッチフィルタを用いる共振抑制装置及び共振抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、掃引正弦波信号を電動機制御系に入力し、検出手段の信号の絶対値が最大となる掃引正弦波信号の周波数を共振周波数とする電動機制御装置の共振周波数検出装置が記載されている。特許文献２には、検出速度または検出位置を方向フィルタ及び第２ノッチフィルタのそれぞれによりフィルタ処理をして、方向フィルタの出力と第２ノッチフィルタの出力との積に応じて第１ノッチフィルタのノッチ中心周波数を修正することが記載されている。検出速度がハイパスフィルタに入力され、その出力が方向フィルタ及び第２ノッチフィルタに入力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１３４８６８号公報
【特許文献２】特開２００４−２７４９７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ノッチフィルタの中心周波数は例えば、修正の基礎となる入力信号から抑制されるべき振動成分を見出して、その振動成分に中心周波数を一致させるように修正される。入力信号の帯域を制限することで演算負荷を小さくし得るが、抑制すべき振動成分が入力信号に含まれることをより確実にするためには、帯域を過度に制限することは必ずしも現実的ではない。そのため、例えば制御帯域のみを除いた入力信号が使用される。そうすると、入力信号には所望の振動成分に加えて、それよりも高次の固有振動成分や高周波のノイズ等が含まれて、これらは安定的なノッチ周波数の調整に影響を与えるおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、ノッチフィルタ中心周波数調整のための入力信号の帯域制限と良好な調整との両立を実現し得る共振抑制装置及び共振抑制方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様の共振抑制装置は、制御系の共振を抑制するために当該制御系に設けられているノッチフィルタと、前記ノッチフィルタの中心周波数を更新する中心周波数演算部と、前記中心周波数演算部への入力信号の帯域を制限するためのプリフィルタであって、その通過帯域が前記中心周波数に連動して設定される第１のフィルタを含むプリフィルタと、を備える。
【０００７】
この態様によれば、中心周波数演算部への入力信号の帯域を制限するためのプリフィルタの通過帯域がノッチフィルタの中心周波数に応じて設定される。既存のノッチフィルタ中心周波数は抑制すべき振動成分またはその近傍にあることが期待される。よって、中心周波数に連動させることにより、プリフィルタの通過帯域を比較的狭く制限しつつ抑制すべき振動成分を含めることができる。このようにして、抑制すべき振動成分以外の成分を中心周波数演算部への入力信号からなるべく排除し、安定的な調整を実現することが可能となる。
【０００８】
本発明の別の態様は共振抑制方法である。この方法は、制御系の共振を抑制するために当該制御系に設けられ、中心周波数が調整可能であるノッチフィルタを使用して当該制御系の共振を抑制する共振抑制方法であって、前記中心周波数の調整に用いられる入力信号の帯域を制限することを含み、その帯域を前記中心周波数に連動させている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ノッチフィルタの中心周波数を良好に調整することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る適応ノッチフィルタの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施例に係るプリフィルタの構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施例に係るプリフィルタの設定処理の一例を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明の他の一実施例に係るプリフィルタの構成を示す図である。
【図５】本発明の他の一実施例に係るプリフィルタの構成を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るノッチフィルタの周波数特性の例を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るピークフィルタの周波数特性の例を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るノッチ中心周波数ω０と係数ｋとの関係を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るノッチ中心周波数ω０の修正の原理を周波数特性として示す図である。
【図１０】位相差フィルタにピークフィルタを用いる実施例の中心周波数修正量の平均値を示す図である。
【図１１】位相差フィルタに全域通過フィルタを用いる実施例の中心周波数修正量の平均値を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る共振抑制装置のシステム構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態に係る適応ノッチフィルタ１０の構成を示すブロック図である。適応ノッチフィルタ１０は例えば、任意の制御系における共振を抑制するためにその制御系に組み込まれて使用される。適応ノッチフィルタ１０は、ノッチフィルタ１２とフィルタ係数調整部１３とを含んで構成されている。ノッチフィルタ１２は、例えば図６に示される周波数特性を有する公知のフィルタである。ノッチフィルタ１２は、中心周波数ω０において振幅ゲインに最小値を有しており、中心周波数ω０の周波数成分を入力信号τ１から除去して出力信号τ２を出力する。ノッチフィルタ１２は、複数の周波数成分を除去するよう構成されていてもよく、例えば直列に接続された複数のノッチフィルタを含んでもよい。
【００１２】
ノッチフィルタ１２への入力信号τ１は例えば、ノッチフィルタ１２が適用される制御対象への制御指令である。入力信号τ１は、当該制御対象からの出力の検出値と所望の目標指令値との誤差に基づき生成されていてもよい。入力信号τ１は目標指令であってもよい。入力信号τ１は、当該制御対象からの観測量（例えば、位置、速度、加速度など）であってもよい。ノッチフィルタ１２の出力信号τ２は、当該制御対象への制御入力として使用されてもよい。ノッチフィルタ１２のフィルタ係数は、当該制御対象の固有振動数成分を入力信号τ１から除去するよう調整されている。そのために、ノッチフィルタ１２の中心周波数ω０は当該制御対象のいずれかの固有振動数成分に一致するよう調整される。
【００１３】
フィルタ係数調整部１３は、ノッチフィルタ１２のフィルタ係数を参照信号ｒに基づいて修正する。参照信号ｒは、ノッチフィルタ１２が適用される制御対象への制御指令であってもよいし、当該制御対象からの観測量であってもよい。フィルタ係数調整部１３は、制御対象の振動により生じた騒音から生成した参照信号ｒを用いてもよい。そのために、制御対象が発する音を分析して参照信号ｒを生成する参照信号生成部を設けてもよい。制御対象が発する音を集音して参照信号生成部に供給するためのマイク等の集音器を設けてもよい。このように、フィルタ係数調整部１３は、制御対象の振動成分を抽出することのできるいかなる信号を参照信号ｒとして用いてもよい。
【００１４】
フィルタ係数調整部１３は、ノッチフィルタ１２の中心周波数ω０を調整するための中心周波数演算部１７を含んで構成されている。この場合中心周波数演算部１７は、位相差フィルタ１６と、修正演算部１８と、を含んでもよく、これらの詳細については後述する。一実施例においては、中心周波数演算部１７は、中心周波数ω０の現在値にピークをもつピークフィルタを含み、そのピークフィルタを入力信号に作用させて得られる出力信号と入力信号との積に基づいて中心周波数の修正量Δω０を演算する。あるいは、中心周波数演算部１７は、ピークフィルタの代わりに全域通過フィルタを用いる方法や、特許文献２に記載の方法等、その他の任意の方法で入力信号から中心周波数を演算してもよい。中心周波数演算部１７は、中心周波数ω０だけではなく、中心周波数ω０以外のノッチフィルタ１２の係数（例えばノッチ幅やノッチ深さ）を併せて調整してもよい。
【００１５】
フィルタ係数調整部１３はさらに、中心周波数演算部１７への入力信号の帯域を制限するための振動成分抽出部１４と、振動成分抽出部１４により抽出される帯域を設定するための帯域設定部１５と、を含んで構成されている。振動成分抽出部１４は、ノッチ中心周波数ω０の修正に不要な周波数成分を参照信号ｒから除去するために設けられている。振動成分抽出部１４は、参照信号ｒを入力として、ノッチフィルタ１２により除去すべき周波数成分を含む帯域を含む信号ｕを出力する。信号ｕは好ましくは、ノッチフィルタ１２により除去すべき周波数成分のみを含む。すなわち、振動成分抽出部１４は、ノッチフィルタ１２により除去すべき周波数成分を参照信号ｒから抽出する。
【００１６】
ここで、ノッチ中心周波数ω０の修正に不要な周波数成分には、中心周波数ω０よりも低い周波数領域の周波数成分が含まれる。一般に、参照信号ｒにおいては、直流成分（言い換えれば０Ｈｚの周波数成分）や、目標指令の主要な周波数成分等の中心周波数ω０よりも低域の周波数成分が大きな振幅を有していることが多い。一実施例に係る中心周波数修正方法は現在の中心周波数の近傍で振幅の大きい周波数成分に中心周波数を一致させようとするものである。この場合、参照信号ｒ中の振幅の大きい低域成分に影響されて、中心周波数ω０が制御対象の固有振動数成分よりもやや低めに修正される傾向がある。よって、振動成分抽出部１４は例えば、制御周波数帯域よりも高い周波数領域を通過帯域とするハイパスフィルタを含むことが好ましい。
【００１７】
また、振動成分抽出部１４は、中心周波数ω０よりも高い周波数領域に含まれる周波数成分（例えば、共振とは無関係のノイズ）を除去するように構成されていてもよい。この場合、振動成分抽出部１４は、中心周波数ω０とその近傍の周波数成分を含む周波数領域を通過帯域とするバンドパスフィルタを含んでもよい。
【００１８】
本発明の一実施形態においては、帯域設定部１５は、振動成分抽出部１４により抽出される帯域を、ノッチフィルタ１２の中心周波数ω０に連動して設定する。一実施例においては後述のように、帯域設定部１５は、ノッチフィルタ１２の中心周波数ω０とその修正量Δω０に基づいて振動成分抽出部１４を調整する。振動成分抽出部１４は、中心周波数ω０に連動して通過帯域が設定されるバンドパスフィルタまたはハイパスフィルタを含む。言い換えれば、振動成分抽出部１４は、中心周波数ω０に応じて設定される通過帯域をもつ可変の帯域通過フィルタを含む。なお以下では、振動成分抽出部１４をプリフィルタ１４とも称する。
【００１９】
図２は、本発明の一実施例に係るプリフィルタ１４の構成を示す図である。プリフィルタ１４は、通過帯域が可変の帯域通過フィルタである第１フィルタ３０を含む。また、プリフィルタ１４は、入力に第１フィルタ３０を作用させる経路と作用させない経路とを選択的に切り換えるためのスイッチ３２をさらに含む。なお図２には、スイッチ３２が第１フィルタ３０を選択している状態を示している。上述のように、プリフィルタ１４への入力は例えば参照信号ｒであり、プリフィルタ１４の出力は中心周波数演算部１７への入力信号ｕである。スイッチ３２は、例えば帯域設定部１５により、中心周波数ω０の修正量Δω０に基づいて切り換えられる。
【００２０】
図３は、本発明の一実施例に係るプリフィルタ１４の設定処理の一例を説明するためのフローチャートである。この処理においては、帯域設定部１５は、中心周波数ω０の修正量Δω０が基準を下回る場合にプリフィルタ１４の通過帯域を中心周波数ω０に連動して設定する。この設定処理は帯域設定部１５により、例えば中心周波数ω０の更新処理が実行されているときに所定の周期で繰り返し実行される。
【００２１】
図３に示されるように、帯域設定部１５は、中心周波数ω０の修正量Δω０が基準を下回るか否かを判定する（Ｓ１０）。具体的には例えば、修正量Δω０の絶対値が所定の判定基準値よりも小さいか否かを判定する。抑制すべき振動成分から中心周波数ω０が離れている場合には修正量Δω０が比較的大きくなり、抑制すべき振動成分に中心周波数ω０が近づくにつれて修正量Δω０は小さくなっていくと考えられる。よって、判定基準値を例えば経験的または実験的方法により適切に設定して修正量Δω０とその基準値とを比較することにより、中心周波数ω０が抑制すべき振動成分の近傍にあるか否かを推測することができる。
【００２２】
修正量Δω０が基準を上回ると判定された場合には（Ｓ１０のＮ）、帯域設定部１５は、第１フィルタ３０を不使用とするようスイッチ３２を切り換える（Ｓ１２）。図２に示す例で言えば、スイッチ３２は下側の経路に切り換えられ、参照信号ｒがプリフィルタ１４の出力としてそのまま中心周波数演算部１７に入力される。後述の図４及び図５に示す例においては、通過帯域が固定の第２フィルタ３４側にスイッチ３２が切り換えられ、参照信号ｒに第２フィルタ３４を作用させて得られた出力が中心周波数演算部１７に入力される。
【００２３】
修正量Δω０が基準を下回ると判定された場合には（Ｓ１０のＹ）、帯域設定部１５は、第１フィルタ３０側にスイッチ３２を切り換える（Ｓ１４）。それとともに、帯域設定部１５は、第１フィルタ３０の通過帯域を中心周波数ω０に連動して設定する（Ｓ１６）。なお、図３に示す処理においては第１フィルタ３０の使用時に通過帯域を設定するようにしているが、帯域設定部１５は、修正量Δω０と判定基準との比較結果にかかわらず毎回の制御周期で第１フィルタ３０の通過帯域を中心周波数ω０に連動して演算してもよい。
【００２４】
一実施例においては、帯域設定部１５は、第１フィルタ３０の上側及び下側のカットオフ周波数をそれぞれ中心周波数ω０に基づき設定する。これらのカットオフ周波数により定められる通過帯域に中心周波数ω０が含まれるように、帯域設定部１５は、第１フィルタ３０のカットオフ周波数を設定する。その結果、プリフィルタ１４は第１フィルタ３０で入力信号を処理し、帯域の制限された信号を中心周波数演算部１７に出力する。
【００２５】
帯域設定部１５は、例えば、上側及び下側のカットオフ周波数をそれぞれ中心周波数ω０に比例する値に設定してもよい。また、帯域設定部１５は、中心周波数ω０を通過帯域の中心とするように上側及び下側のカットオフ周波数を設定してもよい。この場合例えば、帯域設定部１５は、上側のカットオフ周波数をｎ×ω０に設定し、下側のカットオフ周波数を（１／ｎ）×ω０に設定してもよい。ｎは正の整数であり、好ましくは例えばｎ＝２である。
【００２６】
上記の設定処理においては修正量Δω０が基準を下回るか否かを毎回の制御周期で判定することにより、修正量Δω０がその基準を下回っている間に限ってプリフィルタ１４の通過帯域をノッチフィルタ１２の中心周波数ω０に連動させている。つまり修正量Δω０が基準を上回ったときはプリフィルタ１４は解除される。こうして、抑制すべき振動成分にノッチフィルタ中心周波数が収束しつつあるときにプリフィルタ１４によってその近傍の帯域に入力信号を制限し、良好な調整を実現することができる。
【００２７】
なお、これとは異なり、修正量Δω０が一旦基準を下回った場合にはそれ以降継続的にプリフィルタ１４の通過帯域をノッチフィルタ１２の中心周波数ω０に連動させるようにしてもよい。このようにすれば、設定処理がより単純となる。
【００２８】
プリフィルタ１４の通過帯域は、ノッチフィルタ１２の中心周波数ω０が変化するたびに必ずしも変更されなくてもよい。例えば、帯域設定部１５は、プリフィルタ１４の前回の調整時点におけるノッチフィルタ１２の中心周波数ω０の値と現在の値との差があるしきい値を超えて大きくなるまでは変更せず、そのように大きくなったときに、プリフィルタ１４の通過帯域を中心周波数ω０の現在値に連動させてプリフィルタ１４を調整してもよい。
【００２９】
図２及び図３に示す実施例においてはスイッチ３２を明示しこれを切り換えるようにしているが、本発明の一実施例に係るプリフィルタ１４はそのようなスイッチ３２を必ずしも含まなくてもよい。例えば、プリフィルタ１４は通過帯域が可変の単一の帯域通過フィルタとして構成され、第１の場合には通過帯域を中心周波数ω０の現在値に連動させ、第２の場合には通過帯域を予め設定されている固定値とするようにしてもよい。第１の場合は修正量Δω０が基準を下回っている場合であり、第２の場合は修正量Δω０が基準を上回っている場合であってもよい。
【００３０】
他の一実施例においては、プリフィルタ１４は少なくとも２つのフィルタを含んでもよい。プリフィルタ１４は第１フィルタ３０に加えて、通過帯域が中心周波数ω０とは独立に設定されている第２のフィルタを含んでもよい。第２のフィルタは、通過帯域が固定されているバンドパスフィルタまたはハイパスフィルタであってもよい。この場合、プリフィルタ１４は、中心周波数ω０の修正量Δω０が基準を下回る場合には第１及び第２のフィルタを入力信号に作用させ、中心周波数ω０の修正量Δω０が基準を上回る場合には第２のフィルタを入力信号に作用させるよう構成されていてもよい。
【００３１】
図４は、本発明の他の一実施例に係るプリフィルタ１４の構成を示す図である。図４に示すプリフィルタ１４は図２に示す例と同様に、第１フィルタ３０及びスイッチ３２を含む。プリフィルタ１４は第２フィルタ３４をさらに含む。第２フィルタ３４は通過帯域が固定されているバンドパスフィルタまたはハイパスフィルタであり、スイッチ３２の上流側に設けられている。なお第２フィルタ３４は信号ｕに作用するよう第１フィルタ３０の下流側に設けられていてもよい。第１フィルタ３０と第２フィルタ３４とは直列に配列されている。第２フィルタ３４は上述のように、制御周波数帯域よりも高い周波数領域を通過帯域とするハイパスフィルタであってもよいし、そのハイパスフィルタに高周波ノイズを除去するためのローパスフィルタを付加したバンドパスフィルタであってもよい。
【００３２】
図４に示すプリフィルタ１４によれば、スイッチ３２が第１フィルタ３０を選択した場合には参照信号ｒに第１フィルタ３０及び第２フィルタ３４を作用させて得られた信号ｕが中心周波数演算部１７に入力される。一方、スイッチ３２が第１フィルタ３０を選択していない場合には参照信号ｒに第２フィルタ３４を作用させて得られた信号ｕが中心周波数演算部１７に入力される。スイッチ３２は、図３に示す処理と同様に、中心周波数ω０の修正量Δω０が基準を下回るか否かによって切り換えられる。
【００３３】
図５は、本発明の他の一実施例に係るプリフィルタ１４の構成を示す図である。プリフィルタ１４は図４に示す例と同様に、第１フィルタ３０、スイッチ３２、及び第２フィルタを含む。ただし、図４に示す例とは異なり、図５に示すプリフィルタ１４においては第１フィルタ３０と第２フィルタ３４とが並列に設けられている。すなわち、スイッチ３２の切り換えにより、第１フィルタ３０と第２フィルタ３４のいずれか一方が選択されるよう構成されている。よって、参照信号ｒに第１フィルタ３０または第２フィルタ３４を作用させて得られた信号ｕが中心周波数演算部１７に入力される。スイッチ３２は、図３に示す処理と同様に、中心周波数ω０の修正量Δω０が基準を下回るか否かによって切り換えられる。図５に示す実施例によれば、図４に示すように２つの直列のフィルタを信号に作用させる場合に比べて計算量を少なくすることができる。
【００３４】
一実施例においては、第１フィルタ３０は、直列に接続されているハイパスフィルタとローパスフィルタを含んでもよい。この場合、ハイパスフィルタ及びローパスフィルタの両方のカットオフ周波数が中心周波数ω０に連動して設定されてもよいし、いずれか一方のカットオフ周波数が中心周波数ω０に連動して設定され他方は固定されていてもよい。例えば、ハイパスフィルタのカットオフ周波数は固定され、ローパスフィルタのカットオフ周波数が中心周波数ω０に連動して設定されてもよい。ローパスフィルタのカットオフ周波数はｎ×ω０（好ましくは例えば２ω０）に設定されてもよい。ハイパスフィルタは、上述の第２フィルタ３４であってもよい。
【００３５】
本実施例によれば、中心周波数ω０の修正量Δω０が判定基準値を下回る場合にプリフィルタ１４の通過帯域がノッチフィルタの中心周波数ω０に応じて例えば０．５ω０から２ω０の範囲に設定される。修正量Δω０が十分に小さい場合にはノッチフィルタ中心周波数の現在値は抑制すべき振動成分に収束しつつあると考えられる。よって、プリフィルタ１４の通過帯域を制限しつつ、その範囲に抑制すべき振動成分を含めることができる。範囲外の振動成分は中心周波数演算部１７への入力信号から排除される。これにより、複数の固有振動成分や高周波のノイズが中心周波数調整に及ぼす悪影響を防止または軽減することができる。
【００３６】
なお、振動成分抽出部１４は、制御対象の入出力特性を表すモデルと目標入力とに基づいて生成される参照信号ｒに相当する信号と実際の参照信号ｒとの差を出力する差分演算部であってもよい。この場合、制御対象の入出力特性を表すモデルは、低次の固有振動成分（例えば１次の固有振動数成分のみ）を記述するモデルであってもよい。そうすると、振動成分抽出部１４の出力信号は、入力された実際の参照信号ｒから目標入力及び低次固有振動数成分が除去され、高次の固有振動数成分のみを含むようにすることができる。本発明者の得た知見によれば、中心周波数ω０を高次の固有振動数（例えば２次の固有振動数）に一致させたほうが好ましい制御特性を得られることが多い。上述のようにモデルに基づき生成される信号と実際の参照信号ｒとの差をとることにより、高次の固有振動数成分以外の周波数成分が抑制された信号を簡単に得ることができる。
【００３７】
振動成分抽出部１４は、上述の可変帯域通過フィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタ、及び、差分演算部の少なくとも１つを備えるよう構成されていてもよい。逆に、振動成分抽出部１４を設けずに、修正演算部１８は、参照信号ｒと参照信号ｒの位相差フィルタ出力とに基づいてフィルタ係数を修正するようにしてもよい。例えば、中心周波数ω０の修正に不要な周波数成分の振幅が小さく修正結果の誤差が小さいと見込まれる場合や、中心周波数ω０の修正に不要な周波数成分の振幅が抑制された参照信号ｒを得られる場合には、振動成分抽出部１４を省略してもよい。
【００３８】
図１に示されるように、位相差フィルタ１６は、振動成分抽出部１４の出力信号ｕを入力として、位相差フィルタ出力信号ｐを出力する。ここで位相差フィルタ１６とは、周波数成分に応じた位相シフトを与えるフィルタをいう。位相差フィルタ１６の位相特性は、中心周波数ω０を含む局所周波数領域の下限周波数から上限周波数へと入力信号ｕの周波数が増加するにつれて、出力信号ｐの位相シフトを第１位相シフトから第２位相シフトへと単調に変化させる。下限周波数よりも低周波数領域においては位相シフトは第１位相シフトに実質的に等しく、上限周波数よりも高周波数領域においては位相シフトは第２位相シフトに実質的に等しい。
【００３９】
中心周波数ω０の修正を、以下に詳しく述べる中心周波数修正量Δω０を用いて行う場合には、位相差フィルタ１６の位相特性は、局所周波数領域の下限周波数よりも低周波数領域においては実質的に０度の位相遅れを与え（つまり実質的に位相を遅らせず）、上限周波数よりも高周波数領域においては実質的に１８０度の位相遅れを与えることが好ましい。位相差フィルタ１６の位相特性は、局所周波数領域の下限周波数から上限周波数へと入力信号ｕの周波数が増加するにつれて、出力信号ｐの位相遅れが０度から１８０度へと大きくなっていく。入力信号ｕの周波数成分が中心周波数ω０に等しいときに、出力信号ｐの位相遅れは９０度に等しくなるよう設定されている。
【００４０】
好ましい一実施例においては、位相差フィルタ１６は、上記の位相特性とともに、局所周波数領域を帯域幅とするゲインピークを中心周波数ω０に有する周波数振幅特性を有するピークフィルタであってもよい。この帯域幅（すなわちピーク幅）は、ピークからゲインが所定量（例えば１／√２）減衰する周波数の範囲をいう。ピークフィルタの周波数振幅特性及び周波数位相特性の一例を図７に示す。図７の周波数位相特性に示されるように、位相差フィルタ１６は、中心周波数ω０において基準位相遅れ（例えば９０度）をとり、中心周波数ω０の近傍で基準位相遅れよりも十分小さい位相遅れ（例えば０度）から十分大きい位相遅れ（例えば１８０度）へと変化する位相特性を有する。
【００４１】
なお、他の一実施例においては、位相差フィルタ１６は上記の位相特性を有する全域通過フィルタであってもよい。全域通過フィルタは全周波数領域においてゲインの値が１である周波数振幅特性を有する。また、位相差フィルタ１６は、入力信号ｕの周波数ωと中心周波数ω０との差に比例して位相遅れを生じさせる位相シフタまたはＦＩＲフィルタであってもよい。
【００４２】
修正演算部１８は、位相差フィルタ入力信号ｕ及び位相差フィルタ出力信号ｐに基づいてノッチフィルタ１２及び位相差フィルタ１６のフィルタ係数を修正する。すなわち、修正演算部１８は、ノッチフィルタ１２及び位相差フィルタ１６の時点ｎにおけるフィルタ係数を、入力信号ｕ及び出力信号ｐに基づいて、時点ｎ＋１におけるフィルタ係数に更新する。修正演算部１８は例えば、次式により中心周波数ω０を時点ｎの値ω０［ｎ］を時点ｎ＋１の値ω０［ｎ＋１］に更新する。すなわち、修正演算部１８は、中心周波数ω０の現在値ω０［ｎ］に修正量Δω０を加算することにより更新値ω０［ｎ＋１］を得る。
【００４３】
【数１】
【００４４】
式１の右辺第２項が中心周波数ω０の修正量Δω０である。ここで、ｕ［ｎ］及びｐ［ｎ］はそれぞれ時点ｎにおける位相差フィルタの入力信号ｕ及び出力信号ｐを示す。Φｐ［ｎ］は時点ｎにおける補正係数である。この補正係数については後述するが、入力信号ｕの振幅αの影響を緩和するための補正係数である。補正係数Φｐ［ｎ］は例えば、位相差フィルタ出力信号ｐ［ｎ］の二乗を平滑化したものである。出力信号ｐ［ｎ］は振動成分を含む信号であるから、０または０に近い値をとることがある。よって、補正係数Φｐ［ｎ］が０または０に近い値となり、中心周波数修正量Δω０が過大となることを避けるためには、平滑化処理をすることが好ましい。平滑化処理は例えばローパスフィルタによるものであってもよい。μは、修正量Δωを調整するための修正ゲインである。
【００４５】
なお、補正係数は、位相差フィルタ入力信号ｕの二乗を平滑化したものであってもよい。あるいは、補正係数は、入力信号ｕと出力信号ｐとの積ｐｕの二乗の平方根であってもよい。この場合、積ｐｕの二乗の平方根は平滑化処理がされてもよいし、されなくてもよい。平滑化処理をする場合には、積ｐｕの二乗の平方根を平滑化してもよいし、積ｐｕの二乗を平滑化して平方根をとってもよいし、出力信号ｐの二乗及び入力信号ｕの二乗のそれぞれを平滑化したものの積の平方根をとってもよいし、出力信号ｐの絶対値及び入力信号ｕの絶対値のそれぞれを平滑化したものの積であってもよい。
【００４６】
修正演算部１８は、位相差フィルタ１６のフィルタ係数の更新頻度をノッチフィルタ１２のフィルタ係数の更新頻度よりも多くしてもよい。例えば、修正演算部１８は、位相差フィルタ１６のフィルタ係数を毎回の制御周期で逐次更新し、ノッチフィルタ１２のフィルタ係数は低頻度に（例えば数回おきの制御周期で）更新してもよい。あるいは、修正演算部１８は、制御対象の固有振動数に中心周波数ω０が一致したことが確認されてからノッチフィルタ１２のフィルタ係数を修正するようにしてもよい。この場合、ノッチフィルタ１２は、制御対象からの制御出力を観測することにより、制御対象の固有振動数に中心周波数ω０が一致したか否かを判定してもよい。
【００４７】
ノッチフィルタ１２と位相差フィルタ１６の具体例を述べる。位相差フィルタ１６の具体例としてピークフィルタを挙げる。図６は、ノッチフィルタの周波数特性の例を示す図である。図７は、ピークフィルタの周波数特性の例を示す図である。ノッチフィルタ１２及びピークフィルタがデジタルフィルタである場合には、ノッチフィルタ１２の伝達関数ＧＮ及びピークフィルタの伝達関数ＧＰはそれぞれ式２及び式３で表される。
【００４８】
【数２】
【００４９】
【数３】
【００５０】
ノッチフィルタ１２のフィルタ係数は式４で表され、ピークフィルタのフィルタ係数は式５で表される。ここで、ω０はノッチフィルタ１２の中心周波数である。ζ１、ζ２はそれぞれ中心周波数ω０におけるゲインピークとノッチ幅とを決めるためのパラメタである。Ｔｓはサンプリング時間である。ζ３は、ピークフィルタのピーク幅を決めるためのパラメタである。
【００５１】
【数４】
【００５２】
【数５】
【００５３】
この具体例の場合、修正演算部１８はまず、式１により中心周波数の更新値ω０［ｎ＋１］を求め、この更新値を用いて式４及び式５の各フィルタ係数を更新する。なお、式５に表されている係数ｌｐについては初期値のまま固定して更新しないようにしてもよいし、中心周波数の更新頻度よりも低い更新頻度で更新するようにしてもよい。係数ｌｐを更新しない場合には、中心周波数ω０の変化によりピークフィルタのピーク幅が変化することになる。係数ｌｐの更新頻度を少なくする（あるいは行わない）ことにより、修正演算部１８における計算量を小さくすることができる。
【００５４】
また、ノッチフィルタ１２とピークフィルタの他の例を述べる。ノッチフィルタ１２及びピークフィルタがデジタルフィルタであり、かつ中心周波数ω０におけるゲインが−∞ｄＢである場合には、ノッチフィルタ１２の伝達関数ＧＮ及びピークフィルタの伝達関数ＧＰはそれぞれ式６及び式７で表される。なお式７は式３と同一である。各フィルタ係数は、式８で表される。
【００５５】
【数６】
【００５６】
【数７】
【００５７】
【数８】
【００５８】
この例においても、修正演算部１８はまず、式１により中心周波数の更新値ω０［ｎ＋１］を求め、この更新値を用いて式８の各フィルタ係数を更新する。なお、式８に表されている係数ｌＮ、ｌｐについては初期値のまま固定して更新しないようにしてもよいし、中心周波数の更新頻度よりも低い更新頻度で更新するようにしてもよい。係数ｌＮ、ｌｐを更新しない場合には、中心周波数ω０の変化によりノッチフィルタのノッチ幅及びピークフィルタのピーク幅が変化することになる。係数ｌＮ、ｌｐの更新頻度を少なくする（あるいは行わない）ことにより、修正演算部１８における計算量を相当小さくすることができる。
【００５９】
なお、係数ｌＮ、ｌｐを中心周波数ω０と同様の頻度で逐次更新する場合においては、中心周波数ω０（または係数ｋ）に対応する係数ｌＮ、ｌｐのテーブルを予め計算して準備しておくことにより、修正演算部１８における計算量を低減することができる。修正演算部１８は、記憶部（図示せず）に記憶されているテーブルを参照することにより、中心周波数（または係数ｋ）の更新値に対応する係数ｌＮ、ｌｐを求めることができる。
【００６０】
図８は、中心周波数ω０と係数ｋとの関係を示す図である。ここで、サンプリング時間Ｔｓは４ｍｓとしている。図示されるように、中心周波数ω０が増加するにつれて、係数ｋは単調に減少する。そこで、式１により中心周波数ω０を更新する代わりに、修正演算部１８は、次式により係数ｋを直接更新するようにしてもよい。式９は式１と同様であるが、修正ゲインについては係数ｋを調整するための修正ゲインμｋに置き換えられている。
【００６１】
【数９】
【００６２】
よって、修正演算部１８は、位相差フィルタ入力信号ｕ及び位相差フィルタ出力信号ｐに基づいて係数ｋを直接修正する。すなわち、修正演算部１８は、時点ｎにおける係数ｋ［ｎ］を、入力信号ｕ及び出力信号ｐに基づいて、時点ｎ＋１における係数ｋ［ｎ＋１］に更新する。
【００６３】
続いて、本発明の一実施形態における中心周波数ω０の修正の原理について説明する。簡単のため、位相差フィルタ１６への入力信号ｕを振幅αで周波数ωの単一周波数成分の正弦波であると仮定する。このとき位相差フィルタ１６の入力信号ｕ及び出力信号ｐは、式１０で表される。ここで、位相差フィルタ１６の振幅ゲイン及び位相シフトをそれぞれ｜ＧＰ（ｊω）｜及びφｐ（ω）と表記している。
【００６４】
【数１０】
【００６５】
一実施例においては中心周波数修正量Δω０は位相差フィルタ１６の入力信号ｕと出力信号ｐとの積ｐｕに依存するよう定められている。積ｐｕの平均値Ｅ［ｐｕ］は式１１で表される。
【００６６】
【数１１】
【００６７】
上述のように、位相差フィルタ１６の位相特性は、中心周波数ω０を含む局所周波数領域の下限周波数から上限周波数へと入力信号ｕの周波数が増加するにつれて、出力信号ｐの位相シフトを第１位相シフトから第２位相シフトへと単調に変化させる。中心周波数ω０においては、第１位相シフトと第２位相シフトとの間の基準位相シフトをとる。図７に示される例においては、位相差フィルタ１６は、中心周波数ω０において基準位相遅れ（例えば９０度）を与え、中心周波数ω０の近傍の低周波数領域では基準位相遅れよりも小さい位相遅れを与え、中心周波数ω０の近傍の高周波数領域では基準位相遅れよりも大きい位相遅れを与える位相特性を有する。
【００６８】
よって、中心周波数ω０において符号決定係数ｃｏｓ（φｐ（ω））はゼロとなり、入力信号ｕの周波数ωが中心周波数ω０よりも小さい場合に符号決定係数は正の値となり、入力信号ｕの周波数ωが中心周波数ω０よりも大きい場合に符号決定係数は負の値となる。これをまとめると、式１２で表される。
【００６９】
【数１２】
【００７０】
したがって、積ｐｕの平均値Ｅ［ｐｕ］は、ｃｏｓ（φｐ（ω））を符号決定係数として有すると言える。符号決定係数ｃｏｓ（φｐ（ω））は、位相差フィルタ１６の出力信号ｐの位相シフトφｐ（ω）に応じて中心周波数修正量Δω０の平均値の符号を決定する。式１１からわかるように、平均値Ｅ［ｐｕ］の符号決定係数ｃｏｓ（φｐ（ω））以外の部分は明らかに正の値であり、周波数成分によらず符号が一定となる符号一定部分である。平均値Ｅ［ｐｕ］は、符号一定部分と符号決定係数との積で表されている。
【００７１】
すなわち、積ｐｕの平均値Ｅ［ｐｕ］の符号は、位相差フィルタ１６への入力信号ｕの周波数ωと中心周波数ω０との大小関係で決まる。入力信号ｕの周波数ωが中心周波数ω０よりも小さければ積ｐｕは正の値となり、入力信号ｕの周波数ωが中心周波数ω０よりも大きければ積ｐｕは負の値となる。したがって、式１３に表されるように、積ｐｕを中心周波数修正量とする漸化式を用いて中心周波数ω０を更新することにより、ノッチフィルタ１２の中心周波数ω０を入力周波数ωへと一致させることが可能となる。
【００７２】
【数１３】
【００７３】
入力周波数ωが制御対象の固有振動数成分である場合には、ノッチフィルタ１２の中心周波数ω０を固有振動数成分に一致させることができる。このようにして、ノッチフィルタ１２の中心周波数ω０を制御対象の固有振動数成分へと自動的に調整することができる。
【００７４】
さらに好ましくは、中心周波数修正量Δω０に補正係数を導入することにより、入力信号ｕの振幅αの影響を緩和または排除することが可能である。式１２からわかるように、積ｐｕは入力信号ｕの振幅αに依存する。式１４は、中心周波数修正量Δω０に補正係数Φ［ｎ］を導入した場合における中心周波数ω０を更新する漸化式である。
【００７５】
【数１４】
【００７６】
ここで、補正係数Φ［ｎ］をμ／Φｐ［ｎ］と書きかえれば、式１４は式１に一致する。一例として上述のように、Φｐ［ｎ］を位相差フィルタ出力信号ｐ［ｎ］の二乗を平滑化したものである場合を説明する。平滑化は例えば、カットオフ周波数ωｃｐを有するローパスフィルタで出力信号ｐ［ｎ］の二乗を処理することで行う。そうすると、Φｐ［ｎ］の平均値は式１５により与えられる。
【００７７】
【数１５】
【００７８】
よって、補正係数により補正された中心周波数修正量の修正演算１回あたりの平均値Ｅ［Δω０］は式１６で与えられる。式１６からわかるように、平均値Ｅ［Δω０］は入力信号ｕの振幅αに依存しない形式で表される。よって、中心周波数修正量Δω０に補正係数を導入することにより、入力信号ｕの振幅αの影響を排除することができる。
【００７９】
【数１６】
【００８０】
図９は、本発明の一実施形態に係る中心周波数ω０の修正の原理を周波数特性として示す図である。図９は、式１６に示される平均値Ｅ［Δω０］について、ゲインを１／｜ＧＰ（ｊω）｜とし、位相をφｐ（ω）として作成したボード線図である。なお、図９に示されるボード線図は、一例として位相差フィルタ１６を図７に示すピークフィルタとしたときのものである。係数μは簡単のため、μ＝１としている。図９に示されるように振幅特性については、ピークフィルタのゲインピークに対応するノッチが現れている。位相特性についても、ピークフィルタの位相特性に対応する位相特性が示されている。
【００８１】
図１０は、位相差フィルタ１６にピークフィルタを用いたときの中心周波数修正量の平均値Ｅ［Δω０］を示す図である。図１０に示される平均値Ｅ［Δω０］は、式１６に示される補正済修正量である。図１０に示されるように、修正量平均値Ｅ［Δω０］は、中心周波数ω０の近傍だけではなく、ゼロ近傍からナイキスト周波数ωｎｙｑ（サンプリング周波数の１／２）の近傍にわたる広範な周波数領域において、中心周波数ω０と入力周波数ωとの偏差に対し直線的に変化していることがわかる。つまり、ナイキスト周波数ωｎｙｑ以下の帯域において、中心周波数修正量の平均値Ｅ［Δω０］は、中心周波数ω０と入力周波数ωとの偏差に実質的に比例している。
【００８２】
このため、中心周波数ω０と入力周波数ωとの偏差に応じた修正量Δω０を得ることができる。つまり、適応ノッチフィルタ１０により抑制すべき周波数ωからノッチ中心周波数ω０が離れているほど更新時の修正量Δω０が大きくなる。よって、少ない更新処理の反復回数で中心周波数ω０を入力信号ｕの周波数ωへと近づけることができる。また、抑制すべき周波数ωに中心周波数ω０が近づくほど修正量Δω０が小さくなる。よって、入力信号ｕの周波数ωの近傍で中心周波数ω０を更新するたびに中心周波数ω０が振動的に変化することを防ぐことができる。中心周波数ω０を入力信号ｕの周波数ωへとすみやかに一致させることができる。
【００８３】
また、位相差フィルタ１６をピークフィルタとしたことにより、中心周波数ω０を入力信号ｕの周波数ωに一度一致させたあとは、中心周波数ω０をその周波数ωに留まらせるようにすることができる。位相差フィルタ１６がピークフィルタであるため、中心周波数ω０において振幅が大きく増幅される。よって、中心周波数ω０から乖離している他の周波数成分が入力信号ｕに含まれていたとしても、既に一致している入力信号ｕの周波数ωから他の周波数に向けて中心周波数ω０が離れていきにくくなる。したがって、中心周波数ω０の初期値から入力信号ｕの周波数ωに一致させるまでは比較的大きな修正量により速やかに行うことができるとともに、一旦一致したあとはその周波数ωに中心周波数ω０を束縛することができる。また、経時変化等の何らかの要因で周波数ωが緩やかに変化することがある。このようなドリフトが生じた場合には中心周波数ω０を追従させることができる。
【００８４】
例えば、入力信号ｕの周波数振幅特性にピークを有する周波数成分が複数含まれる場合には、他の周波数成分に比べて一致させようとしている周波数成分に近い値に中心周波数の初期値を設定して中心周波数の更新処理を行う。このようにすれば、一致させようとしている周波数の振幅に比べて他の周波数の振幅がきわめて大きくない限り、中心周波数ω０を所望の周波数に一致させ、その周波数に留まらせることができる。
【００８５】
本発明者の得た知見によれば、図１２に示す制御システムにおいては中心周波数ω０をモデルに含まれない高次の固有振動数に一致させることにより、好ましい制御特性を得られることが多い。このため、中心周波数の初期値をできるだけ高い周波数に設定して中心周波数の更新処理を行うことが好ましい。位相差フィルタ１６の入力信号ｕには、制御入力に起因する低周波成分や１次の固有振動数成分などの高次の固有振動数より大きな振幅を有する成分が低帯域に存在することが多いからである。
【００８６】
図１１は、位相差フィルタ１６に全域通過フィルタを用いたときの中心周波数修正量の平均値Ｅ［Δω０］を示す図である。この全域通過フィルタは、図７に例示されるピークフィルタと同一の位相特性を有し、周波数振幅特性は全周波数でゲインが１となる。よって、式１６において｜ＧＰ（ｊω）｜を１とすることにより、全域通過フィルタの修正量平均値Ｅ［Δω０］を得ることができる。
【００８７】
図１１に示されるように、修正量平均値Ｅ［Δω０］は中心周波数ω０の近傍において負の最小値から正の最大値へと切り替わっている。修正量平均値Ｅ［Δω０］は、中心周波数ω０近傍の切替範囲よりも低い周波数領域においては負の最小値でほぼ一定であり、中心周波数ω０近傍の切替範囲よりも高い周波数領域においては正の最大値でほぼ一定である。このため、中心周波数ω０と入力信号ｕの周波数ωとの差がある程度の大きさであると、中心周波数修正量Δω０の大きさは概ね一定となる。よって、中心周波数ω０の時間変化は振動的になりやすいと考えられる。したがって、中心周波数ω０の振動的な時間変化を避けることを重視する場合には、位相差フィルタ１６にピークフィルタを採用することが好ましい。なお、中心周波数ω０の振動的変化を許容することができる制御対象に適応ノッチフィルタ１０を適用する場合には、全域通過フィルタを位相差フィルタ１６に採用してもよい。
【００８８】
なお、一実施例においては、入力信号ｕの周波数ωと中心周波数ω０との差に比例して位相遅れを生じさせる位相シフタまたはＦＩＲフィルタを位相差フィルタ１６としてもよい。この場合、中心周波数ω０がナイキスト周波数の１／２近傍の場合に、修正量平均値Ｅ[Δω０]はピークフィルタを用いた場合と同様になる。しかし、中心周波数ω０ がナイキスト周波数の１／４以下のときはナイキスト周波数の３／４以上の領域で修正平均値Ｅ[Δω０]は、中心周波数ω０と入力周波数ωとの偏差に対して直線的に変化しなくなり、中心周波数ω０がナイキスト周波数の３／４以上のときはナイキスト周波数の１／４以下の領域で修正平均値Ｅ[Δω０]は、中心周波数ω０と入力周波数ωとの偏差に対して直線的に変化しなくなる。
【００８９】
上述の実施例においては位相差フィルタ１６の入力信号ｕと出力信号ｐとの積ｐｕに依存する中心周波数修正量Δω０を用いているが、本発明はこれに限られない。例えば、入力信号ｕの符号と出力信号ｐとの積に依存する中心周波数修正量Δω０を用いてもよい。この場合、補正係数Φｐ［ｎ］としては例えば、出力信号ｐの絶対値を平滑化したものを用いることが好ましい。
【００９０】
図１２は、本発明の一実施形態に係る共振抑制装置のシステム構成を示すブロック図である。電動機２０は負荷２２を駆動する。電動機２０は例えば、産業用ロボットや射出成型器、建設機械、精密位置決めステージ等の共振により制御特性に制限が生じ得る装置に組み込まれている電動機である。検出器２４は電動機２０の出力を測定する。検出器２４は例えば、電動機２０の検出速度ω＊を測定する速度検出器である。
【００９１】
共振抑制装置の速度指令生成部（図示せず）は、速度指令ωｄｉｒを決定する。速度制御部２６は、電動機２０への速度指令ωｄｉｒに対する検出速度ω＊の誤差に基づき電動機２０へのトルク指令信号を生成する。速度制御部２６は、速度指令ωｄｉｒと電動機２０の検出速度ω＊との差を０にして検出速度ω＊が速度指令値ωｄｉｒに追従するようにトルク指令τ１を出力する。速度制御部２６は例えば、速度指令ωｄｉｒと電動機２０の検出速度ω＊との差分ωｄｉｒ−ω＊の比例積分した結果をトルク指令τ１として出力する。
【００９２】
ノッチフィルタ１２は、トルク指令τ１から中心周波数ω０の周波数成分を除去して新たなトルク指令τ２を出力する。中心周波数ω０は電動機２０と負荷２２とを含むシステムの固有振動数ωｎの周波数成分に一致しているので、ノッチフィルタ１２は、その固有振動数成分を除去した新しいトルク指令τ２をトルク制御部２８に出力する。トルク制御部２８は、ノッチフィルタ１２の出力信号に基づき電動機２０を制御する。トルク制御部２８は、トルク指令τ２に一致するトルクτ＊を電動機２０が出力するように電動機２０への供給電流を制御する。このようにして、電動機２０の速度制御が行われる。
【００９３】
フィルタ係数調整部１３は、図１を参照して説明したように、振動成分抽出部１４と、位相差フィルタ１６と、修正演算部１８と、を含む。フィルタ係数調整部１３は、検出速度ω＊を参照信号ｒとして使用している。フィルタ係数調整部１３は、ノッチフィルタ１２の中心周波数ω０が速度ω＊に含まれる振動周波数に一致するよう、ノッチフィルタ１２及び位相差フィルタ１６の係数を修正する。
【００９４】
電動機２０の出力するトルクτ＊にシステムの固有振動数ωｎが含まれていると、電動機の駆動によってシステムの固有振動が励起されて共振が発生する。速度制御部２６とトルク制御部２８との間にノッチフィルタ１２を挿入し、速度制御部２６の出力τ１から固有振動数ωｎの成分を除去してトルク制御部２８への入力トルク指令τ２を生成することにより、共振を抑制することができる。仮に、ノッチフィルタ１２の中心周波数ω０がシステムの固有振動数ωｎから乖離している場合には、共振が発生して検出信号ω＊にシステムの固有振動数ωｎの成分が含まれる。この場合、適応ノッチフィルタ１０のフィルタ係数調整部１３は検出信号ω＊を参照信号ｒとして用いているから、中心周波数ω０をωｎに一致させるように自動的に調整することができる。
【００９５】
なおこの実施例では速度制御部２６とトルク制御部２８との間にノッチフィルタ１２を設け、速度制御部２６からのトルク指令をノッチフィルタ１２への入力として説明している。しかし、他の実施例においては速度指令、検出速度、または誤差信号をノッチフィルタへの入力として使用してもよい。すなわち、ノッチフィルタは、速度制御部への入力信号、当該入力信号を生成するための信号、及び速度制御部からのトルク指令信号のいずれかを入力としてもよい。例えば、図１２に示される構成においてノッチフィルタ１２は、検出器２４の後段、すなわち検出器２４と速度制御部２６との間に設けられてもよい。あるいはノッチフィルタ１２は、速度指令生成部の後段、すなわち速度制御部２６の前段に設けられてもよい。このようにしても同様に振動を抑制することが可能である。
【符号の説明】
【００９６】
１０ 適応ノッチフィルタ、 １２ ノッチフィルタ、 １３ フィルタ係数調整部、 １４ 振動成分抽出部、 １５ 帯域設定部、 １６ 位相差フィルタ、 １７ 中心周波数演算部、 １８ 修正演算部、 ２０ 電動機、 ２２ 負荷、 ２４ 検出器、 ２６ 速度制御部、 ２８ トルク制御部、 ３０ 第１フィルタ、 ３２ スイッチ、 ３４ 第２フィルタ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノッチフィルタを用いる共振抑制装置及び共振抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、掃引正弦波信号を電動機制御系に入力し、検出手段の信号の絶対値が最大となる掃引正弦波信号の周波数を共振周波数とする電動機制御装置の共振周波数検出装置が記載されている。特許文献２には、検出速度または検出位置を方向フィルタ及び第２ノッチフィルタのそれぞれによりフィルタ処理をして、方向フィルタの出力と第２ノッチフィルタの出力との積に応じて第１ノッチフィルタのノッチ中心周波数を修正することが記載されている。検出速度がハイパスフィルタに入力され、その出力が方向フィルタ及び第２ノッチフィルタに入力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１３４８６８号公報
【特許文献２】特開２００４−２７４９７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ノッチフィルタの中心周波数は例えば、修正の基礎となる入力信号から抑制されるべき振動成分を見出して、その振動成分に中心周波数を一致させるように修正される。入力信号の帯域を制限することで演算負荷を小さくし得るが、抑制すべき振動成分が入力信号に含まれることをより確実にするためには、帯域を過度に制限することは必ずしも現実的ではない。そのため、例えば制御帯域のみを除いた入力信号が使用される。そうすると、入力信号には所望の振動成分に加えて、それよりも高次の固有振動成分や高周波のノイズ等が含まれて、これらは安定的なノッチ周波数の調整に影響を与えるおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、ノッチフィルタ中心周波数調整のための入力信号の帯域制限と良好な調整との両立を実現し得る共振抑制装置及び共振抑制方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様の共振抑制装置は、制御系の共振を抑制するために当該制御系に設けられているノッチフィルタと、前記ノッチフィルタの中心周波数を更新する中心周波数演算部と、前記中心周波数演算部への入力信号の帯域を制限するためのプリフィルタであって、その通過帯域が前記中心周波数に連動して設定される第１のフィルタを含むプリフィルタと、を備える。
【０００７】
この態様によれば、中心周波数演算部への入力信号の帯域を制限するためのプリフィルタの通過帯域がノッチフィルタの中心周波数に応じて設定される。既存のノッチフィルタ中心周波数は抑制すべき振動成分またはその近傍にあることが期待される。よって、中心周波数に連動させることにより、プリフィルタの通過帯域を比較的狭く制限しつつ抑制すべき振動成分を含めることができる。このようにして、抑制すべき振動成分以外の成分を中心周波数演算部への入力信号からなるべく排除し、安定的な調整を実現することが可能となる。
【０００８】
本発明の別の態様は共振抑制方法である。この方法は、制御系の共振を抑制するために当該制御系に設けられ、中心周波数が調整可能であるノッチフィルタを使用して当該制御系の共振を抑制する共振抑制方法であって、前記中心周波数の調整に用いられる入力信号の帯域を制限することを含み、その帯域を前記中心周波数に連動させている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ノッチフィルタの中心周波数を良好に調整することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る適応ノッチフィルタの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施例に係るプリフィルタの構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施例に係るプリフィルタの設定処理の一例を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明の他の一実施例に係るプリフィルタの構成を示す図である。
【図５】本発明の他の一実施例に係るプリフィルタの構成を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るノッチフィルタの周波数特性の例を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るピークフィルタの周波数特性の例を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るノッチ中心周波数ω０と係数ｋとの関係を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るノッチ中心周波数ω０の修正の原理を周波数特性として示す図である。
【図１０】位相差フィルタにピークフィルタを用いる実施例の中心周波数修正量の平均値を示す図である。
【図１１】位相差フィルタに全域通過フィルタを用いる実施例の中心周波数修正量の平均値を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る共振抑制装置のシステム構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態に係る適応ノッチフィルタ１０の構成を示すブロック図である。適応ノッチフィルタ１０は例えば、任意の制御系における共振を抑制するためにその制御系に組み込まれて使用される。適応ノッチフィルタ１０は、ノッチフィルタ１２とフィルタ係数調整部１３とを含んで構成されている。ノッチフィルタ１２は、例えば図６に示される周波数特性を有する公知のフィルタである。ノッチフィルタ１２は、中心周波数ω０において振幅ゲインに最小値を有しており、中心周波数ω０の周波数成分を入力信号τ１から除去して出力信号τ２を出力する。ノッチフィルタ１２は、複数の周波数成分を除去するよう構成されていてもよく、例えば直列に接続された複数のノッチフィルタを含んでもよい。
【００１２】
ノッチフィルタ１２への入力信号τ１は例えば、ノッチフィルタ１２が適用される制御対象への制御指令である。入力信号τ１は、当該制御対象からの出力の検出値と所望の目標指令値との誤差に基づき生成されていてもよい。入力信号τ１は目標指令であってもよい。入力信号τ１は、当該制御対象からの観測量（例えば、位置、速度、加速度など）であってもよい。ノッチフィルタ１２の出力信号τ２は、当該制御対象への制御入力として使用されてもよい。ノッチフィルタ１２のフィルタ係数は、当該制御対象の固有振動数成分を入力信号τ１から除去するよう調整されている。そのために、ノッチフィルタ１２の中心周波数ω０は当該制御対象のいずれかの固有振動数成分に一致するよう調整される。
【００１３】
フィルタ係数調整部１３は、ノッチフィルタ１２のフィルタ係数を参照信号ｒに基づいて修正する。参照信号ｒは、ノッチフィルタ１２が適用される制御対象への制御指令であってもよいし、当該制御対象からの観測量であってもよい。フィルタ係数調整部１３は、制御対象の振動により生じた騒音から生成した参照信号ｒを用いてもよい。そのために、制御対象が発する音を分析して参照信号ｒを生成する参照信号生成部を設けてもよい。制御対象が発する音を集音して参照信号生成部に供給するためのマイク等の集音器を設けてもよい。このように、フィルタ係数調整部１３は、制御対象の振動成分を抽出することのできるいかなる信号を参照信号ｒとして用いてもよい。
【００１４】
フィルタ係数調整部１３は、ノッチフィルタ１２の中心周波数ω０を調整するための中心周波数演算部１７を含んで構成されている。この場合中心周波数演算部１７は、位相差フィルタ１６と、修正演算部１８と、を含んでもよく、これらの詳細については後述する。一実施例においては、中心周波数演算部１７は、中心周波数ω０の現在値にピークをもつピークフィルタを含み、そのピークフィルタを入力信号に作用させて得られる出力信号と入力信号との積に基づいて中心周波数の修正量Δω０を演算する。あるいは、中心周波数演算部１７は、ピークフィルタの代わりに全域通過フィルタを用いる方法や、特許文献２に記載の方法等、その他の任意の方法で入力信号から中心周波数を演算してもよい。中心周波数演算部１７は、中心周波数ω０だけではなく、中心周波数ω０以外のノッチフィルタ１２の係数（例えばノッチ幅やノッチ深さ）を併せて調整してもよい。
【００１５】
フィルタ係数調整部１３はさらに、中心周波数演算部１７への入力信号の帯域を制限するための振動成分抽出部１４と、振動成分抽出部１４により抽出される帯域を設定するための帯域設定部１５と、を含んで構成されている。振動成分抽出部１４は、ノッチ中心周波数ω０の修正に不要な周波数成分を参照信号ｒから除去するために設けられている。振動成分抽出部１４は、参照信号ｒを入力として、ノッチフィルタ１２により除去すべき周波数成分を含む帯域を含む信号ｕを出力する。信号ｕは好ましくは、ノッチフィルタ１２により除去すべき周波数成分のみを含む。すなわち、振動成分抽出部１４は、ノッチフィルタ１２により除去すべき周波数成分を参照信号ｒから抽出する。
【００１６】
ここで、ノッチ中心周波数ω０の修正に不要な周波数成分には、中心周波数ω０よりも低い周波数領域の周波数成分が含まれる。一般に、参照信号ｒにおいては、直流成分（言い換えれば０Ｈｚの周波数成分）や、目標指令の主要な周波数成分等の中心周波数ω０よりも低域の周波数成分が大きな振幅を有していることが多い。一実施例に係る中心周波数修正方法は現在の中心周波数の近傍で振幅の大きい周波数成分に中心周波数を一致させようとするものである。この場合、参照信号ｒ中の振幅の大きい低域成分に影響されて、中心周波数ω０が制御対象の固有振動数成分よりもやや低めに修正される傾向がある。よって、振動成分抽出部１４は例えば、制御周波数帯域よりも高い周波数領域を通過帯域とするハイパスフィルタを含むことが好ましい。
【００１７】
また、振動成分抽出部１４は、中心周波数ω０よりも高い周波数領域に含まれる周波数成分（例えば、共振とは無関係のノイズ）を除去するように構成されていてもよい。この場合、振動成分抽出部１４は、中心周波数ω０とその近傍の周波数成分を含む周波数領域を通過帯域とするバンドパスフィルタを含んでもよい。
【００１８】
本発明の一実施形態においては、帯域設定部１５は、振動成分抽出部１４により抽出される帯域を、ノッチフィルタ１２の中心周波数ω０に連動して設定する。一実施例においては後述のように、帯域設定部１５は、ノッチフィルタ１２の中心周波数ω０とその修正量Δω０に基づいて振動成分抽出部１４を調整する。振動成分抽出部１４は、中心周波数ω０に連動して通過帯域が設定されるバンドパスフィルタまたはハイパスフィルタを含む。言い換えれば、振動成分抽出部１４は、中心周波数ω０に応じて設定される通過帯域をもつ可変の帯域通過フィルタを含む。なお以下では、振動成分抽出部１４をプリフィルタ１４とも称する。
【００１９】
図２は、本発明の一実施例に係るプリフィルタ１４の構成を示す図である。プリフィルタ１４は、通過帯域が可変の帯域通過フィルタである第１フィルタ３０を含む。また、プリフィルタ１４は、入力に第１フィルタ３０を作用させる経路と作用させない経路とを選択的に切り換えるためのスイッチ３２をさらに含む。なお図２には、スイッチ３２が第１フィルタ３０を選択している状態を示している。上述のように、プリフィルタ１４への入力は例えば参照信号ｒであり、プリフィルタ１４の出力は中心周波数演算部１７への入力信号ｕである。スイッチ３２は、例えば帯域設定部１５により、中心周波数ω０の修正量Δω０に基づいて切り換えられる。
【００２０】
図３は、本発明の一実施例に係るプリフィルタ１４の設定処理の一例を説明するためのフローチャートである。この処理においては、帯域設定部１５は、中心周波数ω０の修正量Δω０が基準を下回る場合にプリフィルタ１４の通過帯域を中心周波数ω０に連動して設定する。この設定処理は帯域設定部１５により、例えば中心周波数ω０の更新処理が実行されているときに所定の周期で繰り返し実行される。
【００２１】
図３に示されるように、帯域設定部１５は、中心周波数ω０の修正量Δω０が基準を下回るか否かを判定する（Ｓ１０）。具体的には例えば、修正量Δω０の絶対値が所定の判定基準値よりも小さいか否かを判定する。抑制すべき振動成分から中心周波数ω０が離れている場合には修正量Δω０が比較的大きくなり、抑制すべき振動成分に中心周波数ω０が近づくにつれて修正量Δω０は小さくなっていくと考えられる。よって、判定基準値を例えば経験的または実験的方法により適切に設定して修正量Δω０とその基準値とを比較することにより、中心周波数ω０が抑制すべき振動成分の近傍にあるか否かを推測することができる。
【００２２】
修正量Δω０が基準を上回ると判定された場合には（Ｓ１０のＮ）、帯域設定部１５は、第１フィルタ３０を不使用とするようスイッチ３２を切り換える（Ｓ１２）。図２に示す例で言えば、スイッチ３２は下側の経路に切り換えられ、参照信号ｒがプリフィルタ１４の出力としてそのまま中心周波数演算部１７に入力される。後述の図４及び図５に示す例においては、通過帯域が固定の第２フィルタ３４側にスイッチ３２が切り換えられ、参照信号ｒに第２フィルタ３４を作用させて得られた出力が中心周波数演算部１７に入力される。
【００２３】
修正量Δω０が基準を下回ると判定された場合には（Ｓ１０のＹ）、帯域設定部１５は、第１フィルタ３０側にスイッチ３２を切り換える（Ｓ１４）。それとともに、帯域設定部１５は、第１フィルタ３０の通過帯域を中心周波数ω０に連動して設定する（Ｓ１６）。なお、図３に示す処理においては第１フィルタ３０の使用時に通過帯域を設定するようにしているが、帯域設定部１５は、修正量Δω０と判定基準との比較結果にかかわらず毎回の制御周期で第１フィルタ３０の通過帯域を中心周波数ω０に連動して演算してもよい。
【００２４】
一実施例においては、帯域設定部１５は、第１フィルタ３０の上側及び下側のカットオフ周波数をそれぞれ中心周波数ω０に基づき設定する。これらのカットオフ周波数により定められる通過帯域に中心周波数ω０が含まれるように、帯域設定部１５は、第１フィルタ３０のカットオフ周波数を設定する。その結果、プリフィルタ１４は第１フィルタ３０で入力信号を処理し、帯域の制限された信号を中心周波数演算部１７に出力する。
【００２５】
帯域設定部１５は、例えば、上側及び下側のカットオフ周波数をそれぞれ中心周波数ω０に比例する値に設定してもよい。また、帯域設定部１５は、中心周波数ω０を通過帯域の中心とするように上側及び下側のカットオフ周波数を設定してもよい。この場合例えば、帯域設定部１５は、上側のカットオフ周波数をｎ×ω０に設定し、下側のカットオフ周波数を（１／ｎ）×ω０に設定してもよい。ｎは正の整数であり、好ましくは例えばｎ＝２である。
【００２６】
上記の設定処理においては修正量Δω０が基準を下回るか否かを毎回の制御周期で判定することにより、修正量Δω０がその基準を下回っている間に限ってプリフィルタ１４の通過帯域をノッチフィルタ１２の中心周波数ω０に連動させている。つまり修正量Δω０が基準を上回ったときはプリフィルタ１４は解除される。こうして、抑制すべき振動成分にノッチフィルタ中心周波数が収束しつつあるときにプリフィルタ１４によってその近傍の帯域に入力信号を制限し、良好な調整を実現することができる。
【００２７】
なお、これとは異なり、修正量Δω０が一旦基準を下回った場合にはそれ以降継続的にプリフィルタ１４の通過帯域をノッチフィルタ１２の中心周波数ω０に連動させるようにしてもよい。このようにすれば、設定処理がより単純となる。
【００２８】
プリフィルタ１４の通過帯域は、ノッチフィルタ１２の中心周波数ω０が変化するたびに必ずしも変更されなくてもよい。例えば、帯域設定部１５は、プリフィルタ１４の前回の調整時点におけるノッチフィルタ１２の中心周波数ω０の値と現在の値との差があるしきい値を超えて大きくなるまでは変更せず、そのように大きくなったときに、プリフィルタ１４の通過帯域を中心周波数ω０の現在値に連動させてプリフィルタ１４を調整してもよい。
【００２９】
図２及び図３に示す実施例においてはスイッチ３２を明示しこれを切り換えるようにしているが、本発明の一実施例に係るプリフィルタ１４はそのようなスイッチ３２を必ずしも含まなくてもよい。例えば、プリフィルタ１４は通過帯域が可変の単一の帯域通過フィルタとして構成され、第１の場合には通過帯域を中心周波数ω０の現在値に連動させ、第２の場合には通過帯域を予め設定されている固定値とするようにしてもよい。第１の場合は修正量Δω０が基準を下回っている場合であり、第２の場合は修正量Δω０が基準を上回っている場合であってもよい。
【００３０】
他の一実施例においては、プリフィルタ１４は少なくとも２つのフィルタを含んでもよい。プリフィルタ１４は第１フィルタ３０に加えて、通過帯域が中心周波数ω０とは独立に設定されている第２のフィルタを含んでもよい。第２のフィルタは、通過帯域が固定されているバンドパスフィルタまたはハイパスフィルタであってもよい。この場合、プリフィルタ１４は、中心周波数ω０の修正量Δω０が基準を下回る場合には第１及び第２のフィルタを入力信号に作用させ、中心周波数ω０の修正量Δω０が基準を上回る場合には第２のフィルタを入力信号に作用させるよう構成されていてもよい。
【００３１】
図４は、本発明の他の一実施例に係るプリフィルタ１４の構成を示す図である。図４に示すプリフィルタ１４は図２に示す例と同様に、第１フィルタ３０及びスイッチ３２を含む。プリフィルタ１４は第２フィルタ３４をさらに含む。第２フィルタ３４は通過帯域が固定されているバンドパスフィルタまたはハイパスフィルタであり、スイッチ３２の上流側に設けられている。なお第２フィルタ３４は信号ｕに作用するよう第１フィルタ３０の下流側に設けられていてもよい。第１フィルタ３０と第２フィルタ３４とは直列に配列されている。第２フィルタ３４は上述のように、制御周波数帯域よりも高い周波数領域を通過帯域とするハイパスフィルタであってもよいし、そのハイパスフィルタに高周波ノイズを除去するためのローパスフィルタを付加したバンドパスフィルタであってもよい。
【００３２】
図４に示すプリフィルタ１４によれば、スイッチ３２が第１フィルタ３０を選択した場合には参照信号ｒに第１フィルタ３０及び第２フィルタ３４を作用させて得られた信号ｕが中心周波数演算部１７に入力される。一方、スイッチ３２が第１フィルタ３０を選択していない場合には参照信号ｒに第２フィルタ３４を作用させて得られた信号ｕが中心周波数演算部１７に入力される。スイッチ３２は、図３に示す処理と同様に、中心周波数ω０の修正量Δω０が基準を下回るか否かによって切り換えられる。
【００３３】
図５は、本発明の他の一実施例に係るプリフィルタ１４の構成を示す図である。プリフィルタ１４は図４に示す例と同様に、第１フィルタ３０、スイッチ３２、及び第２フィルタを含む。ただし、図４に示す例とは異なり、図５に示すプリフィルタ１４においては第１フィルタ３０と第２フィルタ３４とが並列に設けられている。すなわち、スイッチ３２の切り換えにより、第１フィルタ３０と第２フィルタ３４のいずれか一方が選択されるよう構成されている。よって、参照信号ｒに第１フィルタ３０または第２フィルタ３４を作用させて得られた信号ｕが中心周波数演算部１７に入力される。スイッチ３２は、図３に示す処理と同様に、中心周波数ω０の修正量Δω０が基準を下回るか否かによって切り換えられる。図５に示す実施例によれば、図４に示すように２つの直列のフィルタを信号に作用させる場合に比べて計算量を少なくすることができる。
【００３４】
一実施例においては、第１フィルタ３０は、直列に接続されているハイパスフィルタとローパスフィルタを含んでもよい。この場合、ハイパスフィルタ及びローパスフィルタの両方のカットオフ周波数が中心周波数ω０に連動して設定されてもよいし、いずれか一方のカットオフ周波数が中心周波数ω０に連動して設定され他方は固定されていてもよい。例えば、ハイパスフィルタのカットオフ周波数は固定され、ローパスフィルタのカットオフ周波数が中心周波数ω０に連動して設定されてもよい。ローパスフィルタのカットオフ周波数はｎ×ω０（好ましくは例えば２ω０）に設定されてもよい。ハイパスフィルタは、上述の第２フィルタ３４であってもよい。
【００３５】
本実施例によれば、中心周波数ω０の修正量Δω０が判定基準値を下回る場合にプリフィルタ１４の通過帯域がノッチフィルタの中心周波数ω０に応じて例えば０．５ω０から２ω０の範囲に設定される。修正量Δω０が十分に小さい場合にはノッチフィルタ中心周波数の現在値は抑制すべき振動成分に収束しつつあると考えられる。よって、プリフィルタ１４の通過帯域を制限しつつ、その範囲に抑制すべき振動成分を含めることができる。範囲外の振動成分は中心周波数演算部１７への入力信号から排除される。これにより、複数の固有振動成分や高周波のノイズが中心周波数調整に及ぼす悪影響を防止または軽減することができる。
【００３６】
なお、振動成分抽出部１４は、制御対象の入出力特性を表すモデルと目標入力とに基づいて生成される参照信号ｒに相当する信号と実際の参照信号ｒとの差を出力する差分演算部であってもよい。この場合、制御対象の入出力特性を表すモデルは、低次の固有振動成分（例えば１次の固有振動数成分のみ）を記述するモデルであってもよい。そうすると、振動成分抽出部１４の出力信号は、入力された実際の参照信号ｒから目標入力及び低次固有振動数成分が除去され、高次の固有振動数成分のみを含むようにすることができる。本発明者の得た知見によれば、中心周波数ω０を高次の固有振動数（例えば２次の固有振動数）に一致させたほうが好ましい制御特性を得られることが多い。上述のようにモデルに基づき生成される信号と実際の参照信号ｒとの差をとることにより、高次の固有振動数成分以外の周波数成分が抑制された信号を簡単に得ることができる。
【００３７】
振動成分抽出部１４は、上述の可変帯域通過フィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタ、及び、差分演算部の少なくとも１つを備えるよう構成されていてもよい。逆に、振動成分抽出部１４を設けずに、修正演算部１８は、参照信号ｒと参照信号ｒの位相差フィルタ出力とに基づいてフィルタ係数を修正するようにしてもよい。例えば、中心周波数ω０の修正に不要な周波数成分の振幅が小さく修正結果の誤差が小さいと見込まれる場合や、中心周波数ω０の修正に不要な周波数成分の振幅が抑制された参照信号ｒを得られる場合には、振動成分抽出部１４を省略してもよい。
【００３８】
図１に示されるように、位相差フィルタ１６は、振動成分抽出部１４の出力信号ｕを入力として、位相差フィルタ出力信号ｐを出力する。ここで位相差フィルタ１６とは、周波数成分に応じた位相シフトを与えるフィルタをいう。位相差フィルタ１６の位相特性は、中心周波数ω０を含む局所周波数領域の下限周波数から上限周波数へと入力信号ｕの周波数が増加するにつれて、出力信号ｐの位相シフトを第１位相シフトから第２位相シフトへと単調に変化させる。下限周波数よりも低周波数領域においては位相シフトは第１位相シフトに実質的に等しく、上限周波数よりも高周波数領域においては位相シフトは第２位相シフトに実質的に等しい。
【００３９】
中心周波数ω０の修正を、以下に詳しく述べる中心周波数修正量Δω０を用いて行う場合には、位相差フィルタ１６の位相特性は、局所周波数領域の下限周波数よりも低周波数領域においては実質的に０度の位相遅れを与え（つまり実質的に位相を遅らせず）、上限周波数よりも高周波数領域においては実質的に１８０度の位相遅れを与えることが好ましい。位相差フィルタ１６の位相特性は、局所周波数領域の下限周波数から上限周波数へと入力信号ｕの周波数が増加するにつれて、出力信号ｐの位相遅れが０度から１８０度へと大きくなっていく。入力信号ｕの周波数成分が中心周波数ω０に等しいときに、出力信号ｐの位相遅れは９０度に等しくなるよう設定されている。
【００４０】
好ましい一実施例においては、位相差フィルタ１６は、上記の位相特性とともに、局所周波数領域を帯域幅とするゲインピークを中心周波数ω０に有する周波数振幅特性を有するピークフィルタであってもよい。この帯域幅（すなわちピーク幅）は、ピークからゲインが所定量（例えば１／√２）減衰する周波数の範囲をいう。ピークフィルタの周波数振幅特性及び周波数位相特性の一例を図７に示す。図７の周波数位相特性に示されるように、位相差フィルタ１６は、中心周波数ω０において基準位相遅れ（例えば９０度）をとり、中心周波数ω０の近傍で基準位相遅れよりも十分小さい位相遅れ（例えば０度）から十分大きい位相遅れ（例えば１８０度）へと変化する位相特性を有する。
【００４１】
なお、他の一実施例においては、位相差フィルタ１６は上記の位相特性を有する全域通過フィルタであってもよい。全域通過フィルタは全周波数領域においてゲインの値が１である周波数振幅特性を有する。また、位相差フィルタ１６は、入力信号ｕの周波数ωと中心周波数ω０との差に比例して位相遅れを生じさせる位相シフタまたはＦＩＲフィルタであってもよい。
【００４２】
修正演算部１８は、位相差フィルタ入力信号ｕ及び位相差フィルタ出力信号ｐに基づいてノッチフィルタ１２及び位相差フィルタ１６のフィルタ係数を修正する。すなわち、修正演算部１８は、ノッチフィルタ１２及び位相差フィルタ１６の時点ｎにおけるフィルタ係数を、入力信号ｕ及び出力信号ｐに基づいて、時点ｎ＋１におけるフィルタ係数に更新する。修正演算部１８は例えば、次式により中心周波数ω０を時点ｎの値ω０［ｎ］を時点ｎ＋１の値ω０［ｎ＋１］に更新する。すなわち、修正演算部１８は、中心周波数ω０の現在値ω０［ｎ］に修正量Δω０を加算することにより更新値ω０［ｎ＋１］を得る。
【００４３】
【数１】
【００４４】
式１の右辺第２項が中心周波数ω０の修正量Δω０である。ここで、ｕ［ｎ］及びｐ［ｎ］はそれぞれ時点ｎにおける位相差フィルタの入力信号ｕ及び出力信号ｐを示す。Φｐ［ｎ］は時点ｎにおける補正係数である。この補正係数については後述するが、入力信号ｕの振幅αの影響を緩和するための補正係数である。補正係数Φｐ［ｎ］は例えば、位相差フィルタ出力信号ｐ［ｎ］の二乗を平滑化したものである。出力信号ｐ［ｎ］は振動成分を含む信号であるから、０または０に近い値をとることがある。よって、補正係数Φｐ［ｎ］が０または０に近い値となり、中心周波数修正量Δω０が過大となることを避けるためには、平滑化処理をすることが好ましい。平滑化処理は例えばローパスフィルタによるものであってもよい。μは、修正量Δωを調整するための修正ゲインである。
【００４５】
なお、補正係数は、位相差フィルタ入力信号ｕの二乗を平滑化したものであってもよい。あるいは、補正係数は、入力信号ｕと出力信号ｐとの積ｐｕの二乗の平方根であってもよい。この場合、積ｐｕの二乗の平方根は平滑化処理がされてもよいし、されなくてもよい。平滑化処理をする場合には、積ｐｕの二乗の平方根を平滑化してもよいし、積ｐｕの二乗を平滑化して平方根をとってもよいし、出力信号ｐの二乗及び入力信号ｕの二乗のそれぞれを平滑化したものの積の平方根をとってもよいし、出力信号ｐの絶対値及び入力信号ｕの絶対値のそれぞれを平滑化したものの積であってもよい。
【００４６】
修正演算部１８は、位相差フィルタ１６のフィルタ係数の更新頻度をノッチフィルタ１２のフィルタ係数の更新頻度よりも多くしてもよい。例えば、修正演算部１８は、位相差フィルタ１６のフィルタ係数を毎回の制御周期で逐次更新し、ノッチフィルタ１２のフィルタ係数は低頻度に（例えば数回おきの制御周期で）更新してもよい。あるいは、修正演算部１８は、制御対象の固有振動数に中心周波数ω０が一致したことが確認されてからノッチフィルタ１２のフィルタ係数を修正するようにしてもよい。この場合、ノッチフィルタ１２は、制御対象からの制御出力を観測することにより、制御対象の固有振動数に中心周波数ω０が一致したか否かを判定してもよい。
【００４７】
ノッチフィルタ１２と位相差フィルタ１６の具体例を述べる。位相差フィルタ１６の具体例としてピークフィルタを挙げる。図６は、ノッチフィルタの周波数特性の例を示す図である。図７は、ピークフィルタの周波数特性の例を示す図である。ノッチフィルタ１２及びピークフィルタがデジタルフィルタである場合には、ノッチフィルタ１２の伝達関数ＧＮ及びピークフィルタの伝達関数ＧＰはそれぞれ式２及び式３で表される。
【００４８】
【数２】
【００４９】
【数３】
【００５０】
ノッチフィルタ１２のフィルタ係数は式４で表され、ピークフィルタのフィルタ係数は式５で表される。ここで、ω０はノッチフィルタ１２の中心周波数である。ζ１、ζ２はそれぞれ中心周波数ω０におけるゲインピークとノッチ幅とを決めるためのパラメタである。Ｔｓはサンプリング時間である。ζ３は、ピークフィルタのピーク幅を決めるためのパラメタである。
【００５１】
【数４】
【００５２】
【数５】
【００５３】
この具体例の場合、修正演算部１８はまず、式１により中心周波数の更新値ω０［ｎ＋１］を求め、この更新値を用いて式４及び式５の各フィルタ係数を更新する。なお、式５に表されている係数ｌｐについては初期値のまま固定して更新しないようにしてもよいし、中心周波数の更新頻度よりも低い更新頻度で更新するようにしてもよい。係数ｌｐを更新しない場合には、中心周波数ω０の変化によりピークフィルタのピーク幅が変化することになる。係数ｌｐの更新頻度を少なくする（あるいは行わない）ことにより、修正演算部１８における計算量を小さくすることができる。
【００５４】
また、ノッチフィルタ１２とピークフィルタの他の例を述べる。ノッチフィルタ１２及びピークフィルタがデジタルフィルタであり、かつ中心周波数ω０におけるゲインが−∞ｄＢである場合には、ノッチフィルタ１２の伝達関数ＧＮ及びピークフィルタの伝達関数ＧＰはそれぞれ式６及び式７で表される。なお式７は式３と同一である。各フィルタ係数は、式８で表される。
【００５５】
【数６】
【００５６】
【数７】
【００５７】
【数８】
【００５８】
この例においても、修正演算部１８はまず、式１により中心周波数の更新値ω０［ｎ＋１］を求め、この更新値を用いて式８の各フィルタ係数を更新する。なお、式８に表されている係数ｌＮ、ｌｐについては初期値のまま固定して更新しないようにしてもよいし、中心周波数の更新頻度よりも低い更新頻度で更新するようにしてもよい。係数ｌＮ、ｌｐを更新しない場合には、中心周波数ω０の変化によりノッチフィルタのノッチ幅及びピークフィルタのピーク幅が変化することになる。係数ｌＮ、ｌｐの更新頻度を少なくする（あるいは行わない）ことにより、修正演算部１８における計算量を相当小さくすることができる。
【００５９】
なお、係数ｌＮ、ｌｐを中心周波数ω０と同様の頻度で逐次更新する場合においては、中心周波数ω０（または係数ｋ）に対応する係数ｌＮ、ｌｐのテーブルを予め計算して準備しておくことにより、修正演算部１８における計算量を低減することができる。修正演算部１８は、記憶部（図示せず）に記憶されているテーブルを参照することにより、中心周波数（または係数ｋ）の更新値に対応する係数ｌＮ、ｌｐを求めることができる。
【００６０】
図８は、中心周波数ω０と係数ｋとの関係を示す図である。ここで、サンプリング時間Ｔｓは４ｍｓとしている。図示されるように、中心周波数ω０が増加するにつれて、係数ｋは単調に減少する。そこで、式１により中心周波数ω０を更新する代わりに、修正演算部１８は、次式により係数ｋを直接更新するようにしてもよい。式９は式１と同様であるが、修正ゲインについては係数ｋを調整するための修正ゲインμｋに置き換えられている。
【００６１】
【数９】
【００６２】
よって、修正演算部１８は、位相差フィルタ入力信号ｕ及び位相差フィルタ出力信号ｐに基づいて係数ｋを直接修正する。すなわち、修正演算部１８は、時点ｎにおける係数ｋ［ｎ］を、入力信号ｕ及び出力信号ｐに基づいて、時点ｎ＋１における係数ｋ［ｎ＋１］に更新する。
【００６３】
続いて、本発明の一実施形態における中心周波数ω０の修正の原理について説明する。簡単のため、位相差フィルタ１６への入力信号ｕを振幅αで周波数ωの単一周波数成分の正弦波であると仮定する。このとき位相差フィルタ１６の入力信号ｕ及び出力信号ｐは、式１０で表される。ここで、位相差フィルタ１６の振幅ゲイン及び位相シフトをそれぞれ｜ＧＰ（ｊω）｜及びφｐ（ω）と表記している。
【００６４】
【数１０】
【００６５】
一実施例においては中心周波数修正量Δω０は位相差フィルタ１６の入力信号ｕと出力信号ｐとの積ｐｕに依存するよう定められている。積ｐｕの平均値Ｅ［ｐｕ］は式１１で表される。
【００６６】
【数１１】
【００６７】
上述のように、位相差フィルタ１６の位相特性は、中心周波数ω０を含む局所周波数領域の下限周波数から上限周波数へと入力信号ｕの周波数が増加するにつれて、出力信号ｐの位相シフトを第１位相シフトから第２位相シフトへと単調に変化させる。中心周波数ω０においては、第１位相シフトと第２位相シフトとの間の基準位相シフトをとる。図７に示される例においては、位相差フィルタ１６は、中心周波数ω０において基準位相遅れ（例えば９０度）を与え、中心周波数ω０の近傍の低周波数領域では基準位相遅れよりも小さい位相遅れを与え、中心周波数ω０の近傍の高周波数領域では基準位相遅れよりも大きい位相遅れを与える位相特性を有する。
【００６８】
よって、中心周波数ω０において符号決定係数ｃｏｓ（φｐ（ω））はゼロとなり、入力信号ｕの周波数ωが中心周波数ω０よりも小さい場合に符号決定係数は正の値となり、入力信号ｕの周波数ωが中心周波数ω０よりも大きい場合に符号決定係数は負の値となる。これをまとめると、式１２で表される。
【００６９】
【数１２】
【００７０】
したがって、積ｐｕの平均値Ｅ［ｐｕ］は、ｃｏｓ（φｐ（ω））を符号決定係数として有すると言える。符号決定係数ｃｏｓ（φｐ（ω））は、位相差フィルタ１６の出力信号ｐの位相シフトφｐ（ω）に応じて中心周波数修正量Δω０の平均値の符号を決定する。式１１からわかるように、平均値Ｅ［ｐｕ］の符号決定係数ｃｏｓ（φｐ（ω））以外の部分は明らかに正の値であり、周波数成分によらず符号が一定となる符号一定部分である。平均値Ｅ［ｐｕ］は、符号一定部分と符号決定係数との積で表されている。
【００７１】
すなわち、積ｐｕの平均値Ｅ［ｐｕ］の符号は、位相差フィルタ１６への入力信号ｕの周波数ωと中心周波数ω０との大小関係で決まる。入力信号ｕの周波数ωが中心周波数ω０よりも小さければ積ｐｕは正の値となり、入力信号ｕの周波数ωが中心周波数ω０よりも大きければ積ｐｕは負の値となる。したがって、式１３に表されるように、積ｐｕを中心周波数修正量とする漸化式を用いて中心周波数ω０を更新することにより、ノッチフィルタ１２の中心周波数ω０を入力周波数ωへと一致させることが可能となる。
【００７２】
【数１３】
【００７３】
入力周波数ωが制御対象の固有振動数成分である場合には、ノッチフィルタ１２の中心周波数ω０を固有振動数成分に一致させることができる。このようにして、ノッチフィルタ１２の中心周波数ω０を制御対象の固有振動数成分へと自動的に調整することができる。
【００７４】
さらに好ましくは、中心周波数修正量Δω０に補正係数を導入することにより、入力信号ｕの振幅αの影響を緩和または排除することが可能である。式１２からわかるように、積ｐｕは入力信号ｕの振幅αに依存する。式１４は、中心周波数修正量Δω０に補正係数Φ［ｎ］を導入した場合における中心周波数ω０を更新する漸化式である。
【００７５】
【数１４】
【００７６】
ここで、補正係数Φ［ｎ］をμ／Φｐ［ｎ］と書きかえれば、式１４は式１に一致する。一例として上述のように、Φｐ［ｎ］を位相差フィルタ出力信号ｐ［ｎ］の二乗を平滑化したものである場合を説明する。平滑化は例えば、カットオフ周波数ωｃｐを有するローパスフィルタで出力信号ｐ［ｎ］の二乗を処理することで行う。そうすると、Φｐ［ｎ］の平均値は式１５により与えられる。
【００７７】
【数１５】
【００７８】
よって、補正係数により補正された中心周波数修正量の修正演算１回あたりの平均値Ｅ［Δω０］は式１６で与えられる。式１６からわかるように、平均値Ｅ［Δω０］は入力信号ｕの振幅αに依存しない形式で表される。よって、中心周波数修正量Δω０に補正係数を導入することにより、入力信号ｕの振幅αの影響を排除することができる。
【００７９】
【数１６】
【００８０】
図９は、本発明の一実施形態に係る中心周波数ω０の修正の原理を周波数特性として示す図である。図９は、式１６に示される平均値Ｅ［Δω０］について、ゲインを１／｜ＧＰ（ｊω）｜とし、位相をφｐ（ω）として作成したボード線図である。なお、図９に示されるボード線図は、一例として位相差フィルタ１６を図７に示すピークフィルタとしたときのものである。係数μは簡単のため、μ＝１としている。図９に示されるように振幅特性については、ピークフィルタのゲインピークに対応するノッチが現れている。位相特性についても、ピークフィルタの位相特性に対応する位相特性が示されている。
【００８１】
図１０は、位相差フィルタ１６にピークフィルタを用いたときの中心周波数修正量の平均値Ｅ［Δω０］を示す図である。図１０に示される平均値Ｅ［Δω０］は、式１６に示される補正済修正量である。図１０に示されるように、修正量平均値Ｅ［Δω０］は、中心周波数ω０の近傍だけではなく、ゼロ近傍からナイキスト周波数ωｎｙｑ（サンプリング周波数の１／２）の近傍にわたる広範な周波数領域において、中心周波数ω０と入力周波数ωとの偏差に対し直線的に変化していることがわかる。つまり、ナイキスト周波数ωｎｙｑ以下の帯域において、中心周波数修正量の平均値Ｅ［Δω０］は、中心周波数ω０と入力周波数ωとの偏差に実質的に比例している。
【００８２】
このため、中心周波数ω０と入力周波数ωとの偏差に応じた修正量Δω０を得ることができる。つまり、適応ノッチフィルタ１０により抑制すべき周波数ωからノッチ中心周波数ω０が離れているほど更新時の修正量Δω０が大きくなる。よって、少ない更新処理の反復回数で中心周波数ω０を入力信号ｕの周波数ωへと近づけることができる。また、抑制すべき周波数ωに中心周波数ω０が近づくほど修正量Δω０が小さくなる。よって、入力信号ｕの周波数ωの近傍で中心周波数ω０を更新するたびに中心周波数ω０が振動的に変化することを防ぐことができる。中心周波数ω０を入力信号ｕの周波数ωへとすみやかに一致させることができる。
【００８３】
また、位相差フィルタ１６をピークフィルタとしたことにより、中心周波数ω０を入力信号ｕの周波数ωに一度一致させたあとは、中心周波数ω０をその周波数ωに留まらせるようにすることができる。位相差フィルタ１６がピークフィルタであるため、中心周波数ω０において振幅が大きく増幅される。よって、中心周波数ω０から乖離している他の周波数成分が入力信号ｕに含まれていたとしても、既に一致している入力信号ｕの周波数ωから他の周波数に向けて中心周波数ω０が離れていきにくくなる。したがって、中心周波数ω０の初期値から入力信号ｕの周波数ωに一致させるまでは比較的大きな修正量により速やかに行うことができるとともに、一旦一致したあとはその周波数ωに中心周波数ω０を束縛することができる。また、経時変化等の何らかの要因で周波数ωが緩やかに変化することがある。このようなドリフトが生じた場合には中心周波数ω０を追従させることができる。
【００８４】
例えば、入力信号ｕの周波数振幅特性にピークを有する周波数成分が複数含まれる場合には、他の周波数成分に比べて一致させようとしている周波数成分に近い値に中心周波数の初期値を設定して中心周波数の更新処理を行う。このようにすれば、一致させようとしている周波数の振幅に比べて他の周波数の振幅がきわめて大きくない限り、中心周波数ω０を所望の周波数に一致させ、その周波数に留まらせることができる。
【００８５】
本発明者の得た知見によれば、図１２に示す制御システムにおいては中心周波数ω０をモデルに含まれない高次の固有振動数に一致させることにより、好ましい制御特性を得られることが多い。このため、中心周波数の初期値をできるだけ高い周波数に設定して中心周波数の更新処理を行うことが好ましい。位相差フィルタ１６の入力信号ｕには、制御入力に起因する低周波成分や１次の固有振動数成分などの高次の固有振動数より大きな振幅を有する成分が低帯域に存在することが多いからである。
【００８６】
図１１は、位相差フィルタ１６に全域通過フィルタを用いたときの中心周波数修正量の平均値Ｅ［Δω０］を示す図である。この全域通過フィルタは、図７に例示されるピークフィルタと同一の位相特性を有し、周波数振幅特性は全周波数でゲインが１となる。よって、式１６において｜ＧＰ（ｊω）｜を１とすることにより、全域通過フィルタの修正量平均値Ｅ［Δω０］を得ることができる。
【００８７】
図１１に示されるように、修正量平均値Ｅ［Δω０］は中心周波数ω０の近傍において負の最小値から正の最大値へと切り替わっている。修正量平均値Ｅ［Δω０］は、中心周波数ω０近傍の切替範囲よりも低い周波数領域においては負の最小値でほぼ一定であり、中心周波数ω０近傍の切替範囲よりも高い周波数領域においては正の最大値でほぼ一定である。このため、中心周波数ω０と入力信号ｕの周波数ωとの差がある程度の大きさであると、中心周波数修正量Δω０の大きさは概ね一定となる。よって、中心周波数ω０の時間変化は振動的になりやすいと考えられる。したがって、中心周波数ω０の振動的な時間変化を避けることを重視する場合には、位相差フィルタ１６にピークフィルタを採用することが好ましい。なお、中心周波数ω０の振動的変化を許容することができる制御対象に適応ノッチフィルタ１０を適用する場合には、全域通過フィルタを位相差フィルタ１６に採用してもよい。
【００８８】
なお、一実施例においては、入力信号ｕの周波数ωと中心周波数ω０との差に比例して位相遅れを生じさせる位相シフタまたはＦＩＲフィルタを位相差フィルタ１６としてもよい。この場合、中心周波数ω０がナイキスト周波数の１／２近傍の場合に、修正量平均値Ｅ[Δω０]はピークフィルタを用いた場合と同様になる。しかし、中心周波数ω０ がナイキスト周波数の１／４以下のときはナイキスト周波数の３／４以上の領域で修正平均値Ｅ[Δω０]は、中心周波数ω０と入力周波数ωとの偏差に対して直線的に変化しなくなり、中心周波数ω０がナイキスト周波数の３／４以上のときはナイキスト周波数の１／４以下の領域で修正平均値Ｅ[Δω０]は、中心周波数ω０と入力周波数ωとの偏差に対して直線的に変化しなくなる。
【００８９】
上述の実施例においては位相差フィルタ１６の入力信号ｕと出力信号ｐとの積ｐｕに依存する中心周波数修正量Δω０を用いているが、本発明はこれに限られない。例えば、入力信号ｕの符号と出力信号ｐとの積に依存する中心周波数修正量Δω０を用いてもよい。この場合、補正係数Φｐ［ｎ］としては例えば、出力信号ｐの絶対値を平滑化したものを用いることが好ましい。
【００９０】
図１２は、本発明の一実施形態に係る共振抑制装置のシステム構成を示すブロック図である。電動機２０は負荷２２を駆動する。電動機２０は例えば、産業用ロボットや射出成型器、建設機械、精密位置決めステージ等の共振により制御特性に制限が生じ得る装置に組み込まれている電動機である。検出器２４は電動機２０の出力を測定する。検出器２４は例えば、電動機２０の検出速度ω＊を測定する速度検出器である。
【００９１】
共振抑制装置の速度指令生成部（図示せず）は、速度指令ωｄｉｒを決定する。速度制御部２６は、電動機２０への速度指令ωｄｉｒに対する検出速度ω＊の誤差に基づき電動機２０へのトルク指令信号を生成する。速度制御部２６は、速度指令ωｄｉｒと電動機２０の検出速度ω＊との差を０にして検出速度ω＊が速度指令値ωｄｉｒに追従するようにトルク指令τ１を出力する。速度制御部２６は例えば、速度指令ωｄｉｒと電動機２０の検出速度ω＊との差分ωｄｉｒ−ω＊の比例積分した結果をトルク指令τ１として出力する。
【００９２】
ノッチフィルタ１２は、トルク指令τ１から中心周波数ω０の周波数成分を除去して新たなトルク指令τ２を出力する。中心周波数ω０は電動機２０と負荷２２とを含むシステムの固有振動数ωｎの周波数成分に一致しているので、ノッチフィルタ１２は、その固有振動数成分を除去した新しいトルク指令τ２をトルク制御部２８に出力する。トルク制御部２８は、ノッチフィルタ１２の出力信号に基づき電動機２０を制御する。トルク制御部２８は、トルク指令τ２に一致するトルクτ＊を電動機２０が出力するように電動機２０への供給電流を制御する。このようにして、電動機２０の速度制御が行われる。
【００９３】
フィルタ係数調整部１３は、図１を参照して説明したように、振動成分抽出部１４と、位相差フィルタ１６と、修正演算部１８と、を含む。フィルタ係数調整部１３は、検出速度ω＊を参照信号ｒとして使用している。フィルタ係数調整部１３は、ノッチフィルタ１２の中心周波数ω０が速度ω＊に含まれる振動周波数に一致するよう、ノッチフィルタ１２及び位相差フィルタ１６の係数を修正する。
【００９４】
電動機２０の出力するトルクτ＊にシステムの固有振動数ωｎが含まれていると、電動機の駆動によってシステムの固有振動が励起されて共振が発生する。速度制御部２６とトルク制御部２８との間にノッチフィルタ１２を挿入し、速度制御部２６の出力τ１から固有振動数ωｎの成分を除去してトルク制御部２８への入力トルク指令τ２を生成することにより、共振を抑制することができる。仮に、ノッチフィルタ１２の中心周波数ω０がシステムの固有振動数ωｎから乖離している場合には、共振が発生して検出信号ω＊にシステムの固有振動数ωｎの成分が含まれる。この場合、適応ノッチフィルタ１０のフィルタ係数調整部１３は検出信号ω＊を参照信号ｒとして用いているから、中心周波数ω０をωｎに一致させるように自動的に調整することができる。
【００９５】
なおこの実施例では速度制御部２６とトルク制御部２８との間にノッチフィルタ１２を設け、速度制御部２６からのトルク指令をノッチフィルタ１２への入力として説明している。しかし、他の実施例においては速度指令、検出速度、または誤差信号をノッチフィルタへの入力として使用してもよい。すなわち、ノッチフィルタは、速度制御部への入力信号、当該入力信号を生成するための信号、及び速度制御部からのトルク指令信号のいずれかを入力としてもよい。例えば、図１２に示される構成においてノッチフィルタ１２は、検出器２４の後段、すなわち検出器２４と速度制御部２６との間に設けられてもよい。あるいはノッチフィルタ１２は、速度指令生成部の後段、すなわち速度制御部２６の前段に設けられてもよい。このようにしても同様に振動を抑制することが可能である。
【符号の説明】
【００９６】
１０ 適応ノッチフィルタ、 １２ ノッチフィルタ、 １３ フィルタ係数調整部、 １４ 振動成分抽出部、 １５ 帯域設定部、 １６ 位相差フィルタ、 １７ 中心周波数演算部、 １８ 修正演算部、 ２０ 電動機、 ２２ 負荷、 ２４ 検出器、 ２６ 速度制御部、 ２８ トルク制御部、 ３０ 第１フィルタ、 ３２ スイッチ、 ３４ 第２フィルタ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御系の共振を抑制するために当該制御系に設けられているノッチフィルタと、
前記ノッチフィルタの中心周波数を更新する中心周波数演算部と、
前記中心周波数演算部への入力信号の帯域を制限するためのプリフィルタであって、その通過帯域が前記中心周波数に連動して設定される第１のフィルタを含むプリフィルタと、を備えることを特徴とする共振抑制装置。
【請求項２】
前記通過帯域は前記中心周波数の修正量が基準を下回る場合に前記中心周波数に連動して設定されることを特徴とする請求項１に記載の共振抑制装置。
【請求項３】
前記プリフィルタは、通過帯域が前記中心周波数とは独立に設定されている第２のフィルタをさらに含み、前記中心周波数の修正量が基準を下回る場合には第１のフィルタ、または第１及び第２のフィルタを前記入力信号に作用させ、前記中心周波数の修正量が基準を上回る場合には第２のフィルタを前記入力信号に作用させることを特徴とする請求項１または２に記載の共振抑制装置。
【請求項４】
前記中心周波数演算部は、前記中心周波数の現在値にピークをもつピークフィルタを含み、該ピークフィルタを前記入力信号に作用させて得られる出力信号と前記入力信号との積に基づいて前記中心周波数の修正量を演算することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の共振抑制装置。
【請求項５】
制御系の共振を抑制するために当該制御系に設けられ、中心周波数が調整可能であるノッチフィルタを使用して当該制御系の共振を抑制する共振抑制方法であって、
前記中心周波数の調整に用いられる入力信号の帯域を制限することを含み、その帯域を前記中心周波数に連動させていることを特徴とする共振抑制方法。
【請求項１】
制御系の共振を抑制するために当該制御系に設けられているノッチフィルタと、
前記ノッチフィルタの中心周波数を更新する中心周波数演算部と、
前記中心周波数演算部への入力信号の帯域を制限するためのプリフィルタであって、その通過帯域が前記中心周波数に連動して設定される第１のフィルタを含むプリフィルタと、を備えることを特徴とする共振抑制装置。
【請求項２】
前記通過帯域は前記中心周波数の修正量が基準を下回る場合に前記中心周波数に連動して設定されることを特徴とする請求項１に記載の共振抑制装置。
【請求項３】
前記プリフィルタは、通過帯域が前記中心周波数とは独立に設定されている第２のフィルタをさらに含み、前記中心周波数の修正量が基準を下回る場合には第１のフィルタ、または第１及び第２のフィルタを前記入力信号に作用させ、前記中心周波数の修正量が基準を上回る場合には第２のフィルタを前記入力信号に作用させることを特徴とする請求項１または２に記載の共振抑制装置。
【請求項４】
前記中心周波数演算部は、前記中心周波数の現在値にピークをもつピークフィルタを含み、該ピークフィルタを前記入力信号に作用させて得られる出力信号と前記入力信号との積に基づいて前記中心周波数の修正量を演算することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の共振抑制装置。
【請求項５】
制御系の共振を抑制するために当該制御系に設けられ、中心周波数が調整可能であるノッチフィルタを使用して当該制御系の共振を抑制する共振抑制方法であって、
前記中心周波数の調整に用いられる入力信号の帯域を制限することを含み、その帯域を前記中心周波数に連動させていることを特徴とする共振抑制方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１０８６１０（Ｐ２０１２−１０８６１０Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５５２１１（Ｐ２０１０−２５５２１１）
【出願日】平成２２年１１月１５日（２０１０．１１．１５）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１５日（２０１０．１１．１５）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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