能動型振動制御装置
【目的】 自動車エンジン振動、騒音のような周期生の強い振動を、メモリを削減し、計算時間を短縮化した適応制御により、低減する。
【構成】 消したい振動の周期に合わせてＤＦＴを行い、その振動数でのシステム伝達特性を求め、そのシステム伝達特性で制御出力を計算するＩＤＦＴの係数を補正して適応制御を行う。
【構成】 消したい振動の周期に合わせてＤＦＴを行い、その振動数でのシステム伝達特性を求め、そのシステム伝達特性で制御出力を計算するＩＤＦＴの係数を補正して適応制御を行う。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車の車室内の振動（あるいは騒音）のように特にエンジンに同期したノイズが顕著な場合に、左記ノイズを制御用振動源あるいは制御用音源を積極的に駆動して消去するのに用いる能動型振動制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、能動型振動制御装置は、周辺環境に適応しながら機械あるいは騒音等の振動を低減する制御装置として、自動車、航空機分野等で注目されている。
【０００３】以下、図面を参照しながら、上述した従来の能動型振動制御装置の一例について説明する。
【０００４】図３は、従来の能動型振動制御装置の概略図を示すものである。図３において、３０は自動車のエンジン、３１はＦＩＲフィルタ係数メモリ、３２はＦＩＲフィルタ積和手段、３３はアクチュエータ、３４はシステム遅延、３５はシステム伝達特性メモリ、３６はシステム伝達特性積和手段、３７は残留振動検出手段、３８は係数修正手段、３９は参照信号発生手段である。
【０００５】以上のように構成された能動型振動制御装置について、以下その動作を説明する。
【０００６】自動車のエンジン３０は、燃料燃焼の際のエネルギーを回転運動に変える回転機器と考えられるが、燃焼からエネルギーを取り出す際の時間的不連続性、回転対象のアンバランスにより、周期性の強い振動、騒音が発生する。今、その振動が評価点にｄ（ｎ）として伝達されるとする。
【０００７】一方、エンジン３０からは参照信号発生手段３９により、上記周期性振動に相関の高い参照信号（インパルス信号列）Ｘ（ｎ）を得ることができる。例えば、エンジンシャフトにＮ個の歯を切っておき、シャフト外に設けたホール素子によって歯の挙動を検知することによって、エンジンシャフト１回転につきＮ個のインパルス列を生成できる。
【０００８】次にＦＩＲフィルタ係数メモリ３１を遅延時間とするＦＩＲフィルタを構成し、ＦＩＲフィルタ積和手段３２によって、参照信号発生手段３９で得られた参照信号Ｘ（ｎ）との積和を計算する。その積和の出力を制御出力としてアクチュエータ３３に出力する。
【０００９】さて、能動型振動制御装置は評価点でのエンジン振動ｄ（ｎ）を小さくするように、制御としてはｄ（ｎ）と評価点での制御出力ｙ（ｎ）での差、残留振動ｅ（ｎ）を無くすように動作させるが、ＦＩＲフィルタ積和手段３２の出力点から評価点までには、例えば、アクチュエータ３３、システム遅延３４による時間的な遅延や位相遅れが存在する。（例えばばねとダンパで構成されたアクチュエータは２次のローパスフィルタに近似できる）。そこで、上記システム伝達遅延を考慮しつつ、残留振動検出手段３７で検出された誤差を最小とするように、係数修正手段３８によりＦＩＲフィルタ係数メモリ３１の各係数の修正を行う。この修正アルゴリズムには例えば、Filterd-X LMS アルゴリズムがある。Filterd-XLMS アルゴリズムとは、離散的時刻ｎでのフィルタ係数をＷｋ（ｎ）（フィルタタップ数をｍとして）、残留振動（誤差）をｅ（ｎ）、ＦＩＲで表したシステム伝達特性をＣ（ｎ）、過去ｍ個の要素からなる時刻ｎでの参照信号ベクトルをＸ（ｎ）、ステップサイズパラメータ（定数）をμとしたとき、数１でフィルタ係数を修正するアルゴリズムである。
【００１０】
【数１】
【００１１】（例えば、信学会応用音響研究会資料ＥＡ９０−２ アクティブ・ノイズコントロール・チェアの実現 浜田晴夫他を参照のこと）
上記数１を実現するために、あらかじめシステム同定によりＦＩＲフィルタ積和手段３２の出力点から評価点までの伝達特性を知っておく必要があるが、その特性を十分含むことができるタップ数ＰのＦＩＲフィルタを生成し、システム伝達特性メモリ３５に蓄える。次にシステム伝達特性積和手段３６により、上記システム伝達特性と参照信号Ｘ（ｎ）との調和を計算する。
【００１２】以上の方法によって、システム伝達遅延があっても評価点においてエンジン振動を低減できる能動型振動制御装置を構成できる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記のような構成では、自動車エンジン回転数の変動に制御系が追従する柔軟な制御を実現するために、参照信号を誤差なく取り込んで制御計算するようＦＩＲフィルタの１遅延時間を小さくとらなければならず、そのためにＦＩＲフィルタのタップ数が増加してしまう。特にシステム伝達特性メモリに構成されるシステム伝達特性は低い周波数にまで対応しようとするとタップ数が増加してしまう。（例えば、０．１ｓｅｃのインパルス応答をｆｓ＝１０００ＨｚでＦＩＲフィルタに実現しようとすると、１００ｔａｐのタップが必要となる）。
【００１４】すると、積和計算に時間がかかり、制御帯域を広げにくい、計算負荷が大きい、そしてメモリ量も多くなるという問題点があった。
【００１５】あるいは、フィルタの遅延時間を参照信号のインパルス周期に合わせて周期性信号のみを効率よく落とす構成も考えられるが、この場合、あらかじめとっておいたシステム伝達特性を表すＦＩＲフィルタ（１遅延時間はシステム同定時のサンプリングで決まる）からサンプリング変換して現在のエンジン振動の周波数に対応したシステム伝達特性フィルタを計算しなければならないが、この間引き処理に時間がかかり、やはり計算時間の増大につながる。
【００１６】本発明は上記課題を鑑み、計算負荷が小さく、かつ効率良くエンジン振動を低減できる能動型振動制御装置を提供するものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するために、本発明の能動型振動制御装置は、エンジン振動が周期性が高いことに着目し、対象とする振動の周波数成分、及びその高調波成分だけについてＦＦＴによりシステム伝達特性を取り出し、そのまま周波数領域でフィルタの誤差修正して、最後にＩＤＦＴして出力計算して制御出力を得る構成とする。
【００１８】
【作用】本発明は上記の構成によって、制御系の構成を簡単にし、かつ、計算時間も少なく、能動的に評価点での振動を低減できる。
【００１９】
【実施例】以下本発明請求項１の一実施例の能動型振動制御装置について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】図１は、本発明の請求項１の発明の実施例における能動型振動制御装置の概略図を示すものである。図１において、０は自動車のエンジン、１はＩＤＦＴ（逆離散的フーリエ変換）係数メモリ、２はＩＤＦＴ計算手段、３はアクチュエータ、４はシステム遅延、５はシステム伝達特性メモリ、６はＤＦＴ（離散的フーリエ変換）計算手段、７は残留振動検出手段、８は係数修正手段、９は参照信号発生手段、１０は参照正弦波生成手段、１１は測定窓計算手段である。
【００２１】次に、能動型振動制御装置の動作について、以下図１を用いて説明する。自動車のエンジン０は、燃料燃焼の際のエネルギーを回転運動に変える回転機器と考えられるが、燃焼からエネルギーを取り出す際の時間的不連続性、回転対象のアンバランスにより、周期性の強い振動、騒音が発生する。今、その振動が評価点にｄ（ｎ）として伝達されたとする。
【００２２】一方、エンジン０からは参照信号発生手段９により、上記周期性振動に相関の高い参照信号（インパルス信号列）Ｘｎを得ることができる。例えば、エンジンシャフトにＮ個の歯を切っておき、シャフト外に設けたホール素子によって歯の挙動を検知することによって、エンジンシャフト１回転につきＮ個のインパルス列を生成できる。
【００２３】参照正弦波生成手段１０は上記参照信号のインパルス列をトリガとして、正弦波、余弦波を出力する。周期は消したい振動の周波数に対応させる。今、エンジン振動に同期した振動を消したいのであるから、その周期は上記インパルス列の個数として、Ｎ，Ｎ／２，Ｎ／３，…，Ｎ／ｋ（ｋは整数）となる。尚、説明のために以下、上記消したい振動を順に１次、２次、３次、ｋ次とする。
【００２４】ＩＤＦＴ係数メモリ１には、上記次数の振動数に対応する正弦波ｓｉｎ、ｃｏｓの係数値が入っている。そこで、ＩＤＦＴ計算手段２によって、数２のように参照正弦波とその係数の積和を計算して、制御出力を得る。ちょうどこれはＩＤＦＴ（Invert Discrete Fourier Transform すなわち逆離散的フーリエ変換）に相当するので、上記ＩＤＦＴ計算手段２を使うことができる。上記積和の出力を制御出力としてアクチュエータ４３に出力する。数２を見て明らかなように本発明の能動型振動制御装置では１つの周波数の振動あたりタップは２個でよい。
【００２５】
【数２】
【００２６】ただしＳはｉ＝１，…ｋの和を示し、ｊはｎ ｍｏｄ Ｎｉでサイクリックに繰り返す。また、Ｎｉはｉ次の振動の１周期に相当するタップ数である。
【００２７】さて、能動型振動制御装置は評価点でのエンジン振動ｄ（ｎ）を小さくするように、制御としてはｄ（ｎ）と評価点での制御出力ｙ（ｎ）での差、残留振動ｅ（ｎ）を無くすように動作させるが、ＩＤＦＴ計算手段２の出力点から評価点までには、例えば、アクチュエータ３、システム遅延４による時間的な遅延や位相遅れが存在する。（例えばばねとダンパで構成されたアクチュエータは２次のローパスフィルタに近似できる）。そこで、上記システム伝達遅延を考慮しつつ、残留振動検出手段７で検出された誤差を最小とするように、係数修正手段８によりＩＤＦＴ係数メモリ１の各係数の修正を行う。この修正アルゴリズムには例えば、請求項３の係数修正手段を使うことができるが、このアルゴリズムについては後で述べる。
【００２８】上記係数修正を実現するためには、あらかじめシステム同定によりＩＤＦＴ計算手段２の出力点から評価点までの伝達特性を知っておく必要があるが、その特性を十分含められるタップ数ＰのＦＩＲフィルタを生成し、システム伝達特性メモリ５に蓄えておく。次に上記時間軸でのシステム伝達特性（インパルス応答）をＤＦＴ計算手段６によりＤＦＴして、ωiの周波数でのシステム伝達特性を求め、そのシステム伝達特性を用いて係数修正手段８によって係数修正が行われることになる。
【００２９】尚、具体的構成法は請求項２の発明の実施例で詳説するが、測定窓計算手段１１では消したい振動の最低次数、例えば１次振動とすると１次振動周期を窓（時間幅）として出力する。ＤＦＴ計算手段６では、上記時間窓で、消したい最大次数をｋとして２ｋ＋１タップ以上のＤＦＴを行うことによって、１、２、…ｋ次に相当するシステム伝達特性を得ることができる。時間窓で時間軸上でのインパルス応答を切って残りの特性を省略することが制御誤差の要因となり得るが、通常システムの伝達特性を得るには１周期ないし２周期のデータで現実的には十分であることが多いので上記方法をとることができる。さて、上記ＤＦＴのタップ数は消したい振動の個数、システム伝達特性にもよるが一般に３次程度までで良いのなら、８から１６タップで十分であることが多い。そこでＤＦＴとしてＦＦＴ（Fast Fourier Transform すなわち離散的フーリエ変換）を用い、以上の方法を例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）を用いて処理するならば、ほばリアルタイムで上記計算を実施できる。
【００３０】以上の方法によって、エンジン回転数に応じて対象とする振動成分のシステム伝達遅延を簡単に求められて、かつ比較的少ない制御タップ数（制御したい振動の数＊２）の制御系が実現できるため、評価点におけるエンジン振動を高回転数にいたるまで低減できる能動型振動制御装置を構成できる。
【００３１】次に、本発明請求項２の発明の実施例の測定窓計算手段について、図面を参照しながら説明する。
【００３２】図２は、本発明の請求項２の発明の実施例における測定窓計算手段の説明図を示すものである。図２R>２において、（ａ）はシステム伝達特性を求めた測定窓でＦＦＴのためにサンプリングした様子を示した図、（ｂ）は（ａ）のＤＦＴ結果、（ｃ）はあらかじめメモリに蓄えられているシステム伝達特性、（ｄ）は１次振動、（ｅ）は２次振動、（ｆ）はｋ次振動の例を図にしたものである。
【００３３】本発明の測定窓計算手段は、消去したい振動の振動周期、あるいは複数の次数成分を消したい場合には最も低い次数の振動周期の整数倍をＤＦＴの測定窓とする。今、消したい振動がエンジン振動に相関のある周期的な振動で、図２の（ｄ）から（ｆ）で表される１次からｋ次までのｋ個の振動とする。このとき、一番低い次数、すなわち、一番周期が長いのは（ｄ）の１次の振動である。そこで（ｃ）のあらかじめメモリに蓄えられているシステム伝達特性（インパルス応答）を、例えば、（ａ）のように１次振動の周期を窓として切り出し、ＤＦＴのタップ数で分割（サンプリング）する。これをＤＦＴしたものが（ｂ）であるが、この第２タップ目の成分が１次振動のシステム伝達特性を、第３タップ目の成分が２次振動のシステム伝達特性を、第ｋ＋１タップ目の成分がｋ次振動のシステム伝達特性をそれぞれ示すこととなり、既に説明した請求項１の発明の能動型振動制御装置の係数修正に使われることとなる。このように、本発明の測定窓計算手段は、最も低い次元の振動周期の整数倍をＤＦＴの測定窓として出力するもので、ＤＦＴした後にうまく対象としている振動、１次からｋ次までのすべてのシステム伝達特性が効率よく得られるものである。尚、一般にインパルス応答は高周波数の特性ほど応答の前段階に含まれているので、対象としている振動の１周期から２周期分の時間内にその伝達特性に関する情報が入っていると考えてよい。つまり、出力としては最も低い次数の振動周期の整数倍の時間幅としているが、その整数は１〜２で普通は十分である。
【００３４】次に、本発明請求項３の発明の実施例の係数修正手段について説明する。消したい振動の周波数をｆｉ（ただし、ｆｉ＝ｉ／Ｎｓ／Ｔｓ，ｉ＝１，…，ｋ，ＮｓはＩＤＦＴのサンプル数、ＴｓはＩＤＦＴする入力のサンプリング周期）、ｆｉに相当する角振動の数をωiとし、ｆｉの時刻ｔのＣＯＳ成分の係数をＷｉ１（ｔ）、ＳＩＮ成分の係数をＷｉ２（ｔ）とする。また、前記周波数ｆｊでのシステム伝達特性のＣＯＳ成分をＣｉ１、ＳＩＮ成分をＣｉ２と、さらに評価点での残留誤差（振動あるいは騒音）をｅ（ｔ）とするとき、ＩＤＦＴ後の出力ｚ（ｔ）は、
【００３５】
【数３】
【００３６】上記ｚ（ｔ）は、システムＣの特性を通過して評価点での出力ｙ（ｔ）となるから
【００３７】
【数４】
【００３８】残留誤差ｅ（ｔ）は、外乱ｄ（ｔ）と上記ｙ（ｔ）との差であるから
【００３９】
【数５】
【００４０】誤差の自乗をεとすると
【００４１】
【数６】
【００４２】数６より、ε（ｔ）は各タップの２次形式となっているので、フィルタ係数に関してある極小かつ最小の点が存在する。最急降下法により各タップをε（ｔ）を最小とする解へ収束させることを考える。勾配ベクトルは、
【００４３】
【数７】
【００４４】数７より各タップを勾配ベクトルで更新する式を求める。離散的な時刻ｎで表して、
【００４５】
【数８】
【００４６】よって、数８により、離散的時刻の更新と共にに各タップを更新していくことにより、各ｆｉの振動成分を低減するタップ値に収束させることができる。これをｉ＝１，…，ｋまで、すなわち２＊Ｋ個のタップ更新を行えば、請求項１の係数更新手段として使うことができる。
【００４７】
【発明の効果】以上のように本発明は、消したい振動について制御系の係数更新に用いるシステム伝達特性をＤＦＴを用いて簡単に求め、かつ、上記係数からＩＤＦＴにより制御出力を得るため、従来の適応フィルタを用いた制御より、計算時間短縮、タップ減少によるメモリ量削減の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１の発明の実施例における能動型振動制御装置の概略図
【図２】本発明の請求項２の発明の実施例における測定窓計算手段の説明図
【図３】従来の能動型振動制御装置の概略図
【符号の説明】
０ 自動車のエンジン
１ ＩＤＦＴ係数メモリ
２ ＩＤＦＴ計算手段
３ アクチュエータ
４ システム遅延
５ システム伝達特性メモリ
６ ＤＦＴ計算手段
７ 残留振動検出手段
８ 係数修正手段
９ 参照信号発生手段
１０ 参照正弦波生成手段
１１ 測定窓計算手段
３０ 自動車のエンジン
３１ ＦＩＲフィルタ係数メモリ
３２ ＦＩＲフィルタ積和手段
３３ アクチュエータ
３４ システム遅延
３５ システム伝達特性メモリ
３６ システム伝達特性積和手段
３７ 残留振動検出手段
３８ 係数修正手段
３９ 参照信号発生手段
４０ 参照正弦波生成手段
４１ 測定窓計算手段
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車の車室内の振動（あるいは騒音）のように特にエンジンに同期したノイズが顕著な場合に、左記ノイズを制御用振動源あるいは制御用音源を積極的に駆動して消去するのに用いる能動型振動制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、能動型振動制御装置は、周辺環境に適応しながら機械あるいは騒音等の振動を低減する制御装置として、自動車、航空機分野等で注目されている。
【０００３】以下、図面を参照しながら、上述した従来の能動型振動制御装置の一例について説明する。
【０００４】図３は、従来の能動型振動制御装置の概略図を示すものである。図３において、３０は自動車のエンジン、３１はＦＩＲフィルタ係数メモリ、３２はＦＩＲフィルタ積和手段、３３はアクチュエータ、３４はシステム遅延、３５はシステム伝達特性メモリ、３６はシステム伝達特性積和手段、３７は残留振動検出手段、３８は係数修正手段、３９は参照信号発生手段である。
【０００５】以上のように構成された能動型振動制御装置について、以下その動作を説明する。
【０００６】自動車のエンジン３０は、燃料燃焼の際のエネルギーを回転運動に変える回転機器と考えられるが、燃焼からエネルギーを取り出す際の時間的不連続性、回転対象のアンバランスにより、周期性の強い振動、騒音が発生する。今、その振動が評価点にｄ（ｎ）として伝達されるとする。
【０００７】一方、エンジン３０からは参照信号発生手段３９により、上記周期性振動に相関の高い参照信号（インパルス信号列）Ｘ（ｎ）を得ることができる。例えば、エンジンシャフトにＮ個の歯を切っておき、シャフト外に設けたホール素子によって歯の挙動を検知することによって、エンジンシャフト１回転につきＮ個のインパルス列を生成できる。
【０００８】次にＦＩＲフィルタ係数メモリ３１を遅延時間とするＦＩＲフィルタを構成し、ＦＩＲフィルタ積和手段３２によって、参照信号発生手段３９で得られた参照信号Ｘ（ｎ）との積和を計算する。その積和の出力を制御出力としてアクチュエータ３３に出力する。
【０００９】さて、能動型振動制御装置は評価点でのエンジン振動ｄ（ｎ）を小さくするように、制御としてはｄ（ｎ）と評価点での制御出力ｙ（ｎ）での差、残留振動ｅ（ｎ）を無くすように動作させるが、ＦＩＲフィルタ積和手段３２の出力点から評価点までには、例えば、アクチュエータ３３、システム遅延３４による時間的な遅延や位相遅れが存在する。（例えばばねとダンパで構成されたアクチュエータは２次のローパスフィルタに近似できる）。そこで、上記システム伝達遅延を考慮しつつ、残留振動検出手段３７で検出された誤差を最小とするように、係数修正手段３８によりＦＩＲフィルタ係数メモリ３１の各係数の修正を行う。この修正アルゴリズムには例えば、Filterd-X LMS アルゴリズムがある。Filterd-XLMS アルゴリズムとは、離散的時刻ｎでのフィルタ係数をＷｋ（ｎ）（フィルタタップ数をｍとして）、残留振動（誤差）をｅ（ｎ）、ＦＩＲで表したシステム伝達特性をＣ（ｎ）、過去ｍ個の要素からなる時刻ｎでの参照信号ベクトルをＸ（ｎ）、ステップサイズパラメータ（定数）をμとしたとき、数１でフィルタ係数を修正するアルゴリズムである。
【００１０】
【数１】
【００１１】（例えば、信学会応用音響研究会資料ＥＡ９０−２ アクティブ・ノイズコントロール・チェアの実現 浜田晴夫他を参照のこと）
上記数１を実現するために、あらかじめシステム同定によりＦＩＲフィルタ積和手段３２の出力点から評価点までの伝達特性を知っておく必要があるが、その特性を十分含むことができるタップ数ＰのＦＩＲフィルタを生成し、システム伝達特性メモリ３５に蓄える。次にシステム伝達特性積和手段３６により、上記システム伝達特性と参照信号Ｘ（ｎ）との調和を計算する。
【００１２】以上の方法によって、システム伝達遅延があっても評価点においてエンジン振動を低減できる能動型振動制御装置を構成できる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記のような構成では、自動車エンジン回転数の変動に制御系が追従する柔軟な制御を実現するために、参照信号を誤差なく取り込んで制御計算するようＦＩＲフィルタの１遅延時間を小さくとらなければならず、そのためにＦＩＲフィルタのタップ数が増加してしまう。特にシステム伝達特性メモリに構成されるシステム伝達特性は低い周波数にまで対応しようとするとタップ数が増加してしまう。（例えば、０．１ｓｅｃのインパルス応答をｆｓ＝１０００ＨｚでＦＩＲフィルタに実現しようとすると、１００ｔａｐのタップが必要となる）。
【００１４】すると、積和計算に時間がかかり、制御帯域を広げにくい、計算負荷が大きい、そしてメモリ量も多くなるという問題点があった。
【００１５】あるいは、フィルタの遅延時間を参照信号のインパルス周期に合わせて周期性信号のみを効率よく落とす構成も考えられるが、この場合、あらかじめとっておいたシステム伝達特性を表すＦＩＲフィルタ（１遅延時間はシステム同定時のサンプリングで決まる）からサンプリング変換して現在のエンジン振動の周波数に対応したシステム伝達特性フィルタを計算しなければならないが、この間引き処理に時間がかかり、やはり計算時間の増大につながる。
【００１６】本発明は上記課題を鑑み、計算負荷が小さく、かつ効率良くエンジン振動を低減できる能動型振動制御装置を提供するものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するために、本発明の能動型振動制御装置は、エンジン振動が周期性が高いことに着目し、対象とする振動の周波数成分、及びその高調波成分だけについてＦＦＴによりシステム伝達特性を取り出し、そのまま周波数領域でフィルタの誤差修正して、最後にＩＤＦＴして出力計算して制御出力を得る構成とする。
【００１８】
【作用】本発明は上記の構成によって、制御系の構成を簡単にし、かつ、計算時間も少なく、能動的に評価点での振動を低減できる。
【００１９】
【実施例】以下本発明請求項１の一実施例の能動型振動制御装置について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】図１は、本発明の請求項１の発明の実施例における能動型振動制御装置の概略図を示すものである。図１において、０は自動車のエンジン、１はＩＤＦＴ（逆離散的フーリエ変換）係数メモリ、２はＩＤＦＴ計算手段、３はアクチュエータ、４はシステム遅延、５はシステム伝達特性メモリ、６はＤＦＴ（離散的フーリエ変換）計算手段、７は残留振動検出手段、８は係数修正手段、９は参照信号発生手段、１０は参照正弦波生成手段、１１は測定窓計算手段である。
【００２１】次に、能動型振動制御装置の動作について、以下図１を用いて説明する。自動車のエンジン０は、燃料燃焼の際のエネルギーを回転運動に変える回転機器と考えられるが、燃焼からエネルギーを取り出す際の時間的不連続性、回転対象のアンバランスにより、周期性の強い振動、騒音が発生する。今、その振動が評価点にｄ（ｎ）として伝達されたとする。
【００２２】一方、エンジン０からは参照信号発生手段９により、上記周期性振動に相関の高い参照信号（インパルス信号列）Ｘｎを得ることができる。例えば、エンジンシャフトにＮ個の歯を切っておき、シャフト外に設けたホール素子によって歯の挙動を検知することによって、エンジンシャフト１回転につきＮ個のインパルス列を生成できる。
【００２３】参照正弦波生成手段１０は上記参照信号のインパルス列をトリガとして、正弦波、余弦波を出力する。周期は消したい振動の周波数に対応させる。今、エンジン振動に同期した振動を消したいのであるから、その周期は上記インパルス列の個数として、Ｎ，Ｎ／２，Ｎ／３，…，Ｎ／ｋ（ｋは整数）となる。尚、説明のために以下、上記消したい振動を順に１次、２次、３次、ｋ次とする。
【００２４】ＩＤＦＴ係数メモリ１には、上記次数の振動数に対応する正弦波ｓｉｎ、ｃｏｓの係数値が入っている。そこで、ＩＤＦＴ計算手段２によって、数２のように参照正弦波とその係数の積和を計算して、制御出力を得る。ちょうどこれはＩＤＦＴ（Invert Discrete Fourier Transform すなわち逆離散的フーリエ変換）に相当するので、上記ＩＤＦＴ計算手段２を使うことができる。上記積和の出力を制御出力としてアクチュエータ４３に出力する。数２を見て明らかなように本発明の能動型振動制御装置では１つの周波数の振動あたりタップは２個でよい。
【００２５】
【数２】
【００２６】ただしＳはｉ＝１，…ｋの和を示し、ｊはｎ ｍｏｄ Ｎｉでサイクリックに繰り返す。また、Ｎｉはｉ次の振動の１周期に相当するタップ数である。
【００２７】さて、能動型振動制御装置は評価点でのエンジン振動ｄ（ｎ）を小さくするように、制御としてはｄ（ｎ）と評価点での制御出力ｙ（ｎ）での差、残留振動ｅ（ｎ）を無くすように動作させるが、ＩＤＦＴ計算手段２の出力点から評価点までには、例えば、アクチュエータ３、システム遅延４による時間的な遅延や位相遅れが存在する。（例えばばねとダンパで構成されたアクチュエータは２次のローパスフィルタに近似できる）。そこで、上記システム伝達遅延を考慮しつつ、残留振動検出手段７で検出された誤差を最小とするように、係数修正手段８によりＩＤＦＴ係数メモリ１の各係数の修正を行う。この修正アルゴリズムには例えば、請求項３の係数修正手段を使うことができるが、このアルゴリズムについては後で述べる。
【００２８】上記係数修正を実現するためには、あらかじめシステム同定によりＩＤＦＴ計算手段２の出力点から評価点までの伝達特性を知っておく必要があるが、その特性を十分含められるタップ数ＰのＦＩＲフィルタを生成し、システム伝達特性メモリ５に蓄えておく。次に上記時間軸でのシステム伝達特性（インパルス応答）をＤＦＴ計算手段６によりＤＦＴして、ωiの周波数でのシステム伝達特性を求め、そのシステム伝達特性を用いて係数修正手段８によって係数修正が行われることになる。
【００２９】尚、具体的構成法は請求項２の発明の実施例で詳説するが、測定窓計算手段１１では消したい振動の最低次数、例えば１次振動とすると１次振動周期を窓（時間幅）として出力する。ＤＦＴ計算手段６では、上記時間窓で、消したい最大次数をｋとして２ｋ＋１タップ以上のＤＦＴを行うことによって、１、２、…ｋ次に相当するシステム伝達特性を得ることができる。時間窓で時間軸上でのインパルス応答を切って残りの特性を省略することが制御誤差の要因となり得るが、通常システムの伝達特性を得るには１周期ないし２周期のデータで現実的には十分であることが多いので上記方法をとることができる。さて、上記ＤＦＴのタップ数は消したい振動の個数、システム伝達特性にもよるが一般に３次程度までで良いのなら、８から１６タップで十分であることが多い。そこでＤＦＴとしてＦＦＴ（Fast Fourier Transform すなわち離散的フーリエ変換）を用い、以上の方法を例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）を用いて処理するならば、ほばリアルタイムで上記計算を実施できる。
【００３０】以上の方法によって、エンジン回転数に応じて対象とする振動成分のシステム伝達遅延を簡単に求められて、かつ比較的少ない制御タップ数（制御したい振動の数＊２）の制御系が実現できるため、評価点におけるエンジン振動を高回転数にいたるまで低減できる能動型振動制御装置を構成できる。
【００３１】次に、本発明請求項２の発明の実施例の測定窓計算手段について、図面を参照しながら説明する。
【００３２】図２は、本発明の請求項２の発明の実施例における測定窓計算手段の説明図を示すものである。図２R>２において、（ａ）はシステム伝達特性を求めた測定窓でＦＦＴのためにサンプリングした様子を示した図、（ｂ）は（ａ）のＤＦＴ結果、（ｃ）はあらかじめメモリに蓄えられているシステム伝達特性、（ｄ）は１次振動、（ｅ）は２次振動、（ｆ）はｋ次振動の例を図にしたものである。
【００３３】本発明の測定窓計算手段は、消去したい振動の振動周期、あるいは複数の次数成分を消したい場合には最も低い次数の振動周期の整数倍をＤＦＴの測定窓とする。今、消したい振動がエンジン振動に相関のある周期的な振動で、図２の（ｄ）から（ｆ）で表される１次からｋ次までのｋ個の振動とする。このとき、一番低い次数、すなわち、一番周期が長いのは（ｄ）の１次の振動である。そこで（ｃ）のあらかじめメモリに蓄えられているシステム伝達特性（インパルス応答）を、例えば、（ａ）のように１次振動の周期を窓として切り出し、ＤＦＴのタップ数で分割（サンプリング）する。これをＤＦＴしたものが（ｂ）であるが、この第２タップ目の成分が１次振動のシステム伝達特性を、第３タップ目の成分が２次振動のシステム伝達特性を、第ｋ＋１タップ目の成分がｋ次振動のシステム伝達特性をそれぞれ示すこととなり、既に説明した請求項１の発明の能動型振動制御装置の係数修正に使われることとなる。このように、本発明の測定窓計算手段は、最も低い次元の振動周期の整数倍をＤＦＴの測定窓として出力するもので、ＤＦＴした後にうまく対象としている振動、１次からｋ次までのすべてのシステム伝達特性が効率よく得られるものである。尚、一般にインパルス応答は高周波数の特性ほど応答の前段階に含まれているので、対象としている振動の１周期から２周期分の時間内にその伝達特性に関する情報が入っていると考えてよい。つまり、出力としては最も低い次数の振動周期の整数倍の時間幅としているが、その整数は１〜２で普通は十分である。
【００３４】次に、本発明請求項３の発明の実施例の係数修正手段について説明する。消したい振動の周波数をｆｉ（ただし、ｆｉ＝ｉ／Ｎｓ／Ｔｓ，ｉ＝１，…，ｋ，ＮｓはＩＤＦＴのサンプル数、ＴｓはＩＤＦＴする入力のサンプリング周期）、ｆｉに相当する角振動の数をωiとし、ｆｉの時刻ｔのＣＯＳ成分の係数をＷｉ１（ｔ）、ＳＩＮ成分の係数をＷｉ２（ｔ）とする。また、前記周波数ｆｊでのシステム伝達特性のＣＯＳ成分をＣｉ１、ＳＩＮ成分をＣｉ２と、さらに評価点での残留誤差（振動あるいは騒音）をｅ（ｔ）とするとき、ＩＤＦＴ後の出力ｚ（ｔ）は、
【００３５】
【数３】
【００３６】上記ｚ（ｔ）は、システムＣの特性を通過して評価点での出力ｙ（ｔ）となるから
【００３７】
【数４】
【００３８】残留誤差ｅ（ｔ）は、外乱ｄ（ｔ）と上記ｙ（ｔ）との差であるから
【００３９】
【数５】
【００４０】誤差の自乗をεとすると
【００４１】
【数６】
【００４２】数６より、ε（ｔ）は各タップの２次形式となっているので、フィルタ係数に関してある極小かつ最小の点が存在する。最急降下法により各タップをε（ｔ）を最小とする解へ収束させることを考える。勾配ベクトルは、
【００４３】
【数７】
【００４４】数７より各タップを勾配ベクトルで更新する式を求める。離散的な時刻ｎで表して、
【００４５】
【数８】
【００４６】よって、数８により、離散的時刻の更新と共にに各タップを更新していくことにより、各ｆｉの振動成分を低減するタップ値に収束させることができる。これをｉ＝１，…，ｋまで、すなわち２＊Ｋ個のタップ更新を行えば、請求項１の係数更新手段として使うことができる。
【００４７】
【発明の効果】以上のように本発明は、消したい振動について制御系の係数更新に用いるシステム伝達特性をＤＦＴを用いて簡単に求め、かつ、上記係数からＩＤＦＴにより制御出力を得るため、従来の適応フィルタを用いた制御より、計算時間短縮、タップ減少によるメモリ量削減の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１の発明の実施例における能動型振動制御装置の概略図
【図２】本発明の請求項２の発明の実施例における測定窓計算手段の説明図
【図３】従来の能動型振動制御装置の概略図
【符号の説明】
０ 自動車のエンジン
１ ＩＤＦＴ係数メモリ
２ ＩＤＦＴ計算手段
３ アクチュエータ
４ システム遅延
５ システム伝達特性メモリ
６ ＤＦＴ計算手段
７ 残留振動検出手段
８ 係数修正手段
９ 参照信号発生手段
１０ 参照正弦波生成手段
１１ 測定窓計算手段
３０ 自動車のエンジン
３１ ＦＩＲフィルタ係数メモリ
３２ ＦＩＲフィルタ積和手段
３３ アクチュエータ
３４ システム遅延
３５ システム伝達特性メモリ
３６ システム伝達特性積和手段
３７ 残留振動検出手段
３８ 係数修正手段
３９ 参照信号発生手段
４０ 参照正弦波生成手段
４１ 測定窓計算手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】 評価点において振動あるいは騒音を消去するためのアクチュエータ（制御用振動源あるいは制御用音源）と、前記評価点での残留振動を検出する手段と、前記アクチュエータの駆動出力を計算するＩＤＦＴ（逆離散的フーリエ変換）計算手段と、前記ＩＤＦＴの入力係数からなる係数メモリと、後に示すＤＦＴの結果からアクチュエータ駆動出力から評価点までのシステム伝達特性を鑑みながら評価点での残留振動を無くすように前記係数メモリを修正する係数修正手段と、前記システム伝達特性をあらかじめ時間軸上の応答（インパルス応答）として記憶しておくシステム伝達特性メモリと、前記システム伝達特性メモリのデータをＤＦＴ（離散的フーリエ変換）して周波数軸上での応答を計算するＤＦＴ計算手段と、前記ＤＦＴの測定窓を消去目標の主要振動の振動数から決定する測定窓決定手段とを備えたことを特徴とする能動型振動制御装置。
【請求項２】 消去目標の振動の振動周期、あるいは複数の次数成分を消する場合には最も低い次数の振動周期の整数倍をＤＦＴの測定窓とする測定窓決定手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の能動型振動制御装置。
【請求項３】 消去目標の振動は１次からｋ次までとし、ＩＤＦＴ計算手段の入力となる周波数をｆｉ（ただし、ｆｉ＝ｉ／Ｎｓ／Ｔｓ、ｉ＝１，…，ｋ，ＮｓはＩＤＦＴのサンプル数、ＴｓはＩＤＦＴする入力のサンプリング周期）、ｆｉの時刻ｎのＣＯＳ成分の係数をＷｉ１（ｎ）、ＳＩＮ成分の係数をＷｉ２（ｎ）、前記周波数ｆｉでのシステム伝達特性のＣＯＳ成分をＣｉｌ、ＳＩＮ成分をＣｉ２、評価点での残留誤差（振動あるいは騒音）をｅ（ｎ）とするとき、係数Ｗｉ１（ｎ）、Ｗｉ２（ｎ）を（数８）とする係数修正手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の能動型振動制御装置。
【請求項１】 評価点において振動あるいは騒音を消去するためのアクチュエータ（制御用振動源あるいは制御用音源）と、前記評価点での残留振動を検出する手段と、前記アクチュエータの駆動出力を計算するＩＤＦＴ（逆離散的フーリエ変換）計算手段と、前記ＩＤＦＴの入力係数からなる係数メモリと、後に示すＤＦＴの結果からアクチュエータ駆動出力から評価点までのシステム伝達特性を鑑みながら評価点での残留振動を無くすように前記係数メモリを修正する係数修正手段と、前記システム伝達特性をあらかじめ時間軸上の応答（インパルス応答）として記憶しておくシステム伝達特性メモリと、前記システム伝達特性メモリのデータをＤＦＴ（離散的フーリエ変換）して周波数軸上での応答を計算するＤＦＴ計算手段と、前記ＤＦＴの測定窓を消去目標の主要振動の振動数から決定する測定窓決定手段とを備えたことを特徴とする能動型振動制御装置。
【請求項２】 消去目標の振動の振動周期、あるいは複数の次数成分を消する場合には最も低い次数の振動周期の整数倍をＤＦＴの測定窓とする測定窓決定手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の能動型振動制御装置。
【請求項３】 消去目標の振動は１次からｋ次までとし、ＩＤＦＴ計算手段の入力となる周波数をｆｉ（ただし、ｆｉ＝ｉ／Ｎｓ／Ｔｓ、ｉ＝１，…，ｋ，ＮｓはＩＤＦＴのサンプル数、ＴｓはＩＤＦＴする入力のサンプリング周期）、ｆｉの時刻ｎのＣＯＳ成分の係数をＷｉ１（ｎ）、ＳＩＮ成分の係数をＷｉ２（ｎ）、前記周波数ｆｉでのシステム伝達特性のＣＯＳ成分をＣｉｌ、ＳＩＮ成分をＣｉ２、評価点での残留誤差（振動あるいは騒音）をｅ（ｎ）とするとき、係数Ｗｉ１（ｎ）、Ｗｉ２（ｎ）を（数８）とする係数修正手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の能動型振動制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開平７−１３３８４２
【公開日】平成７年（１９９５）５月２３日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平５−２７８２６３
【出願日】平成５年（１９９３）１１月８日
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【公開日】平成７年（１９９５）５月２３日
【国際特許分類】
【出願日】平成５年（１９９３）１１月８日
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
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