適応ノッチフィルタ、及びノッチフィルタのパラメタ調整方法
【課題】制御帯域を広げたときに生じる振動周波数成分を抑制するよう自動的にノッチフィルタを調整する。
【解決手段】適応ノッチフィルタは、共振が生じ得る制御対象への制御入力を生成するための信号に含まれる当該制御対象の固有振動数成分を抑制するためのノッチフィルタと、ノッチフィルタの中心周波数及びノッチ幅を含むパラメタを調整するためのパラメタ調整部と、を備える。パラメタ調整部は、制御対象の制御帯域を広げたときに生じた振動周波数成分とノッチフィルタの中心周波数との関係に応じて、調整されるべきノッチフィルタのパラメタを選択する。
【解決手段】適応ノッチフィルタは、共振が生じ得る制御対象への制御入力を生成するための信号に含まれる当該制御対象の固有振動数成分を抑制するためのノッチフィルタと、ノッチフィルタの中心周波数及びノッチ幅を含むパラメタを調整するためのパラメタ調整部と、を備える。パラメタ調整部は、制御対象の制御帯域を広げたときに生じた振動周波数成分とノッチフィルタの中心周波数との関係に応じて、調整されるべきノッチフィルタのパラメタを選択する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルタ係数が調整可能である適応ノッチフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、複数のノッチフィルタごとに振動抽出フィルタ及びノッチ制御部が設けられているモータ制御装置が記載されている。ノッチ制御部は、振動抽出フィルタが抽出した振動成分信号の振幅が減少するようにノッチフィルタのノッチ周波数を制御する。振動抽出フィルタは、ノッチフィルタのそれぞれに対応づけて異なった周波数帯域が設定されている。複数のノッチフィルタ、振動抽出フィルタ、及びノッチ制御部は並行して動作する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２９６７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えば制御系の応答性を高めるために、より高い帯域まで制御帯域を広げることが望まれる場合がある。制御帯域を広げたときに生じる新たな振動周波数成分を効果的に抑制することが実用上求められる。
【０００５】
本発明の目的の一つは、制御帯域を広げたときに生じる振動周波数成分を抑制するよう自動的にノッチフィルタを調整することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様の適応ノッチフィルタは、共振が生じ得る制御対象への制御入力を生成するための信号に含まれる当該制御対象の固有振動数成分を抑制するためのノッチフィルタと、前記ノッチフィルタの中心周波数及びノッチ幅を含むパラメタを調整するためのパラメタ調整部と、を備える。前記パラメタ調整部は、前記制御対象の制御帯域を広げたときに生じた振動周波数成分と前記ノッチフィルタの中心周波数との関係に応じて、調整されるべき前記ノッチフィルタのパラメタを選択する。
【０００７】
この態様によれば、調整されるべきノッチフィルタのパラメタが、制御対象の制御帯域を広げたときに生じた振動周波数成分とノッチフィルタの中心周波数との関係に応じて選択される。これにより、拡張された制御帯域に与える影響を抑えつつ、効果的にノッチフィルタを調整することが可能となる。
【０００８】
本発明の別の態様はノッチフィルタのパラメタ調整方法である。この方法は、ノッチフィルタを適用する制御対象の制御帯域を広げたときに生じた振動周波数成分を推定し、該振動周波数成分と前記ノッチフィルタの中心周波数との関係に応じて、調整されるべき前記ノッチフィルタのパラメタを選択し、選択された前記ノッチフィルタのパラメタを、前記振動周波数成分を抑制するように調整することを含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、制御帯域を広げたときに生じる振動周波数成分を抑制するよう自動的にノッチフィルタを調整することができる。
【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３】本発明の一実施形態に係るパラメタ調整部の構成を示すブロック図である。
【図４】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５】本発明の一実施形態に係る中心周波数修正量の平均値を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るプリフィルタの構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る制御装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る中心周波数の調整処理を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の一実施形態に係るノッチフィルタの重なりを模式的に示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係るノッチフィルタの調整処理を説明するためのフローチャートである。
【図１１】本発明の一実施形態に係るノッチフィルタの重なりを模式的に示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係るノッチフィルタの調整処理を説明するためのフローチャートである。
【図１３】図１２に示すノッチフィルタの調整処理の一例を模式的に説明するための図である。
【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、ノッチフィルタ部１２、パラメタ調整部ＡＦ、プリフィルタＰＦ、及びノッチフィルタ制御部ＥＶＬを含んで構成されている。パラメタ調整部ＡＦは、ノッチフィルタ部１２のパラメタを調整するために設けられている。プリフィルタＰＦは、パラメタ調整部ＡＦに入力される入力信号を前処理するためのフィルタである。ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、パラメタ調整部ＡＦによりパラメタが調整されるべきノッチフィルタを選択するためのスイッチＳＷ０を切り替える。ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、パラメタ調整部ＡＦへの入力信号ｕに基づいてスイッチＳＷ０を切り替える。
【００１２】
ノッチフィルタ部１２は、直列に接続されている少なくとも２つのノッチフィルタを含む。図示の例では２つのノッチフィルタＭＮＦ１、ＭＮＦ２が直列に配置されている。第３乃至第ｎのノッチフィルタＭＮＦ３乃至ＭＮＦｎが直列にさらに追加されてもよい。ノッチフィルタは、例えば図２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、入力信号から中心周波数ω０及びその近傍の周波数成分を抑制して出力信号を出力する。複数のノッチフィルタの中心周波数はそれぞれ異なる値に設定されており、図示の例においても第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０と第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０とは異なる。
【００１３】
区分された個々の周波数帯域に１つずつノッチフィルタを対応づけるのではなく、各ノッチフィルタの中心周波数は共通の周波数帯域に設定されることが許容されている。これにより、複数の共振周波数に対応させて柔軟に各ノッチフィルタを調整することが可能となる。この共通の帯域は例えば、制御帯域を除く周波数帯域である。あるいは共通の帯域は所定の周波数よりも高帯域である。この所定の周波数は例えば制御帯域の上限以上の周波数である。なお、この共通の帯域は１つには限られない。複数の周波数帯域を設定し、それぞれの周波数帯域に複数のノッチフィルタの中心周波数が含まれることが許容されていてもよい。
【００１４】
ノッチフィルタ部１２への入力信号τ１は例えば、ノッチフィルタ部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。出力信号τ２は、当該制御対象からの出力の検出値として使用されてもよい。ノッチフィルタ部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。各ノッチフィルタのフィルタ係数は、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、各ノッチフィルタの中心周波数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。
【００１５】
各ノッチフィルタは、フィルタ機能を有効とする有効状態と無効とする無効状態とを切替可能に設けられている。第１ノッチフィルタＭＮＦ１には有効状態と無効状態とを切り替えるための第１ノッチフィルタ切替スイッチＳＷ１が付随して設けられており、第２ノッチフィルタＭＮＦ２にも同様に第２ノッチフィルタ切替スイッチＳＷ２が設けられている。第１ノッチフィルタ切替スイッチＳＷ１及び第２ノッチフィルタ切替スイッチＳＷ２はそれぞれ、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２の後段に設けられている。各ノッチフィルタは例えばノッチフィルタ制御部ＥＶＬにより有効状態と無効状態とが切り替えられる。
【００１６】
パラメタ調整部ＡＦは、ノッチフィルタ部１２の複数のノッチフィルタに共通に設けられており、選択された少なくとも１つのノッチフィルタのパラメタを調整する。パラメタ調整部ＡＦは少なくとも中心周波数を含むパラメタを調整する。図示の実施例ではパラメタ調整部ＡＦは、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２のうち選択されている一方の調整を実行する。調整されるべきノッチフィルタを選択するために、調整対象選択スイッチＳＷ０が適応ノッチフィルタ１０には設けられている。選択されたノッチフィルタのパラメタを調整するようにしているので、複数のノッチ周波数を並行して制御する場合に比べて計算量を少なくすることができる。なお、ノッチフィルタごとにパラメタ調整部ＡＦを設け、各パラメタ調整部ＡＦが対応するノッチフィルタの調整を並行して行うよう適応ノッチフィルタ１０が構成されていてもよい。
【００１７】
パラメタ調整部ＡＦは、ノッチフィルタ部１２のフィルタ係数を参照信号ｄに基づいて修正する。図示の例ではパラメタ調整部ＡＦは、参照信号ｄをプリフィルタＰＦで処理して得られた入力信号ｕに基づいてノッチフィルタ部１２のフィルタ係数を修正する。参照信号ｄは、ノッチフィルタ部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。パラメタ調整部ＡＦ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ｄとして用いてもよい。
【００１８】
図３は、本発明の一実施形態に係るパラメタ調整部ＡＦの構成を示すブロック図である。パラメタ調整部ＡＦは、位相差フィルタ１４と、修正演算部１６と、を含んで構成されている。位相差フィルタ１４は、プリフィルタＰＦ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１４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１４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。
【００１９】
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１４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１４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。
【００２０】
好ましい一実施例においては、位相差フィルタ１４は、上記の位相特性とともに、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。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４に示す。図４の周波数位相特性に示されるように、位相差フィルタ１４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。ピークフィルタがデジタルフィルタである場合には、ピークフィルタの伝達関数ＧＰは次式で表される。ここで、ｋは中心周波数ω０を決めるパラメータ、ｌｐはピークの減衰を決めるパラメータである。
【００２１】
【数１】
【００２２】
修正演算部１６は、調整対象選択スイッチＳＷ０により選択されているノッチフィルタのフィルタ係数を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に基づいて修正する。また、修正演算部１６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に基づいて位相差フィルタ１４のフィルタ係数を修正する。修正演算部１６は、ノッチフィルタ及び位相差フィルタ１４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１６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１６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。
【００２３】
【数２】
【００２４】
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。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し、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。μは、修正量Δωを調整するための修正ゲインである。
【００２５】
図５は、位相差フィルタ１４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５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。
【００２６】
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。
【００２７】
図６は、本発明の一実施形態に係るプリフィルタＰＦの構成を示すブロック図である。プリフィルタＰＦは、ノッチフィルタ部１２の複数のノッチフィルタの各々に対応して直列に配置されている複数の帯域阻止フィルタを含む。各帯域阻止フィルタは、対応するノッチフィルタの中心周波数を含む阻止帯域を持つ。最終段の帯域阻止フィルタの出力がパラメタ調整部ＡＦへの入力信号ｕとなる。
【００２８】
選択されたノッチフィルタの調整処理中においては、対応する帯域阻止フィルタが無効状態に設定される。選択されたノッチフィルタの調整処理が完了しそのノッチフィルタが有効状態であるときは、帯域阻止フィルタも有効状態に切り替えられる。例えばノッチフィルタ制御部ＥＶＬにより、各帯域阻止フィルタは有効状態と無効状態とが切り替えられる。パラメタ調整部ＡＦは、選択されたノッチフィルタの調整済みのパラメタに基づいて、対応する帯域阻止フィルタを調整する。
【００２９】
帯域阻止フィルタは本実施例ではノッチフィルタである。よって、プリフィルタＰＦは、直列に接続されている少なくとも２つのノッチフィルタを含む。図示の例では、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２に対応して第１プリノッチフィルタＰＮＦ１及び第２プリノッチフィルタＰＮＦ２が直列に配置されている。第３乃至第ｎのノッチフィルタＭＮＦ３乃至ＭＮＦｎが設けられている場合には、同様にして第３乃至第ｎのプリノッチフィルタＰＮＦ３乃至ＰＮＦｎがプリフィルタＰＦに追加される。
【００３０】
プリノッチフィルタＰＮＦ１、ＰＮＦ２の中心周波数はそれぞれ対応するノッチフィルタＭＮＦ１、ＭＮＦ２の中心周波数に等しい値に設定される。プリノッチフィルタＰＮＦ１、ＰＮＦ２の他のパラメタ（例えばノッチの幅や深さ）は、対応するノッチフィルタＭＮＦ１、ＭＮＦ２に等しい値に設定されてもよいし、異なる値に設定されてもよい。例えば、プリノッチフィルタＰＮＦ１、ＰＮＦ２の幅を表すパラメタであるＱ値は０．５乃至１とし、深さは−∞ｄＢに設定してもよい。一方、ノッチフィルタＭＮＦ１、ＭＮＦ２のＱ値は１、深さは−∞ｄＢに設定されてもよい。
【００３１】
各帯域阻止フィルタについてフィルタ機能を有効とする有効状態と無効とする無効状態とを切替可能である。第１プリノッチフィルタＰＮＦ１には有効状態と無効状態とを切り替えるための第１プリノッチフィルタ切替スイッチＳＷ１１が付随して設けられており、第２プリノッチフィルタＰＮＦ２にも同様に第２プリノッチフィルタ切替スイッチＳＷ１２が設けられている。第１プリノッチフィルタ切替スイッチＳＷ１１及び第２プリノッチフィルタ切替スイッチＳＷ１２はそれぞれ、第１プリノッチフィルタＰＮＦ１及び第２プリノッチフィルタＰＮＦ２の後段に設けられている。各プリノッチフィルタは例えばノッチフィルタ制御部ＥＶＬにより有効状態と無効状態とが切り替えられる。
【００３２】
また、プリフィルタＰＦは、ハイパスフィルタＨＰＦを含む。ハイパスフィルタＨＰＦは第１プリノッチフィルタＰＮＦ１の前段に設けられており、プリフィルタＰＦへの入力信号ｄを処理して第１プリノッチフィルタＰＮＦ１に与える。ハイパスフィルタＨＰＦは制御帯域を制限帯域とする。すなわちハイパスフィルタＨＰＦは制御帯域よりも高帯域を通過帯域とする。あるいはハイパスフィルタＨＰＦは制御帯域より所定量高い帯域を制限帯域とする。すなわちハイパスフィルタＨＰＦは制御帯域よりも所定量高い帯域を通過帯域とする。
【００３３】
ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、入力される信号ｕの振動レベルに応じてノッチフィルタ部１２のノッチフィルタを順に制御系に投入していく。すなわち、振動レベルが所定のしきい値よりも小さいと判定される場合には、すべてのノッチフィルタが無効状態に設定されている。信号ｕの振動が振動レベルしきい値を超えたときに第１ノッチフィルタＭＮＦ１が有効状態に切り替えられる。第１ノッチフィルタＭＮＦ１はパラメタ調整部ＡＦにより調整される。第１ノッチフィルタＭＮＦ１の調整完了後になお信号ｕの振動が振動レベルしきい値を超えている場合に第２ノッチフィルタＭＮＦ２が有効状態に切り替えられ、パラメタ調整部ＡＦにより調整される。同様にして、第２ノッチフィルタＭＮＦ２の調整完了後になお信号ｕの振動が振動レベルしきい値を超えている場合に第３ノッチフィルタＭＮＦ３が有効状態に切り替えられる。
【００３４】
一実施例においては、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、指令応答の残留振動を利用して振動レベルを判定してもよい。例えば、指令加速度がゼロとなってから所定時間を評価区間とし、その評価区間における評価対象信号の絶対値の積分値を振動レベルと定義してもよい。あるいは、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、入力信号ｕの２乗または絶対値にローパスフィルタＬＰＦをかけて得られる信号ｖに基づいて振動レベルを評価してもよい。このローパスフィルタＬＰＦは制御帯域を通過帯域とすることが好ましい。ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、その他公知の適切な手法で振動レベルを評価してもよい。例えば、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、特定の周波数成分の振幅が所定値を超えたか否かによって振動レベルを判定してもよい。
【００３５】
図７は、本発明の一実施形態に係る制御装置１００のシステム構成を示すブロック図である。制御装置１００は、上述の適応ノッチフィルタ１０を備えており、制御対象の共振を抑制するよう構成されている。アクチュエータ２０は負荷２２を駆動する。アクチュエータ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モータである。検出器２４はアクチュエータ２０の出力（例えば制御量ω）を測定する。例えばモータの検出速度ωが測定される。パラメタ調整部ＡＦは、検出器２４の検出信号ωを参照信号ｄとして使用し、ノッチフィルタの係数を修正する。
【００３６】
制御装置１００の指令生成部（図示せず）は、指令値ｒを決定する。制御部ＶＣは、指令値ｒに制御量ωを一致させるよう指令τ１を出力する。ノッチフィルタ部１２は、有効状態のノッチフィルタの中心周波数の周波数成分を指令信号τ１から除去して新たな指令信号τ２を出力する。中心周波数はアクチュエータ２０及び負荷２２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。固有振動数成分が複数ある場合には複数のノッチフィルタが有効状態とされ、各固有振動数成分が抑制される。アクチュエータ制御部ＴＣは指令信号τ２に基づきアクチュエータ２０を制御する。
【００３７】
図１及び図７に示す適応ノッチフィルタ１０においては、ノッチフィルタ部１２から選択され調整されたノッチフィルタの中心周波数が他のノッチフィルタの中心周波数を含む所定の帯域に調整された場合に、他のノッチフィルタの中心周波数が変更されてもよい。選択ノッチフィルタの中心周波数が他のノッチフィルタの中心周波数の近傍に調整された場合に、パラメタ調整部ＡＦは、他のノッチフィルタの中心周波数を選択ノッチフィルタの中心周波数に近づけるように調整する。好ましくは、パラメタ調整部ＡＦは、他のノッチフィルタの中心周波数を選択ノッチフィルタの中心周波数に一致させ、選択ノッチフィルタを無効状態に切り替える。このようにして１つのノッチフィルタの調整結果に基づいて、他のノッチフィルタのパラメタが変更される。
【００３８】
例えば、第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数が第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数の近傍に調整された場合に、第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数が変更される。第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数は、第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数に近づけるように修正される。好ましくは、第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数は第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数に一致させるように修正される。この場合、第２ノッチフィルタＭＮＦ２は無効状態に切り替えられる。なお、中心周波数の修正とともに、または中心周波数の修正に代えて、後述するように第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２の幅や深さを調整してもよい。
【００３９】
図８は、本発明の一実施形態に係る中心周波数の調整処理を説明するためのフローチャートである。図８に示す例は、第１ノッチフィルタＭＮＦ１が有効状態とされ中心周波数の調整が完了している状態を前提としている。なお、第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数は、制御帯域よりも高帯域において最大のゲインを有する共振周波数成分に合うように調整されている。
【００４０】
図８に示されるように、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、振動レベルがしきい値を超えているか否かを判定する（Ｓ１０）。振動レベルがしきい値に収まっていると判定された場合には（Ｓ１０のＮ）、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、この処理を終了し次回の処理まで待機する。振動レベルが低いということは、第１ノッチフィルタＭＮＦ１が適切に設定され、振動が有効に抑制されているということである。
【００４１】
振動レベルがしきい値を超えると判定された場合には（Ｓ１０のＹ）、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、第２ノッチフィルタＭＮＦ２を有効状態とするよう第２ノッチフィルタ切替スイッチＳＷ２を切り替え、調整対象選択スイッチＳＷ０を中立状態から第２ノッチフィルタＭＮＦ２に切り替える。また、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、第２プリノッチフィルタＰＮＦ２を無効状態とするよう第２プリノッチフィルタ切替スイッチＳＷ１２を切り替える。第２プリノッチフィルタＰＮＦ２を無効状態とすることにより、調整対象である第２ノッチフィルタＭＮＦ２で抑制されている周波数成分がパラメタ調整部ＡＦに入力されることになる。こうして第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０の調整が開始される（Ｓ１２）。なおこのとき第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第１プリノッチフィルタＰＮＦ１は継続して有効状態とされている。
【００４２】
このとき、第３乃至第ｎノッチフィルタＭＮＦ３乃至ＭＮＦｎと対応する第３乃至第ｎプリノッチフィルタＰＮＦ３乃至ＰＮＦｎがある場合には、ノッチフィルタ部１２で無効状態となっているノッチフィルタに対応するプリノッチフィルタもまた無効状態にする。第２プリノッチフィルタＰＮＦ２およびノッチフィルタ部１２で無効状態となっているノッチフィルタに対応するプリノッチフィルタを無効状態とすることにより、調整対象である第２ノッチフィルタＭＮＦ２で抑制されている周波数成分がパラメタ調整部ＡＦに入力されることになる。
【００４３】
第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０は、第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０の近傍（例えばω１０の０．５倍乃至２倍の範囲）になるべく含まれないように調整される。そのために第１プリノッチフィルタＰＮＦ１は参照信号ｄから第１ノッチフィルタＭＮＦ１で抑制している周波数成分を除去する。さらに例えば、第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０を設定するための初期値は第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０から離れた値（例えばω１０の２倍を超える値）に設定される。このようにして、第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０を第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０の近傍を避け、かつ制御帯域よりも高帯域において最大のゲインを有する共振周波数成分に合うように調整することが可能となる。上述の更新処理法においては例えばΔω０が十分小さい基準値以下となったときに中心周波数の調整が完了したものとみなされる。
【００４４】
パラメタ調整部ＡＦは、第２プリノッチフィルタＰＮＦ２の中心周波数を第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０に等しい値に設定する（Ｓ１４）。ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、第２プリノッチフィルタＰＮＦ２を有効状態とするよう第２プリノッチフィルタ切替スイッチＳＷ１２を切り替える。
【００４５】
なお、このとき、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、第２プリノッチフィルタＰＮＦ２を設定する前に、振動レベルを検定してもよい。すなわち、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、第２ノッチフィルタＭＮＦ２の調整前に比べて調整後の振動レベルが増大したか否かを判定し、振動レベルが増大した場合に第２ノッチフィルタＭＮＦ２を無効状態に戻すようにしてもよい。振動レベルが増大した場合にはノッチフィルタの設定に何らかの異常が想定されるからである。
【００４６】
ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０が第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０を含む所定帯域に含まれるか否かを判定する（Ｓ１６）。この所定帯域は例えば第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０の近傍にあるか否かを判定するための範囲であり、例えば８５％乃至１１５％の範囲である。あるいは、好ましくは第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０の９５％乃至１１５％の範囲であってもよい。所定帯域において中心周波数ω１０の低帯域側を高帯域側より狭くすることにより、ノッチフィルタによる位相遅れの影響を緩和することができる。
【００４７】
第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０が所定帯域に含まれない場合には（Ｓ１６のＮ）、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは処理を終了する。２つのノッチフィルタはともに有効状態とされる。第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０が第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０から十分に離れており、２つのノッチフィルタの各々が異なる共振周波数成分に適切に設定されたと考えられる。
【００４８】
一方、第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０が所定帯域に含まれる場合には（Ｓ１６のＹ）、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、第２ノッチフィルタＭＮＦ２を無効状態に切り替えるとともに、第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０を第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０に一致させるように修正する（Ｓ１８）。第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０が何らかの理由で本来抑制すべき周波数成分から若干乖離していたために、第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０が第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０の近傍に設定されたと考えられるからである。
【００４９】
ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、振動レベルがしきい値を超えているか否かを再度判定し（Ｓ１０）、振動レベルがしきい値に収まっている場合には（Ｓ１０のＮ）、第１ノッチフィルタＭＮＦ１のみが有効状態とされる。振動レベルがしきい値を超えると判定された場合には（Ｓ１０のＹ）、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、第２ノッチフィルタＭＮＦ２の調整を再度行うことになる。第２ノッチフィルタＭＮＦ２の調整を再度行う場合には第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０が第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０を含む所定帯域に含まれるか否かを判定する所定帯域を、最初の調整のときより狭くしてもよいし、第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０が第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０を含む所定帯域に含まれるか否かを判定する処理を省略してもよい。
【００５０】
図８に示す例は第１ノッチフィルタＭＮＦ１のみが有効状態とされている場合から開始しているが、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２が有効状態とされ中心周波数の調整が完了している状態においても同様である。この場合、振動レベルがしきい値を超えると判定された場合には（Ｓ１０のＹ）、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、第３ノッチフィルタＭＮＦ３の調整を開始することになる。
【００５１】
このようにして、本実施形態によれば、振動レベルに応じて順次ノッチフィルタが追加投入され、各ノッチフィルタはそれぞれ共振周波数を抑制する。複数のノッチフィルタが複数の共振を抑制するよう自動的に調整される。パラメタ調整部は選択されたノッチフィルタの中心周波数を調整するようにしているので、すべてのノッチフィルタの調整を並行して行う必要がなく、計算量を少なくすることができる。また、ノッチフィルタ部１２とプリフィルタＰＦとを対応する直列のフィルタ構成とし、パラメタの調整対象ノッチフィルタに対応するプリノッチフィルタを調整処理中に一時的に無効状態するようにしている。ノッチフィルタ部１２において無効となっているノッチフィルタに対応するプリフィルタも調整処理中に一時的に無効状態するようにしている。これにより、調整対象のノッチフィルタにより抑制されるべき周波数帯域を簡易な構成でパラメタ調整部ＡＦに入力することができる。
【００５２】
また、１つのノッチフィルタの調整結果に基づき別のノッチフィルタが調整される。少なくとも一時的にノッチフィルタが追加され、その追加フィルタのパラメタが調整される。各ノッチフィルタの中心周波数は共通の周波数帯域に設定されることが許容されている。追加フィルタの中心周波数が他のノッチフィルタから離れており、他のノッチフィルタにより抑制される共振周波数成分とは別個の共振周波数成分を抑制している場合には、その追加フィルタは継続して使用される。追加フィルタが別個の共振周波数成分を抑制しているとはみなすことができない場合には、既存のノッチフィルタが再調整され、追加フィルタは無効状態に戻される。このようにして、区分された個々の周波数帯域に１つずつノッチフィルタを対応づける場合に比べて、複数の共振周波数に対応させて柔軟に複数のノッチフィルタを調整することが可能となる。
【００５３】
さらに、本発明の一実施形態においては、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２の一方の中心周波数を調整したときに他方のノッチフィルタとの重なり具合に応じて、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２の少なくとも一方のノッチ幅またはノッチ深さが調整されてもよい。
【００５４】
パラメタ調整部ＡＦは、第１ノッチフィルタＭＮＦ１と第２ノッチフィルタＭＮＦ２との振幅特性及び位相特性の重なりを小さくするように第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２の少なくとも一方のノッチ幅を狭くしてもよい。あるいは、パラメタ調整部ＡＦは、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２の少なくとも一方のノッチ深さを浅くすることにより第１ノッチフィルタＭＮＦ１と第２ノッチフィルタＭＮＦ２との振幅特性及び位相特性の重なりを小さくしてもよい。パラメタ調整部ＡＦは、ノッチ幅を優先的に調整し、予め設定されているノッチ幅の調整範囲の限界に達したときにノッチ深さの調整を開始するようにしてもよい。
【００５５】
図９は、本発明の一実施形態に係るノッチフィルタの重なりを模式的に示す図である。図９には、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２の周波数振幅特性が示されている。一例として第２ノッチフィルタＭＮＦ２のほうが第１ノッチフィルタＭＮＦ１よりも低帯域側にある場合を示すが、逆に第１ノッチフィルタＭＮＦ１のほうが第２ノッチフィルタＭＮＦ２よりも低帯域側にある場合にも第１ノッチフィルタＭＮＦ１と第２ノッチフィルタＭＮＦ２とを読み替えれば以下の説明は同様に成り立つ。
【００５６】
第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２の幅及び深さの初期値はともに等しい値に設定されているので、図示されるように第１ノッチフィルタＭＮＦ１と第２ノッチフィルタＭＮＦ２とは同様の山形形状の振幅特性を持つ。ノッチ幅を表すパラメタとして例えば、ゲインがａｄＢより小さくなる帯域幅を用いることができる。この帯域幅は例えば半値幅ωｉ２−ωｉ１であり、この場合ａｄＢは約−３ｄＢである。ノッチ幅を表すパラメタとしてＱ値を用いてもよい。第１ノッチフィルタＭＮＦ１のＱ値は、Ｑ１＝ω１０／（ω１２−ω１１）であり、第２ノッチフィルタＭＮＦ２のＱ値は、Ｑ２＝ω２０／（ω２２−ω２１）である。Ｑ値が大きいほどノッチ幅は狭くなる。本実施例ではＱ値の初期値は１に設定されており、ノッチフィルタは比較的幅広である。
【００５７】
図９には、第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０よりも低帯域側（図において左側）で振幅ゲインが１／√２（約−３ｄＢ）となる周波数ω１１と、第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０よりも高帯域側（図において右側）で振幅ゲインが１／√２（約−３ｄＢ）となる周波数ω２２とが等しい場合を示している。この状態を２つのノッチフィルタの重なり具合の判定基準の１つとして用いることができる。つまり、ω１１がω２２よりも大きい場合には２つのノッチフィルタの重なり具合が小さいと判定し、ω１１がω２２よりも小さい場合には２つのノッチフィルタの重なり具合が大きいと判定してもよい。
【００５８】
また、ノッチフィルタの深さを表すパラメタとして例えば深さパラメタＤを用いてもよい。図示されるように、深さパラメタＤの対数の２０倍（２０ｌｏｇＤ）が中心周波数におけるゲイン値に相当する。深さパラメタＤが大きいほどノッチ深さは浅くなる。本実施例では深さパラメタＤの初期値は０に設定され、ノッチフィルタは深く設定されている。
【００５９】
図示されるように、周波数ω１１（＝ω２２）の近傍の帯域では第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２の両方によってゲインが抑制されることになる。しかし、抑制されるべき共振周波数成分は各ノッチフィルタの中心周波数ω１０、ω２０に実質的に一致しているはずであり、周波数ω１１（＝ω２２）からある程度離れている。周波数ω１１（＝ω２２）の近傍の帯域は必ずしも抑制される必要がない。第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２の重なりを小さくして２つのフィルタを分離することにより、不必要に広い帯域の信号を抑制するのを避けて共振周波数成分をピンポイントに抑制することが可能となる。
【００６０】
また、２つのノッチフィルタの重なりを小さくした結果として新たな振動周波数成分が顕在化された場合には、追加のノッチフィルタを設定してその振動成分を抑制することもできる。この振動成分が第３の共振周波数成分である場合には、第１または第２の共振周波数成分を抑制するための既存のノッチフィルタのいわばすそ野の部分で抑制するよりも、専用のノッチフィルタを新たに割り当てて抑制することが好ましい。
【００６１】
図１０は、本発明の一実施形態に係るノッチフィルタの調整処理を説明するためのフローチャートである。図１０に示される処理は、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２がともに有効状態とされているときに実行される。例えば、図８に示す実施例において第２ノッチフィルタＭＮＦ２が有効に設定されたときに（図８のＳ１６のＮ）、引き続いて実行されてもよい。
【００６２】
制御帯域として指定されている周波数における振幅ゲインがいずれかのノッチフィルタによって制限されている場合は、図１０の調整処理に先立って、制御帯域として指定されている周波数における振幅ゲインがノッチフィルタによって制限されないようにするための前処理を行ってもよい。例えば、最も中心周波数が低く設定されている第ｉノッチフィルタの中心周波数ωｉ０よりも低帯域側で振幅ゲインが１／√２となる周波数ωｉ１が制御帯域として指定されている周波数よりも小さい場合、ωｉ１が制御帯域として指定されている周波数と等しくなるように第ｉノッチフィルタのＱ値を調整する。
【００６３】
図１０に示される処理において、パラメタ調整部ＡＦは、第１ノッチフィルタＭＮＦ１と第２ノッチフィルタＭＮＦ２との重なり具合が予め設定された基準を超えるか否かを判定する（Ｓ２０）。本実施例では、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２のそれぞれの振幅特性の半値幅が重なり合う場合に重なり具合が大きいと判定し、半値幅が重なり合わない場合に重なり具合が小さいと判定する。
【００６４】
具体的には、図９に示すように第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０のほうが第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０よりも大きい場合には、図９を参照して説明した周波数ω１１と周波数ω２２との大小関係により２つのフィルタの重なり具合が判定される。つまり、周波数ω１１が周波数ω２２より小さい場合には２つのフィルタが重なっていると判定し、周波数ω１１が周波数ω２２以上である場合には重なっていないと判定する。逆に、第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０のほうが第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０よりも小さい場合には、周波数ω１２と周波数ω２１との大小関係により２つのフィルタの重なり具合が判定される。つまり、周波数ω１２が周波数ω２１より大きい場合には２つのフィルタが重なっていると判定し、周波数ω１２が周波数ω２１以下である場合には重なっていないと判定する。
【００６５】
第１ノッチフィルタＭＮＦ１と第２ノッチフィルタＭＮＦ２との重なり具合が基準以内であり重なりが小さいと判定される場合には（Ｓ２０のＮ）、パラメタ調整部ＡＦは、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２のノッチ幅またはノッチ深さの調整を行わない。この場合、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２のノッチ幅及びノッチ深さは初期値のままとされる。
【００６６】
なお、２つのフィルタの重なり具合が基準以内である場合にもノッチ幅またはノッチ深さの調整をするようにしてもよい。重なり具合を小さくするように、または大きくするように調整してもよい。この場合、後述するように、振動レベルを監視しながらノッチ幅またはノッチ深さの調整をしてもよい。調整により振動レベルが増加された場合には、暴露された振動周波数成分を抑制するために追加のノッチフィルタを有効状態に切り替えてもよい。
【００６７】
一方、重なり判定条件が満たされている場合、すなわち第１ノッチフィルタＭＮＦ１と第２ノッチフィルタＭＮＦ２との重なり具合が大きいと判定された場合には（Ｓ２０のＹ）、パラメタ調整部ＡＦは、振動レベルがしきい値を超えているか否かを判定する（Ｓ２２）。ノッチフィルタ制御部ＥＶＬにより振動レベルがしきい値を超えているか否かが判定されてもよい。制御対象への指令に対する応答の振動レベルがしきい値を超えているか否かを判定することが好ましい。この判定しきい値は既述の実施例における振動レベルしきい値と同様に、抑制されるべき振動が十分に小さいか否かを判定するためのしきい値であり、例えば経験的または実験的に適宜設定することができる。
【００６８】
振動レベルがしきい値以内であると判定された場合には（Ｓ２２のＮ）、パラメタ調整部ＡＦは、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２のノッチ幅を均等に調整する（Ｓ２４）。パラメタ調整部ＡＦは、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２のＱ値を共通の修正値へと初期値から大きくする。これにより、２つのノッチフィルタは同様に狭くなる。
【００６９】
パラメタ調整部ＡＦは、予め設定されている調整範囲の限界値に達するまで、または２つのノッチフィルタの重なり判定条件が満たされなくなるまで、ノッチ幅を調整する。ノッチ幅を表すパラメタとしてＱ値を用いている場合には、Ｑ値の調整範囲の上限値に達したときにＱ値の調整をその上限値で終了し、ノッチ深さの調整を開始してもよい。深さパラメタＤを第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２について共通に大きく調整することにより、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２のノッチ深さを均等に浅くしてもよい。パラメタ調整部ＡＦは、予め設定されている調整範囲の限界値に達するまで、または２つのノッチフィルタの重なり判定条件が満たされなくなるまでノッチ深さを調整してもよい。
【００７０】
こうして２つのノッチフィルタの重なりを小さくした結果、新たな振動周波数成分が顕在化され振動レベルが基準を超えた場合には、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２以外の無効状態のノッチフィルタを有効状態に切り替えて、その振動周波数成分の抑制に割り当ててもよい。ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２のみが有効状態である場合には、第３ノッチフィルタＭＮＦ３を無効状態から有効状態に切り替える。逆に、新たに有効状態に切り替えられるノッチフィルタが存在しない場合には、パラメタ調整部ＡＦは、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２のノッチ幅またはノッチ深さの調整を行わずに初期値のままとしてもよい。このようにすれば新たな振動周波数成分の暴露を避けられる。
【００７１】
振動レベルがしきい値を超えると判定された場合には（Ｓ２２のＹ）、パラメタ調整部ＡＦは、一方のノッチフィルタを他方のノッチフィルタよりも大きく調整する。本実施例においては、一方のノッチフィルタのノッチ幅またはノッチ深さを調整し他方のノッチフィルタのノッチ幅及びノッチ深さは初期値に保たれる（Ｓ２６）。
【００７２】
大きく調整されるほうのノッチフィルタは、推定される振動周波数成分ωｖに応じて選択される。振動周波数成分ωｖの推定には、パラメタ調整部ＡＦにおける上述の中心周波数更新処理を利用することができる。更新処理によって得られた中心周波数は、抑制されるべき振動周波数ωｖの推定値を表しているからである。
【００７３】
パラメタ調整部ＡＦは、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω１０、ω２０とは実質的に異なる振動周波数成分ωｖが基準を超えて存在する場合に、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２のうちより大きな位相遅れを当該振動周波数成分ωｖに与えるほうのノッチ幅を狭くする。このようにすれば、ノッチフィルタによる振動周波数成分ωｖへの位相遅れの影響を小さくすることができる。
【００７４】
ここで、振動周波数ωｖが第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０と第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０との間にある場合を想定する。そうすると、第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０のほうが第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０よりも大きい場合には、図２に示すノッチフィルタの位相特性からわかるように、第１ノッチフィルタＭＮＦ１が振動周波数ωｖにおける位相を遅らせ、第２ノッチフィルタＭＮＦ２が位相を進ませることになる。よって、パラメタ調整部ＡＦは、推定振動周波数ωｖが中心周波数ω２０以上の場合に第１ノッチフィルタＭＮＦ１のノッチ幅を狭く調整する。また、パラメタ調整部ＡＦは、推定振動周波数ωｖが中心周波数ω２０未満の場合には第２ノッチフィルタＭＮＦ２のノッチ幅を狭く調整する。
【００７５】
同様に、第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０のほうが第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０よりも小さい場合には、パラメタ調整部ＡＦは、推定振動周波数ωｖが中心周波数ω１０以上の場合に第２ノッチフィルタＭＮＦ２のノッチ幅を調整する。また、パラメタ調整部ＡＦは、推定振動周波数ωｖが中心周波数ω１０未満の場合には第１ノッチフィルタＭＮＦ１のノッチ幅を調整する。
【００７６】
この場合にも、パラメタ調整部ＡＦは、予め設定されている調整範囲の限界値に達するまで、または２つのノッチフィルタの重なり判定条件が満たされなくなるまで、一方のノッチフィルタのノッチ幅を調整する。ノッチ幅を表すパラメタとしてＱ値を用いている場合には、Ｑ値の調整範囲の上限値に達したときにＱ値の調整をその上限値で終了し、ノッチ深さの調整を開始してもよい。調整対象のノッチフィルタの深さパラメタＤのみを大きく調整し、そのノッチフィルタのノッチ深さを浅くしてもよい。あるいは、深さパラメタＤを第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２について共通に大きく調整することにより、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２のノッチ深さを均等に浅くしてもよい。パラメタ調整部ＡＦは、予め設定されている調整範囲の限界値に達するまで、または２つのノッチフィルタの重なり判定条件が満たされなくなるまでノッチ深さを調整してもよい。
【００７７】
こうして、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２の重なり具合が基準以内となるようノッチ幅またはノッチ深さが調整される。なお、同様にしてノッチフィルタの振幅特性と制御帯域との重なり具合を小さくするようにノッチフィルタのノッチ幅またはノッチ深さが調整されてもよい。例えば、第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０が第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０よりも小さい場合には、制御帯域の上限値よりも周波数ω２１が大きくなるようにＱ値またはパラメタＤを大きくしてもよい。
【００７８】
図１１は、本発明の一実施形態に係るノッチフィルタの重なりを模式的に示す図である。図１１には、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２の周波数振幅特性及び周波数位相特性が示されている。図９に示す一例と同様に、第２ノッチフィルタＭＮＦ２のほうが第１ノッチフィルタＭＮＦ１よりも低帯域側にある場合を示す。図１１においては、第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０と第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０との中間周波数ω０１２を表示している。
【００７９】
ノッチフィルタは振幅特性が決まれば位相特性が一意に決まる。よって、上述の実施例においては２つのノッチフィルタの振幅特性の重なり具合に着目しているが、本発明はこれに限られない。一実施例においては、位相特性に着目して２つのノッチフィルタの重なりを調整してもよい。このようにしても２つのノッチフィルタの重なりを小さくすることができる。
【００８０】
図示のように第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０が第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０よりも大きい場合には、パラメタ調整部ＡＦは、中間周波数ω０１２において第１ノッチフィルタＭＮＦ１による位相遅れと第２ノッチフィルタＭＮＦ２により位相進みとをそれぞれβｄｅｇ以下とするようにＱ値を調整してもよい。Ｑ値に代えて、またはＱ値とともに、上述の実施例と同様に深さパラメタＤを調整してもよい。逆に第１中心周波数ω１０が第２中心周波数ω２０よりも小さい場合には、パラメタ調整部ＡＦは、中間周波数ω０１２において第１ノッチフィルタＭＮＦ１による位相進みと第２ノッチフィルタＭＮＦ２により位相遅れとをそれぞれβｄｅｇ以下とするようにＱ値または深さパラメタＤを調整してもよい。中間周波数ω０１２は例えば、ｌｏｇω０１２＝（ｌｏｇω１０＋ｌｏｇω２０）／２を満たすように定めてもよい。位相遅れ（または位相進み）βは例えば３０度乃至４０度であってもよい。
【００８１】
さらに、本発明の一実施形態においては、パラメタ調整部ＡＦは、制御帯域が段階的にまたは連続的に広げられたときに振動レベルを基準以下に抑制するよういずれかのノッチフィルタを調整してもよい。一実施例においては、制御対象への制御入力を生成するための制御装置である指令生成部（図示せず）、制御部ＶＣ（図７参照）、またはアクチュエータ制御部ＴＣ（図７参照）は、例えばユーザの指定により段階的にまたは連続的に制御帯域を高帯域側に広げる。このときパラメタ調整部ＡＦは、振動レベルまたは振動周波数成分に基づいて少なくとも第１ノッチフィルタＭＮＦ１を調整する。
【００８２】
図１２は、本発明の一実施形態に係るノッチフィルタの調整処理を説明するためのフローチャートである。この処理は、制御帯域ＬＢＷを所望の高帯域の目標値ＬＢＷｘまで段階的に広げるときに実行される。この処理においては、振動レベルがしきい値に満たない限りは制御帯域ＬＢＷが目標帯域ＬＢＷｘに向けて段階的に広げられていく。振動レベルがしきい値に達した場合には、振動レベルを低下させるために、まず第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数が調整される。振動レベルがしきい値に達するまで制御帯域ＬＢＷがさらに広げられていく。振動レベルがしきい値に再度達した場合には、パラメタ調整部ＡＦは、振動周波数成分ωｖと第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０との関係に応じて第１ノッチフィルタＭＮＦ１の調整されるべきパラメタを選択し、そのパラメタを調整する。
【００８３】
図１２に示されるように、まず制御帯域ＬＢＷが所定量ΔＬＢＷだけ高帯域側に広げられる（Ｓ３０）。つまり、制御帯域ＬＢＷの上限値が所定量ΔＬＢＷだけ大きい値に変更される。ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、振動レベルがしきい値を超えているか否かを判定する（Ｓ３２）。制御対象への指令に対する応答の振動レベルがしきい値を超えているか否かを判定することが好ましい。この判定しきい値は既述の実施例における振動レベルしきい値と同様に、抑制されるべき振動が十分に小さいか否かを判定するためのしきい値であり、例えば経験的または実験的に適宜設定することができる。
【００８４】
振動レベルがしきい値以内であると判定された場合には（Ｓ３２のＮ）、制御帯域ＬＢＷが所定量ΔＬＢＷだけさらに高帯域側に広げられる（Ｓ３０）。こうして振動レベルがしきい値に達するまで制御帯域ＬＢＷが自動的に目標帯域ＬＢＷｘに向けて広げられていく。
【００８５】
振動レベルがしきい値を超えていると判定された場合には（Ｓ３２のＹ）、パラメタ調整部ＡＦは、第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０を調整する（Ｓ３４）。ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、振動レベルがしきい値を超えているか否かを中心周波数ω１０の調整後に再度判定する（Ｓ３６）。振動レベルがしきい値以内であると判定された場合には（Ｓ３６のＮ）、制御帯域ＬＢＷが所定量ΔＬＢＷだけさらに高帯域側に広げられる（Ｓ３８）。ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、振動レベルがしきい値を超えているか否かを再度判定する（Ｓ３６）。
【００８６】
振動レベルがしきい値を超えていると判定された場合には（Ｓ３６のＹ）、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、後述する終了条件の一例である調整回数判定をしたうえで（Ｓ３７）、振動周波数成分ωｖを推定する（Ｓ４０）。調整回数が設定値に達している場合には（Ｓ３７のＹ）、調整処理が終了される。パラメタ調整部ＡＦは、推定された振動周波数成分ωｖと第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０との関係に応じて第１ノッチフィルタＭＮＦ１の調整されるべきパラメタを選択し（Ｓ４２）、そのパラメタを調整する（Ｓ４４）。
【００８７】
上述の調整処理において、所定の終了条件が成立した場合には調整処理が終了される。そのために、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、調整処理の実行中に終了条件が成立したか否かを周期的に判定する。終了条件は、制御帯域ＬＢＷが目標帯域ＬＢＷｘに到達したことを含む（Ｓ４６）。制御帯域ＬＢＷが目標帯域ＬＢＷｘに到達していない場合には（Ｓ４６のＮ）、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、振動レベルがしきい値を超えているか否かをパラメタ調整後に再度判定し（Ｓ３６）、上述の調整処理を繰り返す。制御帯域ＬＢＷが目標帯域ＬＢＷｘに到達したか否かという終了条件の判定は、Ｓ３２およびＳ３６で振動レベルがしきい値以下であると判定されてからＳ３０およびＳ３８で制御帯域ＬＢＷを所定量ΔＬＢＷ高めるまでの間にも行うことが望ましい。
【００８８】
また、終了条件は、後述のように第２乃至第ｎのノッチフィルタＭＮＦ２乃至ＭＮＦｎを順次投入可能である場合には、追加投入が可能であるノッチフィルタが存在しなくなったことを含んでもよい。この終了条件の判定はＳ４０またはＳ４２にて、第ｎ−１のノッチフィルタＭＮＦｎ−１の調整を終了させ第ｎのノッチフィルタの調整を開始する際に行うことが望ましい。このとき、第ｎのノッチフィルタＭＮＦｎの投入が可能でない場合は制御帯域ＬＢＷを直前に所定量ΔＬＢＷ高める前の状態に戻す。
【００８９】
また、終了条件は、ノッチ周波数ω１０または振動周波数成分ωｖが目標帯域ＬＢＷｘ内にあることを含んでもよい。目標とする制御帯域内にノッチフィルタを設定すべきではないからである。この場合の判定はＳ３４およびＳ４０の後で行うことが望ましい。Ｓ３４の後で終了条件（すなわち、ω１０＜ＬＢＷ）が成立したときは、制御帯域ＬＢＷを直前に所定量ΔＬＢＷ高める前の状態に戻し、ＭＮＦ１を無効とする。Ｓ４０の後で終了条件（すなわち、ωｖ＜ＬＢＷ）が成立したときは、制御帯域ＬＢＷを直前に所定量ΔＬＢＷ高める前の状態に戻す。
【００９０】
また、終了条件は、パラメタ調整処理（Ｓ４４）を所定の回数実行したときにもなお振動レベルがしきい値を超えていることを含んでもよい（Ｓ３７）。この場合の判定はＳ３６で振動レベルがしきい値を超えたと判定された後に行うことが望ましい。このとき、制御帯域ＬＢＷを直前に所定量ΔＬＢＷ高める前の状態に戻す。
【００９１】
一実施例においては、パラメタ調整部ＡＦは、有効状態のノッチフィルタの中心周波数を含んで設定される第１の帯域に振動周波数成分ωｖがある場合に、そのノッチフィルタの中心周波数を振動周波数成分ωｖに一致させるようにしてもよい。振動周波数成分ωｖが中心周波数の近傍にある場合には中心周波数の誤差とみなし、中心周波数を調整する。例えば、パラメタ調整部ＡＦは、第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０を含む所定帯域に振動周波数成分ωｖが含まれる場合に、中心周波数ω１０を振動周波数成分ωｖに一致させてもよい。この所定帯域は例えば第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０の近傍にあるか否かを判定するための範囲であり、例えば８５％乃至１１５％の範囲である。あるいは、好ましくは第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０の９５％乃至１１５％の範囲であってもよい。
【００９２】
パラメタ調整部ＡＦは、上述の第１の帯域を下回る第２の帯域に振動周波数成分ωｖがある場合に、ノッチフィルタのノッチ幅を調整してもよい。この場合、中心周波数は調整されずに同一の値に維持される。パラメタ調整部ＡＦは、上述の実施例と同様にして、ノッチ幅を狭くするようＱ値を所定量大きくしてもよい。第２の帯域は、上述の第１の帯域の下限値を上限値とし、ノッチフィルタのゲインが所定値となる値を下限値とする範囲であってもよい。このゲインの所定値は例えば−３ｄＢである。Ｑ値を大きくしてノッチ幅が狭くなるに従い、上述の第２の帯域も狭くなる。このようにして中心周波数ω１０の低帯域側に振動周波数成分ωｖがある場合にノッチ幅を狭くすることにより、ノッチフィルタが振動周波数成分ωｖに与える位相遅れを小さくすることができる。
【００９３】
パラメタ調整部ＡＦは、ノッチ幅の調整範囲の限界に達したときはノッチフィルタのノッチ深さを調整してもよい。ノッチ幅の調整範囲の限界に達していることを前提として、パラメタ調整部ＡＦは、振動周波数成分ωｖが第１の帯域以下にあり、かつノッチフィルタの中心周波数が目標制御帯域ＬＢＷｘに近い場合に、ノッチフィルタのノッチ深さを浅くするようにしてもよい。パラメタ調整部ＡＦは、ノッチフィルタの中心周波数が目標制御帯域ＬＢＷｘの例えば４倍以下である場合に、ノッチフィルタの中心周波数が目標制御帯域ＬＢＷｘに近いと判定してもよい。また、ノッチ幅の調整範囲の限界に達していることを前提として、パラメタ調整部ＡＦは、上述の第２の帯域に複数のノッチフィルタの中心周波数が含まれる場合に、それら複数のノッチフィルタの重なりを小さくするようノッチフィルタのノッチ深さを浅くするようにしてもよい。
【００９４】
パラメタ調整部ＡＦは、第２の帯域を下回る第３の帯域に振動周波数成分ωｖがある場合には、第１ノッチフィルタＭＮＦ１の調整を終了し、第２ノッチフィルタＭＮＦ２を第１ノッチフィルタＭＮＦ１と同様に調整するようにしてもよい。すなわち、振動周波数成分ωｖが抑制されるように第２ノッチフィルタＭＮＦ２が調整されてもよい。第２ノッチフィルタＭＮＦ２の調整によっても振動レベルがしきい値未満に抑制されない場合には、パラメタ調整部ＡＦは、第３乃至第ｎのノッチフィルタＭＮＦ３乃至ＭＮＦｎを順次投入しパラメタを調整するようにしてもよい。また、パラメタ調整部ＡＦは、第１の帯域を上回る第４の帯域に振動周波数成分ωｖがある場合にも、第２ノッチフィルタＭＮＦ２等を順次投入しパラメタを調整するようにしてもよい。
【００９５】
このようにして低帯域側から順に第３、第２、第１、第４の帯域に区分けされており、振動周波数成分ωｖがいずれの帯域に含まれるかによって、調整されるべきノッチフィルタのパラメタが選択される。振動周波数成分ωｖが中心周波数の近傍にある場合には中心周波数が調整され、その周波数成分が抑制される。振動周波数成分ωｖが中心周波数の低帯域側の所定範囲（第２の帯域）にある場合には、拡張された制御帯域に与える影響を抑えるように、ノッチ幅が優先的に調整され、ノッチ幅の調整範囲の限界に達したときはノッチ深さが調整される。振動周波数成分ωｖが中心周波数から離れている場合（第３及び第４の帯域）には他のノッチフィルタが調整される。こうして複数のノッチフィルタによって共振を抑制しつつ、制御帯域をユーザが指定する目標帯域まで高めることが可能となる。
【００９６】
図１３は、図１２に示すノッチフィルタの調整処理の一例を模式的に説明するための図である。ある閉ループ制御系のゲイン及び位相を図１３の上部及び下部に示す。周波数ωｒ１、ωｒ２にゲインピークが見られる。周波数ωｒ１よりも周波数ωｒ２のほうが大きなピークである。制御帯域ＬＢＷを段階的にＬＢＷ１、ＬＢＷ２、・・・と広げ、目標帯域ＬＢＷｘまで広げていく様子を模式的に示す。図においてＬＢＷ１、ＬＢＷ２、・・・、ＬＢＷｘと示す点線は、それぞれの制御帯域でのゲインがゼロとなる位置を示している。
【００９７】
図１３からわかるように、まず、制御帯域がＬＢＷ１とされたときには周波数ωｒ２においてゲインがゼロを超え、周波数ωｒ２が不安定となり振動が発生する。このとき第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０がωｒ２に一致するよう調整されることになる。第１ノッチフィルタＭＮＦ１の幅及び深さはそれぞれ初期値Ｑ＝１、Ｄ＝０をとる。第１ノッチフィルタＭＮＦ１が設定されたことにより、中心周波数ω１０よりも低い周波数では位相が遅れる。その結果、その低帯域に含まれる周波数ωｒ１の近傍で、不安定ではないものの振動が発生する。
【００９８】
周波数ωｒ１が第２の帯域に含まれていると仮定すると、第１ノッチフィルタＭＮＦ１のＱ値を大きくする調整がなされる。第１ノッチフィルタＭＮＦ１の幅は狭くなり、周波数ωｒ１における位相遅れは改善される。こうして周波数ωｒ１近傍の振動が抑制される。
【００９９】
振動が抑制されると制御帯域が更にＬＢＷ２へと広げられる。周波数ωｒ１においてゲインがゼロを超え、周波数ωｒ１が不安定となり振動が発生することになる。第１ノッチフィルタＭＮＦ１のＱ値が初期値から大きな値へと調整済みであることにより、周波数ωｒ１は中心周波数ω１０に対して上述の第３の帯域に含まれることになる。よって、第１ノッチフィルタＭＮＦ１の調整は終了され、第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０がωｒ１に一致するよう調整される。こうして第２ノッチフィルタＭＮＦ２により、周波数ωｒ１の振動が抑制される。
【０１００】
振動が抑制されると制御帯域が更にＬＢＷｘへ向けて広げられていく。このとき第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０よりも低い周波数では位相が遅れる。このときもとの位相特性で位相遅れが比較的大きい帯域Ａにおいて振動が生じ得る。振動周波数成分が第２の帯域に含まれる場合には、第２ノッチフィルタＭＮＦ２のＱ値を大きくする調整がなされる。Ｑ値を過度に大きくすると第２ノッチフィルタＭＮＦ２が極度に狭くなり、帯域Ｂでのゲイン抑制効果が不十分となる。よって、Ｑ値の調整範囲は、帯域Ｂでのゲイン抑制効果が保証されるように上限をもつことが好ましい。調整によりＱ値が上限に達した場合には、上述のように深さパラメタＤが調整されることになる。
【０１０１】
なお、図１３に示す例とは逆に、周波数ωｒ１よりも周波数ωｒ２のほうが小さなピークである場合にも、上述のパラメタ調整処理は同様に適用可能である。この場合には、まず周波数ωｒ１に第１ノッチフィルタＭＮＦ１が設定されることになる。周波数ωｒ２は第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０の高帯域側に存在している。このため、制御帯域を広げる過程において第１ノッチフィルタＭＮＦ１のサイドローブによって周波数ωｒ２近傍の振動はある程度抑制することが可能である。
【符号の説明】
【０１０２】
１０ 適応ノッチフィルタ、 １２ ノッチフィルタ部、 １４ 位相差フィルタ、 １６ 修正演算部、 ＡＦ パラメタ調整部、 ＥＶＬ ノッチフィルタ制御部、 ＭＮＦ１ 第１ノッチフィルタ、 ＭＮＦ２ 第２ノッチフィルタ、 ＰＦ プリフィルタ ＰＮＦ１ 第１プリノッチフィルタ、 ＰＮＦ２ 第２プリノッチフィルタ、 ＳＷ０ 調整対象切替スイッチ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルタ係数が調整可能である適応ノッチフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、複数のノッチフィルタごとに振動抽出フィルタ及びノッチ制御部が設けられているモータ制御装置が記載されている。ノッチ制御部は、振動抽出フィルタが抽出した振動成分信号の振幅が減少するようにノッチフィルタのノッチ周波数を制御する。振動抽出フィルタは、ノッチフィルタのそれぞれに対応づけて異なった周波数帯域が設定されている。複数のノッチフィルタ、振動抽出フィルタ、及びノッチ制御部は並行して動作する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２９６７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えば制御系の応答性を高めるために、より高い帯域まで制御帯域を広げることが望まれる場合がある。制御帯域を広げたときに生じる新たな振動周波数成分を効果的に抑制することが実用上求められる。
【０００５】
本発明の目的の一つは、制御帯域を広げたときに生じる振動周波数成分を抑制するよう自動的にノッチフィルタを調整することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様の適応ノッチフィルタは、共振が生じ得る制御対象への制御入力を生成するための信号に含まれる当該制御対象の固有振動数成分を抑制するためのノッチフィルタと、前記ノッチフィルタの中心周波数及びノッチ幅を含むパラメタを調整するためのパラメタ調整部と、を備える。前記パラメタ調整部は、前記制御対象の制御帯域を広げたときに生じた振動周波数成分と前記ノッチフィルタの中心周波数との関係に応じて、調整されるべき前記ノッチフィルタのパラメタを選択する。
【０００７】
この態様によれば、調整されるべきノッチフィルタのパラメタが、制御対象の制御帯域を広げたときに生じた振動周波数成分とノッチフィルタの中心周波数との関係に応じて選択される。これにより、拡張された制御帯域に与える影響を抑えつつ、効果的にノッチフィルタを調整することが可能となる。
【０００８】
本発明の別の態様はノッチフィルタのパラメタ調整方法である。この方法は、ノッチフィルタを適用する制御対象の制御帯域を広げたときに生じた振動周波数成分を推定し、該振動周波数成分と前記ノッチフィルタの中心周波数との関係に応じて、調整されるべき前記ノッチフィルタのパラメタを選択し、選択された前記ノッチフィルタのパラメタを、前記振動周波数成分を抑制するように調整することを含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、制御帯域を広げたときに生じる振動周波数成分を抑制するよう自動的にノッチフィルタを調整することができる。
【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３】本発明の一実施形態に係るパラメタ調整部の構成を示すブロック図である。
【図４】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５】本発明の一実施形態に係る中心周波数修正量の平均値を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るプリフィルタの構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る制御装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る中心周波数の調整処理を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の一実施形態に係るノッチフィルタの重なりを模式的に示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係るノッチフィルタの調整処理を説明するためのフローチャートである。
【図１１】本発明の一実施形態に係るノッチフィルタの重なりを模式的に示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係るノッチフィルタの調整処理を説明するためのフローチャートである。
【図１３】図１２に示すノッチフィルタの調整処理の一例を模式的に説明するための図である。
【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、ノッチフィルタ部１２、パラメタ調整部ＡＦ、プリフィルタＰＦ、及びノッチフィルタ制御部ＥＶＬを含んで構成されている。パラメタ調整部ＡＦは、ノッチフィルタ部１２のパラメタを調整するために設けられている。プリフィルタＰＦは、パラメタ調整部ＡＦに入力される入力信号を前処理するためのフィルタである。ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、パラメタ調整部ＡＦによりパラメタが調整されるべきノッチフィルタを選択するためのスイッチＳＷ０を切り替える。ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、パラメタ調整部ＡＦへの入力信号ｕに基づいてスイッチＳＷ０を切り替える。
【００１２】
ノッチフィルタ部１２は、直列に接続されている少なくとも２つのノッチフィルタを含む。図示の例では２つのノッチフィルタＭＮＦ１、ＭＮＦ２が直列に配置されている。第３乃至第ｎのノッチフィルタＭＮＦ３乃至ＭＮＦｎが直列にさらに追加されてもよい。ノッチフィルタは、例えば図２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、入力信号から中心周波数ω０及びその近傍の周波数成分を抑制して出力信号を出力する。複数のノッチフィルタの中心周波数はそれぞれ異なる値に設定されており、図示の例においても第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０と第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０とは異なる。
【００１３】
区分された個々の周波数帯域に１つずつノッチフィルタを対応づけるのではなく、各ノッチフィルタの中心周波数は共通の周波数帯域に設定されることが許容されている。これにより、複数の共振周波数に対応させて柔軟に各ノッチフィルタを調整することが可能となる。この共通の帯域は例えば、制御帯域を除く周波数帯域である。あるいは共通の帯域は所定の周波数よりも高帯域である。この所定の周波数は例えば制御帯域の上限以上の周波数である。なお、この共通の帯域は１つには限られない。複数の周波数帯域を設定し、それぞれの周波数帯域に複数のノッチフィルタの中心周波数が含まれることが許容されていてもよい。
【００１４】
ノッチフィルタ部１２への入力信号τ１は例えば、ノッチフィルタ部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。出力信号τ２は、当該制御対象からの出力の検出値として使用されてもよい。ノッチフィルタ部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。各ノッチフィルタのフィルタ係数は、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、各ノッチフィルタの中心周波数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。
【００１５】
各ノッチフィルタは、フィルタ機能を有効とする有効状態と無効とする無効状態とを切替可能に設けられている。第１ノッチフィルタＭＮＦ１には有効状態と無効状態とを切り替えるための第１ノッチフィルタ切替スイッチＳＷ１が付随して設けられており、第２ノッチフィルタＭＮＦ２にも同様に第２ノッチフィルタ切替スイッチＳＷ２が設けられている。第１ノッチフィルタ切替スイッチＳＷ１及び第２ノッチフィルタ切替スイッチＳＷ２はそれぞれ、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２の後段に設けられている。各ノッチフィルタは例えばノッチフィルタ制御部ＥＶＬにより有効状態と無効状態とが切り替えられる。
【００１６】
パラメタ調整部ＡＦは、ノッチフィルタ部１２の複数のノッチフィルタに共通に設けられており、選択された少なくとも１つのノッチフィルタのパラメタを調整する。パラメタ調整部ＡＦは少なくとも中心周波数を含むパラメタを調整する。図示の実施例ではパラメタ調整部ＡＦは、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２のうち選択されている一方の調整を実行する。調整されるべきノッチフィルタを選択するために、調整対象選択スイッチＳＷ０が適応ノッチフィルタ１０には設けられている。選択されたノッチフィルタのパラメタを調整するようにしているので、複数のノッチ周波数を並行して制御する場合に比べて計算量を少なくすることができる。なお、ノッチフィルタごとにパラメタ調整部ＡＦを設け、各パラメタ調整部ＡＦが対応するノッチフィルタの調整を並行して行うよう適応ノッチフィルタ１０が構成されていてもよい。
【００１７】
パラメタ調整部ＡＦは、ノッチフィルタ部１２のフィルタ係数を参照信号ｄに基づいて修正する。図示の例ではパラメタ調整部ＡＦは、参照信号ｄをプリフィルタＰＦで処理して得られた入力信号ｕに基づいてノッチフィルタ部１２のフィルタ係数を修正する。参照信号ｄは、ノッチフィルタ部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。パラメタ調整部ＡＦ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ｄとして用いてもよい。
【００１８】
図３は、本発明の一実施形態に係るパラメタ調整部ＡＦの構成を示すブロック図である。パラメタ調整部ＡＦは、位相差フィルタ１４と、修正演算部１６と、を含んで構成されている。位相差フィルタ１４は、プリフィルタＰＦ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１４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１４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。
【００１９】
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１４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１４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。
【００２０】
好ましい一実施例においては、位相差フィルタ１４は、上記の位相特性とともに、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。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４に示す。図４の周波数位相特性に示されるように、位相差フィルタ１４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。ピークフィルタがデジタルフィルタである場合には、ピークフィルタの伝達関数ＧＰは次式で表される。ここで、ｋは中心周波数ω０を決めるパラメータ、ｌｐはピークの減衰を決めるパラメータである。
【００２１】
【数１】
【００２２】
修正演算部１６は、調整対象選択スイッチＳＷ０により選択されているノッチフィルタのフィルタ係数を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に基づいて修正する。また、修正演算部１６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に基づいて位相差フィルタ１４のフィルタ係数を修正する。修正演算部１６は、ノッチフィルタ及び位相差フィルタ１４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１６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１６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。
【００２３】
【数２】
【００２４】
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。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し、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。μは、修正量Δωを調整するための修正ゲインである。
【００２５】
図５は、位相差フィルタ１４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５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。
【００２６】
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。
【００２７】
図６は、本発明の一実施形態に係るプリフィルタＰＦの構成を示すブロック図である。プリフィルタＰＦは、ノッチフィルタ部１２の複数のノッチフィルタの各々に対応して直列に配置されている複数の帯域阻止フィルタを含む。各帯域阻止フィルタは、対応するノッチフィルタの中心周波数を含む阻止帯域を持つ。最終段の帯域阻止フィルタの出力がパラメタ調整部ＡＦへの入力信号ｕとなる。
【００２８】
選択されたノッチフィルタの調整処理中においては、対応する帯域阻止フィルタが無効状態に設定される。選択されたノッチフィルタの調整処理が完了しそのノッチフィルタが有効状態であるときは、帯域阻止フィルタも有効状態に切り替えられる。例えばノッチフィルタ制御部ＥＶＬにより、各帯域阻止フィルタは有効状態と無効状態とが切り替えられる。パラメタ調整部ＡＦは、選択されたノッチフィルタの調整済みのパラメタに基づいて、対応する帯域阻止フィルタを調整する。
【００２９】
帯域阻止フィルタは本実施例ではノッチフィルタである。よって、プリフィルタＰＦは、直列に接続されている少なくとも２つのノッチフィルタを含む。図示の例では、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２に対応して第１プリノッチフィルタＰＮＦ１及び第２プリノッチフィルタＰＮＦ２が直列に配置されている。第３乃至第ｎのノッチフィルタＭＮＦ３乃至ＭＮＦｎが設けられている場合には、同様にして第３乃至第ｎのプリノッチフィルタＰＮＦ３乃至ＰＮＦｎがプリフィルタＰＦに追加される。
【００３０】
プリノッチフィルタＰＮＦ１、ＰＮＦ２の中心周波数はそれぞれ対応するノッチフィルタＭＮＦ１、ＭＮＦ２の中心周波数に等しい値に設定される。プリノッチフィルタＰＮＦ１、ＰＮＦ２の他のパラメタ（例えばノッチの幅や深さ）は、対応するノッチフィルタＭＮＦ１、ＭＮＦ２に等しい値に設定されてもよいし、異なる値に設定されてもよい。例えば、プリノッチフィルタＰＮＦ１、ＰＮＦ２の幅を表すパラメタであるＱ値は０．５乃至１とし、深さは−∞ｄＢに設定してもよい。一方、ノッチフィルタＭＮＦ１、ＭＮＦ２のＱ値は１、深さは−∞ｄＢに設定されてもよい。
【００３１】
各帯域阻止フィルタについてフィルタ機能を有効とする有効状態と無効とする無効状態とを切替可能である。第１プリノッチフィルタＰＮＦ１には有効状態と無効状態とを切り替えるための第１プリノッチフィルタ切替スイッチＳＷ１１が付随して設けられており、第２プリノッチフィルタＰＮＦ２にも同様に第２プリノッチフィルタ切替スイッチＳＷ１２が設けられている。第１プリノッチフィルタ切替スイッチＳＷ１１及び第２プリノッチフィルタ切替スイッチＳＷ１２はそれぞれ、第１プリノッチフィルタＰＮＦ１及び第２プリノッチフィルタＰＮＦ２の後段に設けられている。各プリノッチフィルタは例えばノッチフィルタ制御部ＥＶＬにより有効状態と無効状態とが切り替えられる。
【００３２】
また、プリフィルタＰＦは、ハイパスフィルタＨＰＦを含む。ハイパスフィルタＨＰＦは第１プリノッチフィルタＰＮＦ１の前段に設けられており、プリフィルタＰＦへの入力信号ｄを処理して第１プリノッチフィルタＰＮＦ１に与える。ハイパスフィルタＨＰＦは制御帯域を制限帯域とする。すなわちハイパスフィルタＨＰＦは制御帯域よりも高帯域を通過帯域とする。あるいはハイパスフィルタＨＰＦは制御帯域より所定量高い帯域を制限帯域とする。すなわちハイパスフィルタＨＰＦは制御帯域よりも所定量高い帯域を通過帯域とする。
【００３３】
ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、入力される信号ｕの振動レベルに応じてノッチフィルタ部１２のノッチフィルタを順に制御系に投入していく。すなわち、振動レベルが所定のしきい値よりも小さいと判定される場合には、すべてのノッチフィルタが無効状態に設定されている。信号ｕの振動が振動レベルしきい値を超えたときに第１ノッチフィルタＭＮＦ１が有効状態に切り替えられる。第１ノッチフィルタＭＮＦ１はパラメタ調整部ＡＦにより調整される。第１ノッチフィルタＭＮＦ１の調整完了後になお信号ｕの振動が振動レベルしきい値を超えている場合に第２ノッチフィルタＭＮＦ２が有効状態に切り替えられ、パラメタ調整部ＡＦにより調整される。同様にして、第２ノッチフィルタＭＮＦ２の調整完了後になお信号ｕの振動が振動レベルしきい値を超えている場合に第３ノッチフィルタＭＮＦ３が有効状態に切り替えられる。
【００３４】
一実施例においては、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、指令応答の残留振動を利用して振動レベルを判定してもよい。例えば、指令加速度がゼロとなってから所定時間を評価区間とし、その評価区間における評価対象信号の絶対値の積分値を振動レベルと定義してもよい。あるいは、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、入力信号ｕの２乗または絶対値にローパスフィルタＬＰＦをかけて得られる信号ｖに基づいて振動レベルを評価してもよい。このローパスフィルタＬＰＦは制御帯域を通過帯域とすることが好ましい。ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、その他公知の適切な手法で振動レベルを評価してもよい。例えば、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、特定の周波数成分の振幅が所定値を超えたか否かによって振動レベルを判定してもよい。
【００３５】
図７は、本発明の一実施形態に係る制御装置１００のシステム構成を示すブロック図である。制御装置１００は、上述の適応ノッチフィルタ１０を備えており、制御対象の共振を抑制するよう構成されている。アクチュエータ２０は負荷２２を駆動する。アクチュエータ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モータである。検出器２４はアクチュエータ２０の出力（例えば制御量ω）を測定する。例えばモータの検出速度ωが測定される。パラメタ調整部ＡＦは、検出器２４の検出信号ωを参照信号ｄとして使用し、ノッチフィルタの係数を修正する。
【００３６】
制御装置１００の指令生成部（図示せず）は、指令値ｒを決定する。制御部ＶＣは、指令値ｒに制御量ωを一致させるよう指令τ１を出力する。ノッチフィルタ部１２は、有効状態のノッチフィルタの中心周波数の周波数成分を指令信号τ１から除去して新たな指令信号τ２を出力する。中心周波数はアクチュエータ２０及び負荷２２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。固有振動数成分が複数ある場合には複数のノッチフィルタが有効状態とされ、各固有振動数成分が抑制される。アクチュエータ制御部ＴＣは指令信号τ２に基づきアクチュエータ２０を制御する。
【００３７】
図１及び図７に示す適応ノッチフィルタ１０においては、ノッチフィルタ部１２から選択され調整されたノッチフィルタの中心周波数が他のノッチフィルタの中心周波数を含む所定の帯域に調整された場合に、他のノッチフィルタの中心周波数が変更されてもよい。選択ノッチフィルタの中心周波数が他のノッチフィルタの中心周波数の近傍に調整された場合に、パラメタ調整部ＡＦは、他のノッチフィルタの中心周波数を選択ノッチフィルタの中心周波数に近づけるように調整する。好ましくは、パラメタ調整部ＡＦは、他のノッチフィルタの中心周波数を選択ノッチフィルタの中心周波数に一致させ、選択ノッチフィルタを無効状態に切り替える。このようにして１つのノッチフィルタの調整結果に基づいて、他のノッチフィルタのパラメタが変更される。
【００３８】
例えば、第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数が第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数の近傍に調整された場合に、第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数が変更される。第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数は、第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数に近づけるように修正される。好ましくは、第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数は第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数に一致させるように修正される。この場合、第２ノッチフィルタＭＮＦ２は無効状態に切り替えられる。なお、中心周波数の修正とともに、または中心周波数の修正に代えて、後述するように第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２の幅や深さを調整してもよい。
【００３９】
図８は、本発明の一実施形態に係る中心周波数の調整処理を説明するためのフローチャートである。図８に示す例は、第１ノッチフィルタＭＮＦ１が有効状態とされ中心周波数の調整が完了している状態を前提としている。なお、第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数は、制御帯域よりも高帯域において最大のゲインを有する共振周波数成分に合うように調整されている。
【００４０】
図８に示されるように、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、振動レベルがしきい値を超えているか否かを判定する（Ｓ１０）。振動レベルがしきい値に収まっていると判定された場合には（Ｓ１０のＮ）、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、この処理を終了し次回の処理まで待機する。振動レベルが低いということは、第１ノッチフィルタＭＮＦ１が適切に設定され、振動が有効に抑制されているということである。
【００４１】
振動レベルがしきい値を超えると判定された場合には（Ｓ１０のＹ）、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、第２ノッチフィルタＭＮＦ２を有効状態とするよう第２ノッチフィルタ切替スイッチＳＷ２を切り替え、調整対象選択スイッチＳＷ０を中立状態から第２ノッチフィルタＭＮＦ２に切り替える。また、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、第２プリノッチフィルタＰＮＦ２を無効状態とするよう第２プリノッチフィルタ切替スイッチＳＷ１２を切り替える。第２プリノッチフィルタＰＮＦ２を無効状態とすることにより、調整対象である第２ノッチフィルタＭＮＦ２で抑制されている周波数成分がパラメタ調整部ＡＦに入力されることになる。こうして第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０の調整が開始される（Ｓ１２）。なおこのとき第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第１プリノッチフィルタＰＮＦ１は継続して有効状態とされている。
【００４２】
このとき、第３乃至第ｎノッチフィルタＭＮＦ３乃至ＭＮＦｎと対応する第３乃至第ｎプリノッチフィルタＰＮＦ３乃至ＰＮＦｎがある場合には、ノッチフィルタ部１２で無効状態となっているノッチフィルタに対応するプリノッチフィルタもまた無効状態にする。第２プリノッチフィルタＰＮＦ２およびノッチフィルタ部１２で無効状態となっているノッチフィルタに対応するプリノッチフィルタを無効状態とすることにより、調整対象である第２ノッチフィルタＭＮＦ２で抑制されている周波数成分がパラメタ調整部ＡＦに入力されることになる。
【００４３】
第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０は、第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０の近傍（例えばω１０の０．５倍乃至２倍の範囲）になるべく含まれないように調整される。そのために第１プリノッチフィルタＰＮＦ１は参照信号ｄから第１ノッチフィルタＭＮＦ１で抑制している周波数成分を除去する。さらに例えば、第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０を設定するための初期値は第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０から離れた値（例えばω１０の２倍を超える値）に設定される。このようにして、第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０を第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０の近傍を避け、かつ制御帯域よりも高帯域において最大のゲインを有する共振周波数成分に合うように調整することが可能となる。上述の更新処理法においては例えばΔω０が十分小さい基準値以下となったときに中心周波数の調整が完了したものとみなされる。
【００４４】
パラメタ調整部ＡＦは、第２プリノッチフィルタＰＮＦ２の中心周波数を第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０に等しい値に設定する（Ｓ１４）。ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、第２プリノッチフィルタＰＮＦ２を有効状態とするよう第２プリノッチフィルタ切替スイッチＳＷ１２を切り替える。
【００４５】
なお、このとき、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、第２プリノッチフィルタＰＮＦ２を設定する前に、振動レベルを検定してもよい。すなわち、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、第２ノッチフィルタＭＮＦ２の調整前に比べて調整後の振動レベルが増大したか否かを判定し、振動レベルが増大した場合に第２ノッチフィルタＭＮＦ２を無効状態に戻すようにしてもよい。振動レベルが増大した場合にはノッチフィルタの設定に何らかの異常が想定されるからである。
【００４６】
ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０が第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０を含む所定帯域に含まれるか否かを判定する（Ｓ１６）。この所定帯域は例えば第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０の近傍にあるか否かを判定するための範囲であり、例えば８５％乃至１１５％の範囲である。あるいは、好ましくは第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０の９５％乃至１１５％の範囲であってもよい。所定帯域において中心周波数ω１０の低帯域側を高帯域側より狭くすることにより、ノッチフィルタによる位相遅れの影響を緩和することができる。
【００４７】
第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０が所定帯域に含まれない場合には（Ｓ１６のＮ）、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは処理を終了する。２つのノッチフィルタはともに有効状態とされる。第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０が第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０から十分に離れており、２つのノッチフィルタの各々が異なる共振周波数成分に適切に設定されたと考えられる。
【００４８】
一方、第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０が所定帯域に含まれる場合には（Ｓ１６のＹ）、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、第２ノッチフィルタＭＮＦ２を無効状態に切り替えるとともに、第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０を第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０に一致させるように修正する（Ｓ１８）。第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０が何らかの理由で本来抑制すべき周波数成分から若干乖離していたために、第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０が第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０の近傍に設定されたと考えられるからである。
【００４９】
ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、振動レベルがしきい値を超えているか否かを再度判定し（Ｓ１０）、振動レベルがしきい値に収まっている場合には（Ｓ１０のＮ）、第１ノッチフィルタＭＮＦ１のみが有効状態とされる。振動レベルがしきい値を超えると判定された場合には（Ｓ１０のＹ）、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、第２ノッチフィルタＭＮＦ２の調整を再度行うことになる。第２ノッチフィルタＭＮＦ２の調整を再度行う場合には第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０が第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０を含む所定帯域に含まれるか否かを判定する所定帯域を、最初の調整のときより狭くしてもよいし、第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０が第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０を含む所定帯域に含まれるか否かを判定する処理を省略してもよい。
【００５０】
図８に示す例は第１ノッチフィルタＭＮＦ１のみが有効状態とされている場合から開始しているが、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２が有効状態とされ中心周波数の調整が完了している状態においても同様である。この場合、振動レベルがしきい値を超えると判定された場合には（Ｓ１０のＹ）、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、第３ノッチフィルタＭＮＦ３の調整を開始することになる。
【００５１】
このようにして、本実施形態によれば、振動レベルに応じて順次ノッチフィルタが追加投入され、各ノッチフィルタはそれぞれ共振周波数を抑制する。複数のノッチフィルタが複数の共振を抑制するよう自動的に調整される。パラメタ調整部は選択されたノッチフィルタの中心周波数を調整するようにしているので、すべてのノッチフィルタの調整を並行して行う必要がなく、計算量を少なくすることができる。また、ノッチフィルタ部１２とプリフィルタＰＦとを対応する直列のフィルタ構成とし、パラメタの調整対象ノッチフィルタに対応するプリノッチフィルタを調整処理中に一時的に無効状態するようにしている。ノッチフィルタ部１２において無効となっているノッチフィルタに対応するプリフィルタも調整処理中に一時的に無効状態するようにしている。これにより、調整対象のノッチフィルタにより抑制されるべき周波数帯域を簡易な構成でパラメタ調整部ＡＦに入力することができる。
【００５２】
また、１つのノッチフィルタの調整結果に基づき別のノッチフィルタが調整される。少なくとも一時的にノッチフィルタが追加され、その追加フィルタのパラメタが調整される。各ノッチフィルタの中心周波数は共通の周波数帯域に設定されることが許容されている。追加フィルタの中心周波数が他のノッチフィルタから離れており、他のノッチフィルタにより抑制される共振周波数成分とは別個の共振周波数成分を抑制している場合には、その追加フィルタは継続して使用される。追加フィルタが別個の共振周波数成分を抑制しているとはみなすことができない場合には、既存のノッチフィルタが再調整され、追加フィルタは無効状態に戻される。このようにして、区分された個々の周波数帯域に１つずつノッチフィルタを対応づける場合に比べて、複数の共振周波数に対応させて柔軟に複数のノッチフィルタを調整することが可能となる。
【００５３】
さらに、本発明の一実施形態においては、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２の一方の中心周波数を調整したときに他方のノッチフィルタとの重なり具合に応じて、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２の少なくとも一方のノッチ幅またはノッチ深さが調整されてもよい。
【００５４】
パラメタ調整部ＡＦは、第１ノッチフィルタＭＮＦ１と第２ノッチフィルタＭＮＦ２との振幅特性及び位相特性の重なりを小さくするように第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２の少なくとも一方のノッチ幅を狭くしてもよい。あるいは、パラメタ調整部ＡＦは、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２の少なくとも一方のノッチ深さを浅くすることにより第１ノッチフィルタＭＮＦ１と第２ノッチフィルタＭＮＦ２との振幅特性及び位相特性の重なりを小さくしてもよい。パラメタ調整部ＡＦは、ノッチ幅を優先的に調整し、予め設定されているノッチ幅の調整範囲の限界に達したときにノッチ深さの調整を開始するようにしてもよい。
【００５５】
図９は、本発明の一実施形態に係るノッチフィルタの重なりを模式的に示す図である。図９には、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２の周波数振幅特性が示されている。一例として第２ノッチフィルタＭＮＦ２のほうが第１ノッチフィルタＭＮＦ１よりも低帯域側にある場合を示すが、逆に第１ノッチフィルタＭＮＦ１のほうが第２ノッチフィルタＭＮＦ２よりも低帯域側にある場合にも第１ノッチフィルタＭＮＦ１と第２ノッチフィルタＭＮＦ２とを読み替えれば以下の説明は同様に成り立つ。
【００５６】
第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２の幅及び深さの初期値はともに等しい値に設定されているので、図示されるように第１ノッチフィルタＭＮＦ１と第２ノッチフィルタＭＮＦ２とは同様の山形形状の振幅特性を持つ。ノッチ幅を表すパラメタとして例えば、ゲインがａｄＢより小さくなる帯域幅を用いることができる。この帯域幅は例えば半値幅ωｉ２−ωｉ１であり、この場合ａｄＢは約−３ｄＢである。ノッチ幅を表すパラメタとしてＱ値を用いてもよい。第１ノッチフィルタＭＮＦ１のＱ値は、Ｑ１＝ω１０／（ω１２−ω１１）であり、第２ノッチフィルタＭＮＦ２のＱ値は、Ｑ２＝ω２０／（ω２２−ω２１）である。Ｑ値が大きいほどノッチ幅は狭くなる。本実施例ではＱ値の初期値は１に設定されており、ノッチフィルタは比較的幅広である。
【００５７】
図９には、第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０よりも低帯域側（図において左側）で振幅ゲインが１／√２（約−３ｄＢ）となる周波数ω１１と、第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０よりも高帯域側（図において右側）で振幅ゲインが１／√２（約−３ｄＢ）となる周波数ω２２とが等しい場合を示している。この状態を２つのノッチフィルタの重なり具合の判定基準の１つとして用いることができる。つまり、ω１１がω２２よりも大きい場合には２つのノッチフィルタの重なり具合が小さいと判定し、ω１１がω２２よりも小さい場合には２つのノッチフィルタの重なり具合が大きいと判定してもよい。
【００５８】
また、ノッチフィルタの深さを表すパラメタとして例えば深さパラメタＤを用いてもよい。図示されるように、深さパラメタＤの対数の２０倍（２０ｌｏｇＤ）が中心周波数におけるゲイン値に相当する。深さパラメタＤが大きいほどノッチ深さは浅くなる。本実施例では深さパラメタＤの初期値は０に設定され、ノッチフィルタは深く設定されている。
【００５９】
図示されるように、周波数ω１１（＝ω２２）の近傍の帯域では第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２の両方によってゲインが抑制されることになる。しかし、抑制されるべき共振周波数成分は各ノッチフィルタの中心周波数ω１０、ω２０に実質的に一致しているはずであり、周波数ω１１（＝ω２２）からある程度離れている。周波数ω１１（＝ω２２）の近傍の帯域は必ずしも抑制される必要がない。第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２の重なりを小さくして２つのフィルタを分離することにより、不必要に広い帯域の信号を抑制するのを避けて共振周波数成分をピンポイントに抑制することが可能となる。
【００６０】
また、２つのノッチフィルタの重なりを小さくした結果として新たな振動周波数成分が顕在化された場合には、追加のノッチフィルタを設定してその振動成分を抑制することもできる。この振動成分が第３の共振周波数成分である場合には、第１または第２の共振周波数成分を抑制するための既存のノッチフィルタのいわばすそ野の部分で抑制するよりも、専用のノッチフィルタを新たに割り当てて抑制することが好ましい。
【００６１】
図１０は、本発明の一実施形態に係るノッチフィルタの調整処理を説明するためのフローチャートである。図１０に示される処理は、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２がともに有効状態とされているときに実行される。例えば、図８に示す実施例において第２ノッチフィルタＭＮＦ２が有効に設定されたときに（図８のＳ１６のＮ）、引き続いて実行されてもよい。
【００６２】
制御帯域として指定されている周波数における振幅ゲインがいずれかのノッチフィルタによって制限されている場合は、図１０の調整処理に先立って、制御帯域として指定されている周波数における振幅ゲインがノッチフィルタによって制限されないようにするための前処理を行ってもよい。例えば、最も中心周波数が低く設定されている第ｉノッチフィルタの中心周波数ωｉ０よりも低帯域側で振幅ゲインが１／√２となる周波数ωｉ１が制御帯域として指定されている周波数よりも小さい場合、ωｉ１が制御帯域として指定されている周波数と等しくなるように第ｉノッチフィルタのＱ値を調整する。
【００６３】
図１０に示される処理において、パラメタ調整部ＡＦは、第１ノッチフィルタＭＮＦ１と第２ノッチフィルタＭＮＦ２との重なり具合が予め設定された基準を超えるか否かを判定する（Ｓ２０）。本実施例では、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２のそれぞれの振幅特性の半値幅が重なり合う場合に重なり具合が大きいと判定し、半値幅が重なり合わない場合に重なり具合が小さいと判定する。
【００６４】
具体的には、図９に示すように第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０のほうが第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０よりも大きい場合には、図９を参照して説明した周波数ω１１と周波数ω２２との大小関係により２つのフィルタの重なり具合が判定される。つまり、周波数ω１１が周波数ω２２より小さい場合には２つのフィルタが重なっていると判定し、周波数ω１１が周波数ω２２以上である場合には重なっていないと判定する。逆に、第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０のほうが第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０よりも小さい場合には、周波数ω１２と周波数ω２１との大小関係により２つのフィルタの重なり具合が判定される。つまり、周波数ω１２が周波数ω２１より大きい場合には２つのフィルタが重なっていると判定し、周波数ω１２が周波数ω２１以下である場合には重なっていないと判定する。
【００６５】
第１ノッチフィルタＭＮＦ１と第２ノッチフィルタＭＮＦ２との重なり具合が基準以内であり重なりが小さいと判定される場合には（Ｓ２０のＮ）、パラメタ調整部ＡＦは、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２のノッチ幅またはノッチ深さの調整を行わない。この場合、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２のノッチ幅及びノッチ深さは初期値のままとされる。
【００６６】
なお、２つのフィルタの重なり具合が基準以内である場合にもノッチ幅またはノッチ深さの調整をするようにしてもよい。重なり具合を小さくするように、または大きくするように調整してもよい。この場合、後述するように、振動レベルを監視しながらノッチ幅またはノッチ深さの調整をしてもよい。調整により振動レベルが増加された場合には、暴露された振動周波数成分を抑制するために追加のノッチフィルタを有効状態に切り替えてもよい。
【００６７】
一方、重なり判定条件が満たされている場合、すなわち第１ノッチフィルタＭＮＦ１と第２ノッチフィルタＭＮＦ２との重なり具合が大きいと判定された場合には（Ｓ２０のＹ）、パラメタ調整部ＡＦは、振動レベルがしきい値を超えているか否かを判定する（Ｓ２２）。ノッチフィルタ制御部ＥＶＬにより振動レベルがしきい値を超えているか否かが判定されてもよい。制御対象への指令に対する応答の振動レベルがしきい値を超えているか否かを判定することが好ましい。この判定しきい値は既述の実施例における振動レベルしきい値と同様に、抑制されるべき振動が十分に小さいか否かを判定するためのしきい値であり、例えば経験的または実験的に適宜設定することができる。
【００６８】
振動レベルがしきい値以内であると判定された場合には（Ｓ２２のＮ）、パラメタ調整部ＡＦは、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２のノッチ幅を均等に調整する（Ｓ２４）。パラメタ調整部ＡＦは、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２のＱ値を共通の修正値へと初期値から大きくする。これにより、２つのノッチフィルタは同様に狭くなる。
【００６９】
パラメタ調整部ＡＦは、予め設定されている調整範囲の限界値に達するまで、または２つのノッチフィルタの重なり判定条件が満たされなくなるまで、ノッチ幅を調整する。ノッチ幅を表すパラメタとしてＱ値を用いている場合には、Ｑ値の調整範囲の上限値に達したときにＱ値の調整をその上限値で終了し、ノッチ深さの調整を開始してもよい。深さパラメタＤを第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２について共通に大きく調整することにより、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２のノッチ深さを均等に浅くしてもよい。パラメタ調整部ＡＦは、予め設定されている調整範囲の限界値に達するまで、または２つのノッチフィルタの重なり判定条件が満たされなくなるまでノッチ深さを調整してもよい。
【００７０】
こうして２つのノッチフィルタの重なりを小さくした結果、新たな振動周波数成分が顕在化され振動レベルが基準を超えた場合には、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２以外の無効状態のノッチフィルタを有効状態に切り替えて、その振動周波数成分の抑制に割り当ててもよい。ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２のみが有効状態である場合には、第３ノッチフィルタＭＮＦ３を無効状態から有効状態に切り替える。逆に、新たに有効状態に切り替えられるノッチフィルタが存在しない場合には、パラメタ調整部ＡＦは、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２のノッチ幅またはノッチ深さの調整を行わずに初期値のままとしてもよい。このようにすれば新たな振動周波数成分の暴露を避けられる。
【００７１】
振動レベルがしきい値を超えると判定された場合には（Ｓ２２のＹ）、パラメタ調整部ＡＦは、一方のノッチフィルタを他方のノッチフィルタよりも大きく調整する。本実施例においては、一方のノッチフィルタのノッチ幅またはノッチ深さを調整し他方のノッチフィルタのノッチ幅及びノッチ深さは初期値に保たれる（Ｓ２６）。
【００７２】
大きく調整されるほうのノッチフィルタは、推定される振動周波数成分ωｖに応じて選択される。振動周波数成分ωｖの推定には、パラメタ調整部ＡＦにおける上述の中心周波数更新処理を利用することができる。更新処理によって得られた中心周波数は、抑制されるべき振動周波数ωｖの推定値を表しているからである。
【００７３】
パラメタ調整部ＡＦは、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω１０、ω２０とは実質的に異なる振動周波数成分ωｖが基準を超えて存在する場合に、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２のうちより大きな位相遅れを当該振動周波数成分ωｖに与えるほうのノッチ幅を狭くする。このようにすれば、ノッチフィルタによる振動周波数成分ωｖへの位相遅れの影響を小さくすることができる。
【００７４】
ここで、振動周波数ωｖが第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０と第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０との間にある場合を想定する。そうすると、第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０のほうが第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０よりも大きい場合には、図２に示すノッチフィルタの位相特性からわかるように、第１ノッチフィルタＭＮＦ１が振動周波数ωｖにおける位相を遅らせ、第２ノッチフィルタＭＮＦ２が位相を進ませることになる。よって、パラメタ調整部ＡＦは、推定振動周波数ωｖが中心周波数ω２０以上の場合に第１ノッチフィルタＭＮＦ１のノッチ幅を狭く調整する。また、パラメタ調整部ＡＦは、推定振動周波数ωｖが中心周波数ω２０未満の場合には第２ノッチフィルタＭＮＦ２のノッチ幅を狭く調整する。
【００７５】
同様に、第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０のほうが第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０よりも小さい場合には、パラメタ調整部ＡＦは、推定振動周波数ωｖが中心周波数ω１０以上の場合に第２ノッチフィルタＭＮＦ２のノッチ幅を調整する。また、パラメタ調整部ＡＦは、推定振動周波数ωｖが中心周波数ω１０未満の場合には第１ノッチフィルタＭＮＦ１のノッチ幅を調整する。
【００７６】
この場合にも、パラメタ調整部ＡＦは、予め設定されている調整範囲の限界値に達するまで、または２つのノッチフィルタの重なり判定条件が満たされなくなるまで、一方のノッチフィルタのノッチ幅を調整する。ノッチ幅を表すパラメタとしてＱ値を用いている場合には、Ｑ値の調整範囲の上限値に達したときにＱ値の調整をその上限値で終了し、ノッチ深さの調整を開始してもよい。調整対象のノッチフィルタの深さパラメタＤのみを大きく調整し、そのノッチフィルタのノッチ深さを浅くしてもよい。あるいは、深さパラメタＤを第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２について共通に大きく調整することにより、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２のノッチ深さを均等に浅くしてもよい。パラメタ調整部ＡＦは、予め設定されている調整範囲の限界値に達するまで、または２つのノッチフィルタの重なり判定条件が満たされなくなるまでノッチ深さを調整してもよい。
【００７７】
こうして、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２の重なり具合が基準以内となるようノッチ幅またはノッチ深さが調整される。なお、同様にしてノッチフィルタの振幅特性と制御帯域との重なり具合を小さくするようにノッチフィルタのノッチ幅またはノッチ深さが調整されてもよい。例えば、第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０が第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０よりも小さい場合には、制御帯域の上限値よりも周波数ω２１が大きくなるようにＱ値またはパラメタＤを大きくしてもよい。
【００７８】
図１１は、本発明の一実施形態に係るノッチフィルタの重なりを模式的に示す図である。図１１には、第１ノッチフィルタＭＮＦ１及び第２ノッチフィルタＭＮＦ２の周波数振幅特性及び周波数位相特性が示されている。図９に示す一例と同様に、第２ノッチフィルタＭＮＦ２のほうが第１ノッチフィルタＭＮＦ１よりも低帯域側にある場合を示す。図１１においては、第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０と第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０との中間周波数ω０１２を表示している。
【００７９】
ノッチフィルタは振幅特性が決まれば位相特性が一意に決まる。よって、上述の実施例においては２つのノッチフィルタの振幅特性の重なり具合に着目しているが、本発明はこれに限られない。一実施例においては、位相特性に着目して２つのノッチフィルタの重なりを調整してもよい。このようにしても２つのノッチフィルタの重なりを小さくすることができる。
【００８０】
図示のように第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０が第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０よりも大きい場合には、パラメタ調整部ＡＦは、中間周波数ω０１２において第１ノッチフィルタＭＮＦ１による位相遅れと第２ノッチフィルタＭＮＦ２により位相進みとをそれぞれβｄｅｇ以下とするようにＱ値を調整してもよい。Ｑ値に代えて、またはＱ値とともに、上述の実施例と同様に深さパラメタＤを調整してもよい。逆に第１中心周波数ω１０が第２中心周波数ω２０よりも小さい場合には、パラメタ調整部ＡＦは、中間周波数ω０１２において第１ノッチフィルタＭＮＦ１による位相進みと第２ノッチフィルタＭＮＦ２により位相遅れとをそれぞれβｄｅｇ以下とするようにＱ値または深さパラメタＤを調整してもよい。中間周波数ω０１２は例えば、ｌｏｇω０１２＝（ｌｏｇω１０＋ｌｏｇω２０）／２を満たすように定めてもよい。位相遅れ（または位相進み）βは例えば３０度乃至４０度であってもよい。
【００８１】
さらに、本発明の一実施形態においては、パラメタ調整部ＡＦは、制御帯域が段階的にまたは連続的に広げられたときに振動レベルを基準以下に抑制するよういずれかのノッチフィルタを調整してもよい。一実施例においては、制御対象への制御入力を生成するための制御装置である指令生成部（図示せず）、制御部ＶＣ（図７参照）、またはアクチュエータ制御部ＴＣ（図７参照）は、例えばユーザの指定により段階的にまたは連続的に制御帯域を高帯域側に広げる。このときパラメタ調整部ＡＦは、振動レベルまたは振動周波数成分に基づいて少なくとも第１ノッチフィルタＭＮＦ１を調整する。
【００８２】
図１２は、本発明の一実施形態に係るノッチフィルタの調整処理を説明するためのフローチャートである。この処理は、制御帯域ＬＢＷを所望の高帯域の目標値ＬＢＷｘまで段階的に広げるときに実行される。この処理においては、振動レベルがしきい値に満たない限りは制御帯域ＬＢＷが目標帯域ＬＢＷｘに向けて段階的に広げられていく。振動レベルがしきい値に達した場合には、振動レベルを低下させるために、まず第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数が調整される。振動レベルがしきい値に達するまで制御帯域ＬＢＷがさらに広げられていく。振動レベルがしきい値に再度達した場合には、パラメタ調整部ＡＦは、振動周波数成分ωｖと第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０との関係に応じて第１ノッチフィルタＭＮＦ１の調整されるべきパラメタを選択し、そのパラメタを調整する。
【００８３】
図１２に示されるように、まず制御帯域ＬＢＷが所定量ΔＬＢＷだけ高帯域側に広げられる（Ｓ３０）。つまり、制御帯域ＬＢＷの上限値が所定量ΔＬＢＷだけ大きい値に変更される。ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、振動レベルがしきい値を超えているか否かを判定する（Ｓ３２）。制御対象への指令に対する応答の振動レベルがしきい値を超えているか否かを判定することが好ましい。この判定しきい値は既述の実施例における振動レベルしきい値と同様に、抑制されるべき振動が十分に小さいか否かを判定するためのしきい値であり、例えば経験的または実験的に適宜設定することができる。
【００８４】
振動レベルがしきい値以内であると判定された場合には（Ｓ３２のＮ）、制御帯域ＬＢＷが所定量ΔＬＢＷだけさらに高帯域側に広げられる（Ｓ３０）。こうして振動レベルがしきい値に達するまで制御帯域ＬＢＷが自動的に目標帯域ＬＢＷｘに向けて広げられていく。
【００８５】
振動レベルがしきい値を超えていると判定された場合には（Ｓ３２のＹ）、パラメタ調整部ＡＦは、第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０を調整する（Ｓ３４）。ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、振動レベルがしきい値を超えているか否かを中心周波数ω１０の調整後に再度判定する（Ｓ３６）。振動レベルがしきい値以内であると判定された場合には（Ｓ３６のＮ）、制御帯域ＬＢＷが所定量ΔＬＢＷだけさらに高帯域側に広げられる（Ｓ３８）。ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、振動レベルがしきい値を超えているか否かを再度判定する（Ｓ３６）。
【００８６】
振動レベルがしきい値を超えていると判定された場合には（Ｓ３６のＹ）、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、後述する終了条件の一例である調整回数判定をしたうえで（Ｓ３７）、振動周波数成分ωｖを推定する（Ｓ４０）。調整回数が設定値に達している場合には（Ｓ３７のＹ）、調整処理が終了される。パラメタ調整部ＡＦは、推定された振動周波数成分ωｖと第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０との関係に応じて第１ノッチフィルタＭＮＦ１の調整されるべきパラメタを選択し（Ｓ４２）、そのパラメタを調整する（Ｓ４４）。
【００８７】
上述の調整処理において、所定の終了条件が成立した場合には調整処理が終了される。そのために、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、調整処理の実行中に終了条件が成立したか否かを周期的に判定する。終了条件は、制御帯域ＬＢＷが目標帯域ＬＢＷｘに到達したことを含む（Ｓ４６）。制御帯域ＬＢＷが目標帯域ＬＢＷｘに到達していない場合には（Ｓ４６のＮ）、ノッチフィルタ制御部ＥＶＬは、振動レベルがしきい値を超えているか否かをパラメタ調整後に再度判定し（Ｓ３６）、上述の調整処理を繰り返す。制御帯域ＬＢＷが目標帯域ＬＢＷｘに到達したか否かという終了条件の判定は、Ｓ３２およびＳ３６で振動レベルがしきい値以下であると判定されてからＳ３０およびＳ３８で制御帯域ＬＢＷを所定量ΔＬＢＷ高めるまでの間にも行うことが望ましい。
【００８８】
また、終了条件は、後述のように第２乃至第ｎのノッチフィルタＭＮＦ２乃至ＭＮＦｎを順次投入可能である場合には、追加投入が可能であるノッチフィルタが存在しなくなったことを含んでもよい。この終了条件の判定はＳ４０またはＳ４２にて、第ｎ−１のノッチフィルタＭＮＦｎ−１の調整を終了させ第ｎのノッチフィルタの調整を開始する際に行うことが望ましい。このとき、第ｎのノッチフィルタＭＮＦｎの投入が可能でない場合は制御帯域ＬＢＷを直前に所定量ΔＬＢＷ高める前の状態に戻す。
【００８９】
また、終了条件は、ノッチ周波数ω１０または振動周波数成分ωｖが目標帯域ＬＢＷｘ内にあることを含んでもよい。目標とする制御帯域内にノッチフィルタを設定すべきではないからである。この場合の判定はＳ３４およびＳ４０の後で行うことが望ましい。Ｓ３４の後で終了条件（すなわち、ω１０＜ＬＢＷ）が成立したときは、制御帯域ＬＢＷを直前に所定量ΔＬＢＷ高める前の状態に戻し、ＭＮＦ１を無効とする。Ｓ４０の後で終了条件（すなわち、ωｖ＜ＬＢＷ）が成立したときは、制御帯域ＬＢＷを直前に所定量ΔＬＢＷ高める前の状態に戻す。
【００９０】
また、終了条件は、パラメタ調整処理（Ｓ４４）を所定の回数実行したときにもなお振動レベルがしきい値を超えていることを含んでもよい（Ｓ３７）。この場合の判定はＳ３６で振動レベルがしきい値を超えたと判定された後に行うことが望ましい。このとき、制御帯域ＬＢＷを直前に所定量ΔＬＢＷ高める前の状態に戻す。
【００９１】
一実施例においては、パラメタ調整部ＡＦは、有効状態のノッチフィルタの中心周波数を含んで設定される第１の帯域に振動周波数成分ωｖがある場合に、そのノッチフィルタの中心周波数を振動周波数成分ωｖに一致させるようにしてもよい。振動周波数成分ωｖが中心周波数の近傍にある場合には中心周波数の誤差とみなし、中心周波数を調整する。例えば、パラメタ調整部ＡＦは、第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０を含む所定帯域に振動周波数成分ωｖが含まれる場合に、中心周波数ω１０を振動周波数成分ωｖに一致させてもよい。この所定帯域は例えば第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０の近傍にあるか否かを判定するための範囲であり、例えば８５％乃至１１５％の範囲である。あるいは、好ましくは第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０の９５％乃至１１５％の範囲であってもよい。
【００９２】
パラメタ調整部ＡＦは、上述の第１の帯域を下回る第２の帯域に振動周波数成分ωｖがある場合に、ノッチフィルタのノッチ幅を調整してもよい。この場合、中心周波数は調整されずに同一の値に維持される。パラメタ調整部ＡＦは、上述の実施例と同様にして、ノッチ幅を狭くするようＱ値を所定量大きくしてもよい。第２の帯域は、上述の第１の帯域の下限値を上限値とし、ノッチフィルタのゲインが所定値となる値を下限値とする範囲であってもよい。このゲインの所定値は例えば−３ｄＢである。Ｑ値を大きくしてノッチ幅が狭くなるに従い、上述の第２の帯域も狭くなる。このようにして中心周波数ω１０の低帯域側に振動周波数成分ωｖがある場合にノッチ幅を狭くすることにより、ノッチフィルタが振動周波数成分ωｖに与える位相遅れを小さくすることができる。
【００９３】
パラメタ調整部ＡＦは、ノッチ幅の調整範囲の限界に達したときはノッチフィルタのノッチ深さを調整してもよい。ノッチ幅の調整範囲の限界に達していることを前提として、パラメタ調整部ＡＦは、振動周波数成分ωｖが第１の帯域以下にあり、かつノッチフィルタの中心周波数が目標制御帯域ＬＢＷｘに近い場合に、ノッチフィルタのノッチ深さを浅くするようにしてもよい。パラメタ調整部ＡＦは、ノッチフィルタの中心周波数が目標制御帯域ＬＢＷｘの例えば４倍以下である場合に、ノッチフィルタの中心周波数が目標制御帯域ＬＢＷｘに近いと判定してもよい。また、ノッチ幅の調整範囲の限界に達していることを前提として、パラメタ調整部ＡＦは、上述の第２の帯域に複数のノッチフィルタの中心周波数が含まれる場合に、それら複数のノッチフィルタの重なりを小さくするようノッチフィルタのノッチ深さを浅くするようにしてもよい。
【００９４】
パラメタ調整部ＡＦは、第２の帯域を下回る第３の帯域に振動周波数成分ωｖがある場合には、第１ノッチフィルタＭＮＦ１の調整を終了し、第２ノッチフィルタＭＮＦ２を第１ノッチフィルタＭＮＦ１と同様に調整するようにしてもよい。すなわち、振動周波数成分ωｖが抑制されるように第２ノッチフィルタＭＮＦ２が調整されてもよい。第２ノッチフィルタＭＮＦ２の調整によっても振動レベルがしきい値未満に抑制されない場合には、パラメタ調整部ＡＦは、第３乃至第ｎのノッチフィルタＭＮＦ３乃至ＭＮＦｎを順次投入しパラメタを調整するようにしてもよい。また、パラメタ調整部ＡＦは、第１の帯域を上回る第４の帯域に振動周波数成分ωｖがある場合にも、第２ノッチフィルタＭＮＦ２等を順次投入しパラメタを調整するようにしてもよい。
【００９５】
このようにして低帯域側から順に第３、第２、第１、第４の帯域に区分けされており、振動周波数成分ωｖがいずれの帯域に含まれるかによって、調整されるべきノッチフィルタのパラメタが選択される。振動周波数成分ωｖが中心周波数の近傍にある場合には中心周波数が調整され、その周波数成分が抑制される。振動周波数成分ωｖが中心周波数の低帯域側の所定範囲（第２の帯域）にある場合には、拡張された制御帯域に与える影響を抑えるように、ノッチ幅が優先的に調整され、ノッチ幅の調整範囲の限界に達したときはノッチ深さが調整される。振動周波数成分ωｖが中心周波数から離れている場合（第３及び第４の帯域）には他のノッチフィルタが調整される。こうして複数のノッチフィルタによって共振を抑制しつつ、制御帯域をユーザが指定する目標帯域まで高めることが可能となる。
【００９６】
図１３は、図１２に示すノッチフィルタの調整処理の一例を模式的に説明するための図である。ある閉ループ制御系のゲイン及び位相を図１３の上部及び下部に示す。周波数ωｒ１、ωｒ２にゲインピークが見られる。周波数ωｒ１よりも周波数ωｒ２のほうが大きなピークである。制御帯域ＬＢＷを段階的にＬＢＷ１、ＬＢＷ２、・・・と広げ、目標帯域ＬＢＷｘまで広げていく様子を模式的に示す。図においてＬＢＷ１、ＬＢＷ２、・・・、ＬＢＷｘと示す点線は、それぞれの制御帯域でのゲインがゼロとなる位置を示している。
【００９７】
図１３からわかるように、まず、制御帯域がＬＢＷ１とされたときには周波数ωｒ２においてゲインがゼロを超え、周波数ωｒ２が不安定となり振動が発生する。このとき第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０がωｒ２に一致するよう調整されることになる。第１ノッチフィルタＭＮＦ１の幅及び深さはそれぞれ初期値Ｑ＝１、Ｄ＝０をとる。第１ノッチフィルタＭＮＦ１が設定されたことにより、中心周波数ω１０よりも低い周波数では位相が遅れる。その結果、その低帯域に含まれる周波数ωｒ１の近傍で、不安定ではないものの振動が発生する。
【００９８】
周波数ωｒ１が第２の帯域に含まれていると仮定すると、第１ノッチフィルタＭＮＦ１のＱ値を大きくする調整がなされる。第１ノッチフィルタＭＮＦ１の幅は狭くなり、周波数ωｒ１における位相遅れは改善される。こうして周波数ωｒ１近傍の振動が抑制される。
【００９９】
振動が抑制されると制御帯域が更にＬＢＷ２へと広げられる。周波数ωｒ１においてゲインがゼロを超え、周波数ωｒ１が不安定となり振動が発生することになる。第１ノッチフィルタＭＮＦ１のＱ値が初期値から大きな値へと調整済みであることにより、周波数ωｒ１は中心周波数ω１０に対して上述の第３の帯域に含まれることになる。よって、第１ノッチフィルタＭＮＦ１の調整は終了され、第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０がωｒ１に一致するよう調整される。こうして第２ノッチフィルタＭＮＦ２により、周波数ωｒ１の振動が抑制される。
【０１００】
振動が抑制されると制御帯域が更にＬＢＷｘへ向けて広げられていく。このとき第２ノッチフィルタＭＮＦ２の中心周波数ω２０よりも低い周波数では位相が遅れる。このときもとの位相特性で位相遅れが比較的大きい帯域Ａにおいて振動が生じ得る。振動周波数成分が第２の帯域に含まれる場合には、第２ノッチフィルタＭＮＦ２のＱ値を大きくする調整がなされる。Ｑ値を過度に大きくすると第２ノッチフィルタＭＮＦ２が極度に狭くなり、帯域Ｂでのゲイン抑制効果が不十分となる。よって、Ｑ値の調整範囲は、帯域Ｂでのゲイン抑制効果が保証されるように上限をもつことが好ましい。調整によりＱ値が上限に達した場合には、上述のように深さパラメタＤが調整されることになる。
【０１０１】
なお、図１３に示す例とは逆に、周波数ωｒ１よりも周波数ωｒ２のほうが小さなピークである場合にも、上述のパラメタ調整処理は同様に適用可能である。この場合には、まず周波数ωｒ１に第１ノッチフィルタＭＮＦ１が設定されることになる。周波数ωｒ２は第１ノッチフィルタＭＮＦ１の中心周波数ω１０の高帯域側に存在している。このため、制御帯域を広げる過程において第１ノッチフィルタＭＮＦ１のサイドローブによって周波数ωｒ２近傍の振動はある程度抑制することが可能である。
【符号の説明】
【０１０２】
１０ 適応ノッチフィルタ、 １２ ノッチフィルタ部、 １４ 位相差フィルタ、 １６ 修正演算部、 ＡＦ パラメタ調整部、 ＥＶＬ ノッチフィルタ制御部、 ＭＮＦ１ 第１ノッチフィルタ、 ＭＮＦ２ 第２ノッチフィルタ、 ＰＦ プリフィルタ ＰＮＦ１ 第１プリノッチフィルタ、 ＰＮＦ２ 第２プリノッチフィルタ、 ＳＷ０ 調整対象切替スイッチ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振が生じ得る制御対象への制御入力を生成するための信号に含まれる当該制御対象の固有振動数成分を抑制するためのノッチフィルタと、
前記ノッチフィルタの中心周波数及びノッチ幅を含むパラメタを調整するためのパラメタ調整部と、を備え、
前記パラメタ調整部は、前記制御対象の制御帯域を広げたときに生じた振動周波数成分と前記ノッチフィルタの中心周波数との関係に応じて、調整されるべき前記ノッチフィルタのパラメタを選択することを特徴とする適応ノッチフィルタ。
【請求項２】
前記パラメタ調整部は、前記ノッチフィルタの中心周波数を含んで設定される第１の帯域を下回る第２の帯域に前記振動周波数成分がある場合に、前記ノッチフィルタのノッチ幅を調整することを特徴とする請求項１に記載の適応ノッチフィルタ。
【請求項３】
前記パラメタ調整部は、前記ノッチ幅の調整範囲の限界に達したときは当該ノッチフィルタのノッチ深さを調整することを特徴とする請求項２に記載の適応ノッチフィルタ。
【請求項４】
前記パラメタ調整部は、前記ノッチフィルタの中心周波数を含んで設定される第１の帯域に前記振動周波数成分がある場合に、前記ノッチフィルタの中心周波数を該振動周波数成分に一致させ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適応ノッチフィルタ。
【請求項５】
ノッチフィルタを適用する制御対象の制御帯域を広げたときに生じた振動周波数成分を推定し、
該振動周波数成分と前記ノッチフィルタの中心周波数との関係に応じて、調整されるべき前記ノッチフィルタのパラメタを選択し、
選択された前記ノッチフィルタのパラメタを、前記振動周波数成分を抑制するように調整することを含むことを特徴とするノッチフィルタのパラメタ調整方法。
【請求項１】
共振が生じ得る制御対象への制御入力を生成するための信号に含まれる当該制御対象の固有振動数成分を抑制するためのノッチフィルタと、
前記ノッチフィルタの中心周波数及びノッチ幅を含むパラメタを調整するためのパラメタ調整部と、を備え、
前記パラメタ調整部は、前記制御対象の制御帯域を広げたときに生じた振動周波数成分と前記ノッチフィルタの中心周波数との関係に応じて、調整されるべき前記ノッチフィルタのパラメタを選択することを特徴とする適応ノッチフィルタ。
【請求項２】
前記パラメタ調整部は、前記ノッチフィルタの中心周波数を含んで設定される第１の帯域を下回る第２の帯域に前記振動周波数成分がある場合に、前記ノッチフィルタのノッチ幅を調整することを特徴とする請求項１に記載の適応ノッチフィルタ。
【請求項３】
前記パラメタ調整部は、前記ノッチ幅の調整範囲の限界に達したときは当該ノッチフィルタのノッチ深さを調整することを特徴とする請求項２に記載の適応ノッチフィルタ。
【請求項４】
前記パラメタ調整部は、前記ノッチフィルタの中心周波数を含んで設定される第１の帯域に前記振動周波数成分がある場合に、前記ノッチフィルタの中心周波数を該振動周波数成分に一致させ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適応ノッチフィルタ。
【請求項５】
ノッチフィルタを適用する制御対象の制御帯域を広げたときに生じた振動周波数成分を推定し、
該振動周波数成分と前記ノッチフィルタの中心周波数との関係に応じて、調整されるべき前記ノッチフィルタのパラメタを選択し、
選択された前記ノッチフィルタのパラメタを、前記振動周波数成分を抑制するように調整することを含むことを特徴とするノッチフィルタのパラメタ調整方法。
【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１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１９３７０（Ｐ２０１２−１９３７０Ａ）
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５５３８２（Ｐ２０１０−１５５３８２）
【出願日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【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１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【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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