JPH02246510A - Control circuit with phase variation type tracking filter - Google Patents

Control circuit with phase variation type tracking filter

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JPH02246510A
JPH02246510A JP6618989A JP6618989A JPH02246510A JP H02246510 A JPH02246510 A JP H02246510A JP 6618989 A JP6618989 A JP 6618989A JP 6618989 A JP6618989 A JP 6618989A JP H02246510 A JPH02246510 A JP H02246510A
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tracking filter
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variation type
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高木 亨之
Osami Matsushita
松下 修巳
Hirotake Hirai
洋武 平井
Akira Hirai
明 平井
Naohiko Takahashi
直彦 高橋
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Abstract

PURPOSE:To enable phase compensation near a desired frequency without providing any new phase compensating circuit by providing the phase variation type tracking filter which has a phase command input. CONSTITUTION:A displacement signal (x) is inputted to a phase compensator 2. Whose arithmetic result is inputted to a power amplifier 5 to supply a control current to an actuator. When the displacement signal (x) is inputted to the phase variation type tracking filter 4, a signal having a phase advance phi among displacement vibration components is obtained in synchronism with alpha frequency (f). This signal is multiplied by proper magnification a and superposed upon the signal of the phase compensator 2 to vary the characteristics of a control system only in a frequency range matching the frequency command (f). Consequently, the circuit constitution is simplified and the gain of specific frequency and phase characteristics can be adjusted optionally.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、制御回路系のトラッキングフィルタに係り、
特に狭周波数域のゲインおよび位相特性を任意に設定す
るのに好適な位相可変形トラッキングフィルタに関する
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a tracking filter for a control circuit system,
In particular, the present invention relates to a variable phase tracking filter suitable for arbitrarily setting gain and phase characteristics in a narrow frequency range.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、信号から特定の周波数成分だけを抽出する方法と
してもつとも一般的なものにバンドパスフィルタがある
。しかし、本方式を制御回路に導入すると特定の周波数
成分は抽出可能であるが、その近傍の位相特性が乱れて
しまうので実際には適用しにくい、また、抽出する周波
数を外部信号に同期させる場合扱いにくい、これらの欠
点を除去した方法としては第4図に示したトラッキング
フィルタがある。トラッキングフィルタ1には信号入力
Xと周波数指令人力fがあり、出力は信号Xのうち周波
数fの成分xtが得られる。この原理を以下、数式を利
用して説明する。入力信号Xはフーリエ級数に展開する
と、式(1)となる。
Conventionally, one of the most common methods for extracting only specific frequency components from a signal is a bandpass filter. However, when this method is introduced into a control circuit, it is possible to extract a specific frequency component, but the phase characteristics in the vicinity are disturbed, making it difficult to apply in practice.Also, when the frequency to be extracted is synchronized with an external signal, A tracking filter shown in FIG. 4 is a method that eliminates these difficult-to-handle drawbacks. The tracking filter 1 has a signal input X and a frequency command input f, and outputs a component xt of the frequency f of the signal X. This principle will be explained below using mathematical formulas. When the input signal X is expanded into a Fourier series, it becomes Equation (1).

x= ao+ ax cos ωt+ ax cos 
2 ωt+−+b1sin (11t+bx sin 
 2ωt+−(1)ここで。
x= ao+ ax cos ωt+ ax cos
2 ωt+-+b1 sin (11t+bx sin
2ωt+-(1) where.

ω=2πj、t:時間g a p b :フーリエ係数
ω=2πj, t: time g a p b: Fourier coefficient.

式(1)に周波数指令f(角周波数ω)に一致した三角
関数で構成される式(2)の変換Toをほどこす。
A transformation To of equation (2), which is composed of a trigonometric function matching the frequency command f (angular frequency ω), is applied to equation (1).

Taxを計算すると。Calculating Tax.

となる0周波数fに対して十分小さい遮断周波数のロー
パスフィルタ(LPF)に通すとXcはとなる、同様に
信号Xgは となる、これらに逆変換 To =  [cosωt −sin ωtl    
   −(7)をほどこすと周波数fに一致した出力X
zだけ得・・・(3) となる、ここで三角関数の積の公式を適用するとこのト
ラッキングフィルタ回路を用いた従来の装置としては、
例えば特開昭52−93853号に挙げられているもの
がある。以下この公報で述べられている方法を第5図に
より説明する。
When passed through a low-pass filter (LPF) with a sufficiently small cutoff frequency for the 0 frequency f, Xc becomes .Similarly, the signal Xg becomes
- By applying (7), the output X that matches the frequency f
Only z is obtained... (3) If we apply the product formula of trigonometric functions here, as a conventional device using this tracking filter circuit,
For example, there is one listed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 52-93853. The method described in this publication will be explained below with reference to FIG.

トラッキングフィルタ1の最初の処理は・・・(9) による周波数変換である。そして第2の処理によってロ
ーパスフィルタにかけられ、XZ e ’/Zの信号が
得られる。最後に、逆変換Tt ・・・(10) をほどこすことにより出力Xi、’itが得られる。
The first process of the tracking filter 1 is frequency conversion according to (9). Then, in the second processing, the signal is applied to a low-pass filter, and a signal of XZ e '/Z is obtained. Finally, by applying the inverse transformation Tt (10), the output Xi,'it is obtained.

この出力信号xfi、 7iは入力信号Xt yの信号
のうち1周波数Jに同期した成分が抽出されたものにな
る。これらの信号をXeV各々の位相補償回路2の信号
に重畳させ、第2の位相補償回路3を調整することによ
り、希望する周波数のみフィードバックゲインを高めた
り、位相進み動作を持たせることができる。このような
制御回路を電磁軸受の制御装置に適用するとロータの振
動が低振幅化できる。
The output signals xfi, 7i are obtained by extracting a component synchronized with one frequency J from the input signal Xty. By superimposing these signals on the signals of each XeV phase compensation circuit 2 and adjusting the second phase compensation circuit 3, it is possible to increase the feedback gain only at a desired frequency or provide a phase lead operation. When such a control circuit is applied to a control device for an electromagnetic bearing, the amplitude of rotor vibration can be reduced.

従来の他の装置として特開昭6l−2622−2S号に
挙げれている第6図のものもある。トラッキングフィル
タ1は第5図と同一であるが、抽出したXz と7i 
を互にクロスするように元の位相補償回路2に加算する
。このようにすることによりロータ系では減衰作用が期
待できる。一方、ばね作用(比例動作)が必要な場合に
は対応できない欠点がある。
Another conventional device is the one shown in FIG. 6, which is listed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-2622-2S. Tracking filter 1 is the same as in Fig. 5, but the extracted Xz and 7i
are added to the original phase compensation circuit 2 so that they cross each other. By doing so, a damping effect can be expected in the rotor system. On the other hand, it has the disadvantage that it cannot be used when spring action (proportional action) is required.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上記従来技術の制御方式では、比例および微分回路から
なる位相補償回路が4個必要であり、回路が複雑になる
とともに、微調整が難かしい欠点がある。
The conventional control system described above requires four phase compensation circuits each consisting of a proportional circuit and a differential circuit, which makes the circuit complex and has the disadvantage that fine adjustment is difficult.

本発明の目的は、回路構成が単純でかつ、特定の周波数
のゲインおよび位相特性を任意に調整可能な位相可変形
トラッキングフィルタを提供することにある。
An object of the present invention is to provide a variable phase tracking filter that has a simple circuit configuration and can arbitrarily adjust the gain and phase characteristics of a specific frequency.

〔11題を解決するための手段〕 上記目的は、トラッキングフィルタの第3の処理である
変換を第1の変換の逆変換とせず、第3の変換を下式の
ように変更することにより達成される。即ち、第1の変
換Tx、第3の変換をT8とすると。
[Means for Solving Problem 11] The above purpose is achieved by changing the third transformation as shown in the following formula instead of making the transformation that is the third processing of the tracking filter an inverse transformation of the first transformation. be done. That is, let the first conversion Tx and the third conversion be T8.

となる変換を用いる。Use the transformation that becomes .

〔作用〕[Effect]

位相可変形トラッキングフィルタの第3の変換T8は であるから。 The third transformation T8 of the phase variable tracking filter is Because it is.

の場合は、 Tδ= [0011(ωt+φ) −sin (ωt+φ) ・・・(14)となる。In the case of, Tδ=[0011(ωt+φ) −sin (ωt+φ) (14).

の場合には。In Case of.

となる1式(14) 、 (16)の示すところは、L
PFの出力から特定の周波数に復元(変換)するとき、
位相進みφをもった三角関数で復元することを意味して
いる。
Equations (14) and (16) show that L
When restoring (converting) the output of PF to a specific frequency,
This means that it is restored using a trigonometric function with a phase advance φ.

この方式により、位相進みφを任意に設定することによ
り、比例ゲインと微分ゲインが簡単に調整できる。これ
らの信号を位相補償回路の信号に加算することにより、
特定の周波数だけゲインを高めたり位相進みを大きくし
たりできる。
With this method, the proportional gain and differential gain can be easily adjusted by arbitrarily setting the phase advance φ. By adding these signals to the signal of the phase compensation circuit,
It is possible to increase the gain or increase the phase lead only at specific frequencies.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。変位
信号Xは位相補償器2に入力され、その演算結果はパワ
アンプ5に入力され、制御電流をアクチュエータ(記載
せず)に流す、このような方法はサーボ制御方式の基本
構成である。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. The displacement signal X is input to the phase compensator 2, the calculation result is input to the power amplifier 5, and a control current is passed to an actuator (not shown). Such a method is the basic configuration of a servo control system.

さて、この検出した変位信号Xを位相可変形トラッキン
グフィルタ4に入力すると、変位振動成分の内1周波数
fに同期し、さらに位相進みφなる信号が得られる。こ
の信号に適当な倍率αを掛け、位相補償器2の信号に重
畳させる。このようにすることにより1周波数指令fに
一致した周波数域だけ制御系の特性を変化させることに
なる。
Now, when this detected displacement signal X is input to the variable phase tracking filter 4, a signal is obtained which is synchronized with one frequency f of the displacement vibration components and further has a phase lead φ. This signal is multiplied by an appropriate magnification α and superimposed on the signal of the phase compensator 2. By doing this, the characteristics of the control system are changed only in the frequency range that matches one frequency command f.

位相可変形トラッキングフィルタ4の変換をとすると、
トラッキングフィルタの出力信号Xxは1次のようにな
る。
Assuming the transformation of the phase variable tracking filter 4,
The output signal Xx of the tracking filter becomes first-order.

xn=  a (a  1  cow(ωt + φ)
 十 b 1 5in(ωt + φ))・・・(18
) となる、変位信号の周波数同期成分が Xz(1”aI  Cog  ωt+bz  sin 
 ωt    =(19)であることに注意するとXf
は位相進みが原信号に比べてφでゲインが0倍されてい
ることを示している。したがって、第5図で説明した第
2の位相補償器3が不要となるとともに位相指令φを変
えることにより任意の位相進みに設定することができる
xn= a (a 1 cow(ωt + φ)
10 b 1 5in(ωt + φ))...(18
), the frequency synchronized component of the displacement signal is Xz(1”aI Cog ωt+bz sin
Noting that ωt = (19), Xf
indicates that the phase lead is φ and the gain is 0 times greater than that of the original signal. Therefore, the second phase compensator 3 explained in FIG. 5 becomes unnecessary, and an arbitrary phase lead can be set by changing the phase command φ.

第2図は位相可変形トラッキングフィルタの構成を示し
た一実施例である0周波数指令fはPLL回路6に入力
され、もう一つの入力f′の位相差に応じてPLL回路
内にあるvCOにより出力Nf′を出す1次にデイバイ
ト数Nのカウンタ7に入力され、1/NされPLL回路
に再入力される。PLL回路はf′がfに一致するよう
に動作し安定する。カウンタ7は同時0〜Nの信号(番
地)を出力していて正弦波を記入されたROM8a、8
bから刻々、信号が発生する。これらの信号と入力信号
Xを掛算器9a、9bで演算する。
FIG. 2 shows an example of the configuration of a variable phase tracking filter. The 0 frequency command f is input to the PLL circuit 6, and according to the phase difference of another input f', vCO in the PLL circuit is used. The signal is input to the primary day byte number N counter 7 which outputs an output Nf', and is 1/Ned and re-input to the PLL circuit. The PLL circuit operates so that f' matches f and is stable. The counter 7 is simultaneously outputting signals (addresses) from 0 to N, and the ROMs 8a and 8 are filled with sine waves.
A signal is generated from b every moment. These signals and input signal X are calculated by multipliers 9a and 9b.

演算結果はローパスフィルタ10a、1゛0bk−より
周波数指令fに一致した成分が直流出力となり得られる
As a result of the calculation, a component matching the frequency command f from the low-pass filters 10a and 10bk- can be the DC output.

他方1位相進み指令φに応じ、カウンタ7で出力される
信号(番地)をアドレスシフター11で番地をずらす、
ROMに記憶している正弦波が1周期とすると、シフト
量は φ となる、このシフトされた番地に対応してROM8c、
8dから位相が8a、8bに対してφだけ進んだ信号が
出力される。この信号とフィルタの出力とを掛算器9c
、9dで演算してその結果を加算することにより目的が
達成される。
On the other hand, in response to the one-phase advance command φ, the address shifter 11 shifts the address of the signal (address) output by the counter 7;
If the sine wave stored in the ROM has one period, the shift amount is φ.The ROM8c, corresponding to this shifted address,
From 8d, a signal whose phase is advanced by φ with respect to 8a and 8b is output. This signal and the output of the filter are multiplied by a multiplier 9c.
, 9d and add the results to achieve the objective.

他の実施例として第6図のトラッキングフィルタの代り
に位相可変形トラッキングフィルタ4を使用したもので
ある。このように構成すると、クロス入力Xg、7xは
任意の位相角に設定できるので一段と効果が高くなる3
本図ではトラッキングフィルタの出力Xztyfをクロ
スして接続したが、第5図のように直接結合しても1位
相相、令φを適当に調整することにより目的を達成でき
る。
In another embodiment, a variable phase tracking filter 4 is used in place of the tracking filter shown in FIG. With this configuration, the cross inputs Xg and 7x can be set to any phase angle, making the effect even higher3.
In this figure, the outputs Xztyf of the tracking filters are connected in a crossed manner, but even if they are directly coupled as shown in FIG. 5, the purpose can be achieved by appropriately adjusting one phase and the order φ.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、新たな位相補償回路を設けることなく
、希望する周波数の近傍の位相補償が可能であり、制御
系のトラッキングフィルタとして大きな効果が期待でき
る。また1位相進みをl(OMの番地をシフトすること
により簡単に実現できるので回路の複雑化が避けられる
According to the present invention, it is possible to perform phase compensation in the vicinity of a desired frequency without providing a new phase compensation circuit, and a great effect can be expected as a tracking filter for a control system. Further, since one phase advance can be easily realized by shifting the address of l(OM), complication of the circuit can be avoided.

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

第1図は本発明の一実施例のブロックI!図、第2図は
第1図の位相可変トラッキングフィルタの構成を示すブ
ロック線図、第3図は2信号人力系の他の実施例を示す
ブロック線図、第4図は従来のトラッキングフィルタの
機能を示すブロック線図、第5図は従来のトラッキング
フィルタを制御系のフィルタとして使用した公知例、第
6図は従来のトラッキングフィルタを制御系のフィルタ
として使用した他の従来例である。 1・・・トラッキングフィルタ、2・・・第1の位相補
償回路、3・・・第2の位相補償回路、4・・・位相可
変形トラッキングフィルタ、5・・・パワアンプ、6・
・・PLL回路、7・・・カウンタ、8・・・ROM、
9・・・掛算器、10・・・ローパスフィルタ。 第1図 草 2 の 第 ≠ 図
FIG. 1 shows block I! of an embodiment of the present invention. 2 is a block diagram showing the configuration of the variable phase tracking filter shown in FIG. 1, FIG. 3 is a block diagram showing another embodiment of the two-signal human-powered system, and FIG. A block diagram showing functions, FIG. 5 is a known example in which a conventional tracking filter is used as a control system filter, and FIG. 6 is another conventional example in which a conventional tracking filter is used as a control system filter. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Tracking filter, 2... First phase compensation circuit, 3... Second phase compensation circuit, 4... Phase variable tracking filter, 5... Power amplifier, 6...
... PLL circuit, 7... Counter, 8... ROM,
9...Multiplier, 10...Low pass filter. Figure 1 Grass 2 ≠ Figure

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、位相補償回路と周波数指令に同期した信号を出力す
るトラッキングフィルタより成る制御装置で位相補償回
路の出力にトラッキングフィルタの出力を重畳させてい
る制御系において、位相指令入力を有する位相可変形ト
ラッキングフィルタを設けたことを特徴とする制御回路
。 2、特許請求範囲第1項おいて、二つ以上の信号を同時
位相可変するトラッキングフィルタを設けたことを特徴
とする制御回路。 3、位相可変形トラッキングフィルタで、第1の変換と
ローパスフィルタ後の第3の変換に用いる正弦波の位相
角をずらしたことを特徴とするトラッキングフィルタ。 4、特許請求範囲の第3項において、第3の変換用の正
弦波を記入されたROMのアドレス指定を第1の変換用
のROMのアドレスをシフトすることにより位相差を有
する正弦波を発生させることを特徴とする位相可変形ト
ラッキングフィルタ。
[Claims] 1. In a control system comprising a phase compensation circuit and a tracking filter that outputs a signal synchronized with a frequency command, in which the output of the tracking filter is superimposed on the output of the phase compensation circuit, a phase command input 1. A control circuit comprising a variable phase tracking filter having a variable phase tracking filter. 2. A control circuit according to claim 1, characterized in that it is provided with a tracking filter that simultaneously varies the phase of two or more signals. 3. A variable phase tracking filter, characterized in that the phase angles of the sine waves used for the first conversion and the third conversion after the low-pass filter are shifted. 4. In claim 3, a sine wave having a phase difference is generated by shifting the address of the ROM in which the third conversion sine wave is written to the address of the first conversion ROM. A variable phase tracking filter characterized by:
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