JPH0353814B2 - - Google Patents

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JPH0353814B2
JPH0353814B2 JP60086865A JP8686585A JPH0353814B2 JP H0353814 B2 JPH0353814 B2 JP H0353814B2 JP 60086865 A JP60086865 A JP 60086865A JP 8686585 A JP8686585 A JP 8686585A JP H0353814 B2 JPH0353814 B2 JP H0353814B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【発明の属する技術分野】
この発明は、アナログ信号の入力回路に設けら
れているフイルタにより遅延された波形をアナロ
グ・デジタル変換したのちに補償するようにした
フイルタ回路のデジタル演算補正方式に関する。
【従来技術とその問題点】
一般にアナログ入力信号を量子化する場合に、
この入力信号に含まれる高調波の影響を除去する
ため、中心周波数がサンプリング周波数の半分以
下となるようにしている低域通過フイルタを設置
することが望ましいといわれている。また商用周
波数などの交流信号の実効値を検出するにあたつ
ては、2乗演算回路あるいは全波清流回路とこれ
の平滑化回路との組合わせなどが用いられるが、
その波形のリツプル分を除去するために、この場
合にも低域通過フイルタが使用される。 第6図はデジタル演算装置のアナログ入力部の
従来例を示すブロツク図であつて、アナログ信号
が入力端子1から入力し、それぞれの端子ごとに
設けられているアナログフイルタ2によりノイズ
や高周波などの高周波成分が除去されたのちにマ
ルチプレクサ7とサンプルホールド回路8を経て
アナログ・デジタル変換器4によりデジタル量に
変換され、さらにデジタル演算装置10に入力さ
れるようになつている。 このアナログフイルタ2に前述の低域通過フイ
ルタを使用してその中心周波数を低く設定するの
であるがアナログフイルタ2の時定数が大である
ため、高周波など不要な高周波数成分が除去され
るのと同時に本来検出したい基本波成分の過渡応
答に時間遅れを生ずることになるので、このよう
なアナログフイルタ2を通過して入力されるアナ
ログ信号を使用すればシステムのレスポンスを損
なうなどの不都合を生ずる。それ故、従来はこの
低域通過フイルタの中心周波数を定めるにあたつ
て、除去したい周波数帯域とそのときのフイルタ
時定数により定まるシステムの応答時間との兼ね
あいを考慮するのであるが、このアナログフイル
タのみでは基本波成分に対して高速なレスポンス
を有することと高周波の除去という相反する2つ
の条件を同時に満足させることはできない。 一方デジタル計測・制御分野では、アナログフ
イルタの代わりに量子化データを用いるデジタル
フイルタも実現しているが、中心周波数とレスポ
ンスとの兼ねあいに関してはアナログフイルタと
同様の問題点を有する。また交流実効値を検出す
る場合にアナログ回路を使用せずに、交流波形の
サンプルデータからデジタル演算により算出する
こともできるが、これには高速なサンプリングと
演算を必要とするので、他の制御演算との両立が
困難となる。とくに交流電圧波形の実効値あるい
は平均値などの検出を全波整流回路あるいは実効
値演算回路とフイルタとで行い、その量子化デー
タを用いてPID制御を行うようなシステムでは、
アナログフイルタの時定数が当該システムの過渡
特性に大きな影響を与える。これは数流波形のリ
ツプル分を除去するためにフイルタ時定数を大に
する必要があるからである。 上述のように従来技術では、デジタルシステム
に入力されるアナログ信号にアナログフイルタを
設けて高い周波数成分を除去しようとすると、こ
のフイルタ機能と同時にシステムのレスポンスを
遅らせてしまい、これを解決する有効な手段がな
いという問題点を有している。
【発明の目的】
この目的は、高周波成分の除去というアナログ
フイルタ本来の機能を生かしつつデジタル計測・
制御装置のレスポンスや過渡特性を良好にするこ
とができるフイルタ回路のデジタル演算補正方式
を提供することを目的とする。
【発明の要点】
この発明は、アナログ信号入回路に設けられて
いるアナログフイルタに内包されている遅延要素
に対し、このアナログ信号を量子化して得られる
サンプルデータを用いて上記の遅延要素を補償し
ようとするものであつて、このアナログフイルタ
の伝達関数を求め、量子化されたサンプルデータ
にこの伝達関数の逆関数にもとづくデジタル演算
を行わせることにより、このアナログフイルタに
よる時間遅れを補償しようとするものである。
【発明の実施例】
第1図は本発明の原理を示すブロツク図であ
り、この第1図にもとずき、まず本発明の原理を
以下に説明する。 第1図において入力端子1に入力されるアナロ
グ信号はアナログフイルタ2を経てフイルタ出力
端子3にあらわれる。このフイルタ出力信号はア
ナログ・デジタル変換器4によりデジタル量に変
換され、これを補正演算回路5において補正演算
処理を施したのち補正出力端子6から取り出そう
とするのである。この第1図に示す構成における
信号および変換をラプラス関数とこれを用いた伝
達関数であらわすと下記のごとくなる。 Vi(s)…入力端子1へのアナログ入力信号 Va(s)…フイルタ出力端子3にあらわれるアナ
ログフイルタ出力信号 Vp(s)…補正出力端子6にあらわれる補正出力
信号 F(s)…アナログフイルタ2の伝達関数 D(s)…補正演算回路5の伝達関数 上記の表示を用いて下記の関係式が得られる。 Va(s)=F(s)・Vi(s) ……(1) Vp(s)=D(s)・Vas =D(s)・〔F(s)・Vi(s)〕 ……(2) アナログ・デジタル変換器4から出力されてデ
ジタル演算装置に入力されるデータは、真の入力
信号Vi(s)の代わりにアナログフイルタ出力信
号Va(s)を観測しているので、通常はこのVa
(s)を用いてデジタル演算をするのであるが、
このVa(s)には(1)式に示すようにアナログフイ
ルタの伝達関数F(s)が含まれていて不都合で
あることは既に記述のとおりである。そこでこの
デジタル演算装置に入力される信号Va(s)を補
正すべく補正演算回路5を設けてその伝達関数D
(s)なる演算を施すことにより(2)式により示さ
れる補正出力信号Vp(s)を得る。ここでD(s)
なる伝達関数は下記の(3)式に示す関係となるよう
に選択するならば(2)式と(3) D(s)・F(s)=1 ……(3) 式とから下記の(4)式を得る。 Vp(s)=Vi(s) ……(4) すなわち理論上アナログフイルタ2を取り除い
たことになる。 本発明においては補正演算回路5の伝達関数D
(s)を適切に選定することによりアナログ入力
信号Vi(s)の基本波成分を再現するようにして、
アナログフイルタ2の遅延要素を補償する。 上述の内容を時間領域での過渡応答で考える
と、ラプラス積分によりアナログフイルタ出力fa
(t)は(1)式から下記の(5)式となるが、過渡応答
のさい fa(t)=1/2πj∫〓+∞-∞F(s)・Vi(s)・
e-stdt……(5) にアナログフイルタ2の伝達関数F(s)がフイ
ルタ出力を歪ませていることがこの(5)式からわか
る。これに対して(3)式の関係にある伝達関数D
(s)をフイルタ出力に施すことにより補正出力
fp(t)として(2)式から下記の(6)式が得られる。 fp(t)=1/2πj∫〓+∞-∞D(s)・F
(s)・Vi(s)・e-stdt=1/2πj∫〓+∞-∞Vi
s)・e-stdt=fi(t)……(6) この(6)式からあきらかなように補正出力fp(t)
は過渡応答においても入力fi(t)と等しい。す
なわちアナログフイルタ2の遅延要素をなくすこ
とができる。 アナログフイルタ2の伝達関数F(s)は事前
に知ることができるから補正演算回路5の伝達関
数(以下では補正関数と省略する)D(s)も明
確にすることができる。ただしこの補正関数D
(s)により補正値fi(t)が理論式どうりにフイ
ルタ入力値fi(t)に完全に一致して再生される
ならば、アナログフイルタ2の設置目的であると
ころの除去すべき高調波やリツプル分までも強調
することになるので、この補正関数D(s)はそ
の効果を十分に検討しつつ選定しなければならな
い。 次に補正関数D(s)をデジタル演算で実現す
る方法を以下に説明する。一般にアナログフイル
タ2の伝達関数F(s)は下記(7)式に示すように
sの有理関数で表現でき、sの次数が高いほど鋭
い遮 F(s)=bp・sm+b1・sm-1+b2
sm-2+…+bn/sn+a1・sn-1+a2・sn-1+…+ao……(7
) 断特性が得られる。ここで(7)式におけるa1、a2
aoとb0,b1,b2…bnとは定数であり、sはs=
j・2π・f=jωである。 補正関数D(s)もsの有理関数であつて下記
の(8)式であらわすことができる。 D(s)=A0・Sn+A1・Sn-1+A2・Sn-2
+…+Ao/Sm+B1・Sm-1+B2・Sm-2…+Bn……(8) ここでA0,A1,A2…AoとB1,B2…Bnとは定
数である。この(7)式と(8)式を用いるとき、補正関
数D(s)が高次であると前述(2)式の操作は困難
とはなるが、その操作について若干の例を記載す
る。 (イ) 定数B1,B2…Bnが零の場合:この場合(8)式
は下記の(9)式に書き改めることができる。この
(9)式と(2)式から(10)式が得られる。 D(s)=A0・Sn-m+A1・Sn-m-1+A2 ・Sn-m-2+…+Ao・S-m ……(9) Vp(s)=D(s)・〔F(s)・Vi(s)〕=A0・Sn-m・Fa(s)
+A1・Sn-m-1・Fa(s)+…+Ao・S-m・Fa(s)……(
10) 一般にSi・Fa(s)あるいはS-i・Fa(s)と
いう形は関数fa(t)の微分または積分を意味
しているから、この(10)式はフイルタ出力fa(t)
に微分・積分を行つたものの和であることを意
味しているが、これは下記の(11)〜(13)式
に示すラプラス変換にもとづいている。 S-n・F(s)→∫〓01∫〓1 02 …∫〓n-1 0f(τo)・dτo ……(11) Sn・F(s)+o-1k=0 Sn-k-1・f(k) (0+)→dn/dtnf(t) ……(12) Sn・F(s)→dn/dtnf(t)−o-1 〓 〓k=0 f(k)(0+)・1/(n−k−1)!・t(n-k-2)……
(13) それ故補正関数D(s)が(9)式の多項式で表
現できる場合には(10)〜(13)式に従つてフイル
タ出力fa(t)に微積分演算を施すことにより
補正が実現できる。 (ロ) 補正関数D(s)が部分分数に分解できる場
合:この場合(8)式は下記の(14)式で表現でき
る。 D(s)=H1(s)/S−α1+H2(s)/S−α2+…
+Hn(s)/S−αn ……(14) ここでα1,α2…αnは定数でありH1(s),H2
(s),…Hn(s)はSの多項式である。この
(14)式と(2)式とから下記の(15)式を得る。 Vp(s)=D(s)・〔F(s)・Vi(s)〕
n 〓 〓i=1 Hi(s)/S−αi〔F(s)・Vi(s)〕……(15
) この(15)式におけるAi(s)・〔F(s)・Vi
(s)〕はAi(s)がsの多項式であることから、
フイルタ出力fi(s)に微積分を施せば求められ
るものであるのを前述の(イ)の例で示している。そ
こで下記の(16),(17)式を用いて(18)式を得
る。 Ai(s)・〔F(s)・Vi(s)〕逆ラプラス変換 ――――――――→ fb(t)
……(16) F(s)・G(s)逆ラプラス変換 ――――――――→ ∫t p f(t−τ)・g(τ)dτ ……(17)ni=1 Hi/S−αi〔F(s)・Vi(s)〕→ ni=1t pe〓

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 フイルタを通過したアナログ信号を入力し、
    これを量子化して処理するシステムにおいて、量
    子化されたサンプルデータに前記フイルタの伝達
    関数の逆関数に基づくデジタル演算を施すことを
    特徴とするフイルタ回路のデジタル演算補正方
    式。
JP8686585A 1985-04-23 1985-04-23 フイルタ回路のデジタル演算補正方式 Granted JPS61244126A (ja)

Priority Applications (1)

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JP8686585A JPS61244126A (ja) 1985-04-23 1985-04-23 フイルタ回路のデジタル演算補正方式

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JP8686585A JPS61244126A (ja) 1985-04-23 1985-04-23 フイルタ回路のデジタル演算補正方式

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JPS61244126A JPS61244126A (ja) 1986-10-30
JPH0353814B2 true JPH0353814B2 (ja) 1991-08-16

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EP0454916A1 (en) * 1990-04-30 1991-11-06 Yamato Scale Company, Limited Device for compensating for time-dependent error due to creep and like of measuring apparatus
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