JPH05297931A - Digital signal processor - Google Patents

Digital signal processor

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Publication number
JPH05297931A
JPH05297931A JP10325392A JP10325392A JPH05297931A JP H05297931 A JPH05297931 A JP H05297931A JP 10325392 A JP10325392 A JP 10325392A JP 10325392 A JP10325392 A JP 10325392A JP H05297931 A JPH05297931 A JP H05297931A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sampling period
arithmetic
digital signal
performs
signal processing
Prior art date
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Pending
Application number
JP10325392A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Kondo
弘之 近藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shinko Electric Co Ltd
Original Assignee
Shinko Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shinko Electric Co Ltd filed Critical Shinko Electric Co Ltd
Priority to JP10325392A priority Critical patent/JPH05297931A/en
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Abstract

PURPOSE:To increase the count number that is multiplied by an input signal to improve the arithmetic accuracy by securing such a constitution where an arithmetic part which performs an operation including the term to be multiplied by a sampling period can operate synchronously with a sampling period longer than other arithmethic parts. CONSTITUTION:An LPF 3 and a decimator 5 are connected in series to an input part of a computing element 1 which performs an integral operation witha transmission function G2 (z). The decimator 5 supplies the smapling period of a discrete time signal X (n) serving as a non-processing signal supplied via the LPE 3 to the element 1 after multiplying the sampling period by L. Meanwhile an inpolator 6 and an LPF 4 are connected to the output part of the element 1. The inpolator 6 multiplies the sampling period of the element 1 by 1/L, and the signal synchronouns with the smapling periods accoradnct with other computing elements are outputted. In such a constitution, the element 1 can perform the arithmetic processing synchronously with a sampling period of L times as mush as those of other computing elements.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は特に産業用機器の制御
に用いて好適なデジタル信号処理装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a digital signal processing apparatus suitable for controlling industrial equipment.

【0002】[0002]

【従来の技術】図3は従来の一般的なデジタル信号処理
装置の構成を示すブロック図である。この図において、
x(n)は時刻nの時の離散時間信号であり、このデジ
タル信号処理装置にサンプリング周期Tの間隔で順次入
力される。1,1,…は、各々演算器であり、入力信号
に対し、各々所定の伝達関数G1(z)、G2(z)、
…、GL(z)に従ったデジタル信号処理を施す。各演
算器1,1,…における信号処理結果y1(n)、y
2(n)、…、yL(n)は加算器2によって加算され
る。これらの信号処理結果は、D/A(デジタル/アナ
ログ)コンバータ等の後続装置が必要とするデータの桁
数に適合するように、まるめ処理あるいは小数点以下の
数値の切捨て処理等が施される。そして、その結果得ら
れる最終的なデジタル信号Y(n)が後続装置へと供給
される。
2. Description of the Related Art FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a conventional general digital signal processing apparatus. In this figure,
x (n) is a discrete time signal at time n, and is sequentially input to this digital signal processing device at intervals of the sampling period T. 1, 1, ... Are arithmetic units, respectively, for the input signal, predetermined transfer functions G 1 (z), G 2 (z),
..., digital signal processing according to G L (z) is performed. The signal processing result y 1 (n), y in each computing unit 1, 1, ...
2 (n), ..., Y L (n) are added by the adder 2. These signal processing results are subjected to rounding processing or rounding down of values below the decimal point so as to match the number of digits of data required by a subsequent device such as a D / A (digital / analog) converter. Then, the resulting final digital signal Y (n) is supplied to the succeeding device.

【0003】例えばPID調節器として機能するデジタ
ル信号処理装置は、図3の構成において、下記の伝達関
数G1(z)、G2(z)およびG3(z)に対応した演
算処理を行う3個の演算器1,1,1を設けることによ
り構成することができる。これらの3個の演算器は、各
々、比例調節器、積分調節器、微分調節器として機能す
るものである。 G1(z)=KP (1) G2(z)=KI・T/(1−z-1) (2) G3(z)=KD(1−z-1)/T (3) 上記式(1)、(2)、(3)において、KP、KIおよ
びKDは、比例調節器、積分調節器および微分調節器の
各々のゲインである。また、Tは被処理デジタル信号、
すなわち、離散時間信号x(n)のサンプリング周期で
あり、z-1は1サンプリング周期分の遅延処理に対応し
た遅延子である。ここで、微分調節器、比例調節器が高
周波領域まで優れた応答性を発揮するためには、サンプ
リング周期をできるだけ短くすることが必要である。
For example, a digital signal processing device functioning as a PID controller performs arithmetic processing corresponding to the following transfer functions G 1 (z), G 2 (z) and G 3 (z) in the configuration of FIG. It can be configured by providing three arithmetic units 1, 1, 1. These three computing units function as a proportional regulator, an integral regulator, and a differential regulator, respectively. G 1 (z) = K P (1) G 2 (z) = K I · T / (1-z −1 ) (2) G 3 (z) = K D (1-z −1 ) / T ( 3) In the above equations (1), (2), and (3), K P , K I, and K D are the gains of the proportional regulator, integral regulator, and derivative regulator. Further, T is a digital signal to be processed,
That is, it is the sampling period of the discrete time signal x (n), and z −1 is a delay element corresponding to the delay processing for one sampling period. Here, in order for the differential controller and the proportional controller to exhibit excellent responsiveness even in a high frequency region, it is necessary to make the sampling period as short as possible.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、デジタル信
号処理装置にあって例えば積分演算を行う回路を含むも
のは、上記式(2)において示したように、積分すべき
信号に対し、サンプリング周期Tを乗算する処理を行
う。ここで、他の演算回路が高周波領域まで優れた応答
性を要求される場合には、上述した理由により、デジタ
ル信号処理装置のサンプリング周期が非常に細かく(凡
そ100μs以下)設定される。このため、積分演算の
際、積分すべき信号に対して極めて小さな値の係数KI
・T(KIは通常、101〜102程度の値)が乗算され
ることになる。従って、積分すべき信号が小さい場合で
は、丸め、切捨て等の処理結果が0となってしまい、正
常な積分演算が行われなくなるという事態が発生する。
全体のサンプリング周期を長くすればこの問題は解決す
るが、逆に比例演算、微分演算の応答性が損われてしま
う。この問題は高精度の位置決めが必要とされる装置や
磁気浮上装置等の制御にデジタル信号処理装置を用いる
場合に、特に重要な問題となる。例えば図4は従来のデ
ジタル信号処理装置によってPID制御器を磁気軸受の
軸の変動を抑制するための負帰還系に介挿し、軸に外力
を加えた際の軸の変位を測定した結果を示すものであ
る。ここで、PID制御器のサンプリング周期は50μ
sとした。また、図4において縦軸は軸の変位を検出す
る検出器から得られる検出信号の値であり、10mVは
1μm分の軸の変位に対応している。図4は、外力によ
り軸が7μmの範囲で揺動する様子を表している。これ
は、デジタル信号処理装置へ入力される7μmの範囲に
相当する被処理信号に対し、積分演算が正常に機能しな
いことによるものである。
By the way, a digital signal processing device including a circuit for performing an integration operation, for example, has a sampling period T for a signal to be integrated, as shown in the above equation (2). The process of multiplying by. Here, when another arithmetic circuit is required to have excellent responsiveness even in a high frequency region, the sampling cycle of the digital signal processing device is set very fine (about 100 μs or less) for the reason described above. Therefore, in the integration calculation, the coefficient K I of an extremely small value is added to the signal to be integrated.
-T (K I is usually a value of about 10 1 to 10 2 ) is multiplied. Therefore, when the signal to be integrated is small, the result of processing such as rounding or truncation becomes 0, and normal integration operation cannot be performed.
This problem can be solved by lengthening the entire sampling period, but on the contrary, the responsiveness of proportional calculation and differential calculation is impaired. This problem becomes a particularly important problem when a digital signal processing device is used to control a device that requires highly accurate positioning, a magnetic levitation device, or the like. For example, FIG. 4 shows a result of measuring a displacement of a shaft when an external force is applied to the shaft by inserting a PID controller into a negative feedback system for suppressing fluctuation of the shaft of a magnetic bearing by a conventional digital signal processing device. It is a thing. Here, the sampling period of the PID controller is 50μ.
s. Further, in FIG. 4, the vertical axis represents the value of the detection signal obtained from the detector that detects the axial displacement, and 10 mV corresponds to the axial displacement of 1 μm. FIG. 4 shows how the shaft swings in the range of 7 μm due to an external force. This is because the integral calculation does not function normally for the processed signal corresponding to the 7 μm range input to the digital signal processing device.

【0005】この発明は上述した事情に鑑みてなされた
ものであり、積分演算等のようにサンプリング周期が乗
じられる項を含む演算処理を高精度で実行することがで
きるデジタル信号処理装置を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and provides a digital signal processing device capable of highly accurately executing arithmetic processing including a term multiplied by a sampling period, such as integral calculation. The purpose is to

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】この発明は、所定のサン
プリング周期に同期し所定の演算処理を逐次実行するデ
ジタル信号処理装置において、前記演算処理のうちサン
プリング周期が乗じられる項を含む演算を行う演算部
は、他の演算処理を行う演算部よりも長いサンプリング
周期に同期して動作し、かつ、前記サンプリング周期が
乗じられる項を含む演算を行う演算部の入力部には、入
力離散時間信号のサンプリング周期を該演算部に対応し
たサンプリング周期に変換するデシメータが接続されて
なることを特徴としている。
According to the present invention, in a digital signal processing apparatus which sequentially executes a predetermined arithmetic processing in synchronization with a predetermined sampling cycle, an arithmetic operation including a term multiplied by the sampling cycle in the arithmetic processing is performed. The arithmetic unit operates in synchronization with a sampling period longer than the arithmetic units that perform other arithmetic processes, and the input unit of the arithmetic unit that performs the arithmetic operation includes the term multiplied by the sampling period. It is characterized in that a decimator for converting the sampling cycle of 1 to the sampling cycle corresponding to the arithmetic unit is connected.

【0007】[0007]

【作用】上記構成によれば、サンプリング周期を乗じる
項を含む演算を行う演算部は、他の演算部より長いサン
プリング周期に同期して動作するので、入力信号に乗算
する係数を大きくすることができ、該演算部における演
算処理は精度よく行われる。
According to the above configuration, the arithmetic unit that performs the arithmetic operation including the term that multiplies the sampling period operates in synchronization with the longer sampling period than the other arithmetic units. Therefore, the coefficient by which the input signal is multiplied can be increased. Therefore, the arithmetic processing in the arithmetic unit is performed with high accuracy.

【0008】[0008]

【実施例】以下、図面を参照し、本発明の一実施例を説
明する。図1はこの発明の一実施例によるデジタル信号
処理装置の構成を示すブロック図である。なお、この図
において前述した図3と対応する部分には同一の符号を
付し、その説明を省略する。図1に示すデジタル信号処
理装置においては、積分演算を行う演算器1(伝達関数
2(z))の入力部に、ローパスフィルタ(以下、L
PFと略す)3およびデシメータ5が直列に介挿されて
いる。また、積分演算を行う演算器1の出力部には、イ
ンタポレータ6およびLPF4が直列に介挿されてい
る。この構成により、積分演算を行う演算器は、他の演
算器のサンプリング周期のL倍のサンプリング周期に同
期して演算処理が行われる。また、デシメータ5はLP
F3を介して供給される被処理信号たる離散時間信号x
(n)のサンプリング周期をL倍に変換して演算器1へ
供給する装置である。このようなデシメータ5は、例え
ば、順次供給される離散時間信号x(n)のサンプル数
をカウントするカウンタと、このカウンタによってL個
のサンプルがカウントされる毎にその時点におけるサン
プルを演算器1へ送る回路によって構成することができ
る。インタポレータ6は、演算器1から得られる積分結
果(離散時間信号)を時間軸上において補間する装置で
ある。このインタポレータ6により、演算器1の出力信
号のサンプリング周期が1/Lに変換され、積分演算を
行う演算器1以外の他の演算器に対応したサンプリング
周期と同一のサンプリング周期に同期した信号として出
力される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a block diagram showing the configuration of a digital signal processing apparatus according to an embodiment of the present invention. In this figure, the parts corresponding to those in FIG. 3 described above are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In the digital signal processing apparatus shown in FIG. 1, the input of the arithmetic unit 1 (the transfer function G 2 (z)) performs integral calculation, low-pass filter (hereinafter, L
A PF) 3 and a decimator 5 are inserted in series. Further, an interpolator 6 and an LPF 4 are inserted in series at the output of the arithmetic unit 1 that performs the integral calculation. With this configuration, the arithmetic unit that performs the integral calculation performs the arithmetic processing in synchronization with the sampling period L times the sampling period of the other arithmetic units. Also, the decimator 5 is an LP
Discrete-time signal x, which is the processed signal supplied through F3
This is a device for converting the sampling period of (n) to L times and supplying it to the arithmetic unit 1. Such a decimator 5 has, for example, a counter that counts the number of samples of the discrete-time signal x (n) sequentially supplied, and an arithmetic unit 1 that calculates a sample at that time every time L samples are counted by this counter. Can be configured by a circuit for sending to. The interpolator 6 is a device that interpolates the integration result (discrete time signal) obtained from the computing unit 1 on the time axis. The interpolator 6 converts the sampling cycle of the output signal of the arithmetic unit 1 into 1 / L, and as a signal synchronized with the sampling cycle corresponding to the other arithmetic units other than the arithmetic unit 1 that performs the integral calculation. Is output.

【0009】このような構成によれば、上記Lを大きく
することにより、積分演算の際に積分すべき信号に乗算
する係数KI・Tを大きくすることができる。従って、
入力信号x(n)の値が小さい場合にも正常に積分演算
を行うことができる。また、積分演算を行う演算器1以
外の他の演算器は短いサンプリング周期により動作する
ので、全体のデジタル信号処理は高周波まで優れた応答
性が維持される。
According to this structure, by increasing L, it is possible to increase the coefficient K I · T by which the signal to be integrated in the integration operation is multiplied. Therefore,
Even when the value of the input signal x (n) is small, the integral calculation can be normally performed. Further, since the arithmetic units other than the arithmetic unit 1 that performs the integral calculation operate at a short sampling cycle, the entire digital signal processing maintains excellent responsiveness up to high frequencies.

【0010】図2は上記実施例によるデジタル信号処理
装置を用い、前に図4を用いて説明したのと同じ磁気軸
受の軸の変動の抑制制御を行った場合の結果を示すもの
である。本装置を構成するに際し、積分を行う演算器1
のサンプリング周期のみを他の演算器のサンプリング周
期の20倍とした。図2と図4とを比較すると、本装置
により、軸の揺動が完全に改善されていることがわか
る。
FIG. 2 shows the results when the same digital signal processor according to the above embodiment is used to carry out the same control for suppressing the fluctuation of the shaft of the magnetic bearing as described above with reference to FIG. An arithmetic unit 1 that performs integration when configuring this device
Only the sampling cycle of was set to 20 times the sampling cycle of other computing units. Comparing FIG. 2 and FIG. 4, it can be seen that the present device completely improves the swing of the shaft.

【0011】なお、上記実施例においては、各演算器
1、1、…が出力する信号をデジタル信号のまま加算し
て信号処理結果として出力する場合を説明したが、各演
算器の出力をアナログ信号に変換してから加算し、信号
処理結果として利用してもよい。このような場合には、
積分演算を行う演算器1の後段にインタポレータ6を接
続しなくても所期の効果を得ることができる。また、デ
シメートによる折り返し歪が問題とならない場合はLP
F3を、インターポレート後の信号を補正する必要がな
い場合はLPF4を省くことができる。また、上記実施
例の構成は、ある伝達関数を展開、変形したもの、また
はその一部分であるとみなすこともできる。また、上記
構成のすべてまたは一部をソフトウェア化することも当
然考えられる変形例である。
In the above embodiment, the case has been described where the signals output from the respective arithmetic units 1, 1, ... Are added as digital signals and the result is output as a signal processing result. It may be converted into a signal and then added to be used as a signal processing result. In such cases,
The desired effect can be obtained without connecting the interpolator 6 to the subsequent stage of the computing unit 1 that performs the integral computation. If folding distortion due to decimation is not a problem, use LP
When it is not necessary to correct F3 and the signal after the interpolation, LPF4 can be omitted. In addition, the configuration of the above-described embodiment can be regarded as an expanded or modified version of a transfer function or a part thereof. In addition, it is a naturally conceivable modification that all or part of the above-mentioned configuration is converted to software.

【0012】[0012]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によるデ
ジタル信号処理装置は、サンプリング周期が乗じられる
項を含む演算を行う演算部は、他の演算処理を行う演算
部よりも長いサンプリング周期に同期して動作し、か
つ、前記サンプリング周期が乗じられる項を含む演算を
行う演算部の入力部には、入力離散時間信号のサンプリ
ング周期を該演算部に対応したサンプリング周期に変換
するデシメータが接続されてなるので、被処理信号の値
が小さい場合においても、上記サンプリング周期を乗算
する項を含む演算に関し高い演算精度が得られ、他の演
算処理を行う演算部は所定のサンプリング周期で演算を
行うため、高周波まで優れた応答性が維持されるという
効果がある。
As described above, in the digital signal processing device according to the present invention, the arithmetic unit that performs the arithmetic operation including the term multiplied by the sampling period is synchronized with the longer sampling period than the arithmetic units that perform other arithmetic processing. And a decimator for converting the sampling period of the input discrete-time signal into a sampling period corresponding to the arithmetic unit is connected to the input unit of the arithmetic unit that performs the operation including the term multiplied by the sampling period. Therefore, even when the value of the signal to be processed is small, a high calculation accuracy can be obtained for the calculation including the term that multiplies the sampling period, and the calculation unit that performs another calculation process performs the calculation at the predetermined sampling period. Therefore, there is an effect that excellent responsiveness is maintained even at high frequencies.

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

【図1】 この発明の一実施例によるデジタル信号処理
装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a digital signal processing device according to an embodiment of the present invention.

【図2】 同実施例の効果を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an effect of the same embodiment.

【図3】 従来のデジタル信号処理装置の構成を示すブ
ロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a conventional digital signal processing device.

【図4】 従来のデジタル信号処理装置により磁気軸受
の軸の振動抑制制御を行った場合の問題点を説明する図
である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a problem when vibration suppression control of a shaft of a magnetic bearing is performed by a conventional digital signal processing device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1……演算器、5……デシメータ。 1 ... calculator, 5 ... decimator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定のサンプリング周期に同期し所定の
演算処理を逐次実行するデジタル信号処理装置におい
て、 前記演算処理のうちサンプリング周期が乗じられる項を
含む演算を行う演算部は、他の演算処理を行う演算部よ
りも長いサンプリング周期に同期して動作し、かつ、前
記サンプリング周期が乗じられる項を含む演算を行う演
算部の入力部には、入力離散時間信号のサンプリング周
期を該演算部に対応したサンプリング周期に変換するデ
シメータが接続されてなることを特徴とするデジタル信
号処理装置。
1. In a digital signal processing device that sequentially executes a predetermined calculation process in synchronization with a predetermined sampling period, a calculation unit that performs a calculation including a term multiplied by the sampling period in the calculation process is a different calculation process. In the input unit of the arithmetic unit that operates in synchronization with a longer sampling period than the arithmetic unit that performs, and that includes a term multiplied by the sampling period, the sampling period of the input discrete time signal is input to the arithmetic unit. A digital signal processing device, characterized in that a decimator for converting to a corresponding sampling period is connected.
JP10325392A 1992-04-22 1992-04-22 Digital signal processor Pending JPH05297931A (en)

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