JPH06209232A - 同期式フィルタ装置 - Google Patents
同期式フィルタ装置Info
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- JPH06209232A JPH06209232A JP4310444A JP31044492A JPH06209232A JP H06209232 A JPH06209232 A JP H06209232A JP 4310444 A JP4310444 A JP 4310444A JP 31044492 A JP31044492 A JP 31044492A JP H06209232 A JPH06209232 A JP H06209232A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 外乱の影響がなるべく少なくなるように同期
式フィルタのステップパラメータサイズのゲインを小さ
くしても、周期性ノイズのゲイン変動に迅速に対応で
き、過渡特性を向上させる。 【構成】 入力ノイズの周期性成分の周期をＮ分割して
サンプリング可能なパルスを発生するパルス発生器１１
と、そのパルスに同期してＮ個のタップを順に出力して
入力ノイズの周期性成分を消去する同期式フィルタ１２
と、フィルタ１２の出力を入力ノイズに加算し、その加
算誤差が小さくなるようにタップ値を更新するフィルタ
係数補正手段１３と、周期パルス発生手段１４からのパ
ルスが入る毎に、フィルタ１２の各タップに増幅率Ｇを
乗じたと仮定した時のフィルタ出力と入力ノイズの波形
との差の２乗和をとり、その２乗和が小さくなるように
フィルタ１２の増幅率を決定するフィルタゲイン補正手
段１５とを有する。
式フィルタのステップパラメータサイズのゲインを小さ
くしても、周期性ノイズのゲイン変動に迅速に対応で
き、過渡特性を向上させる。 【構成】 入力ノイズの周期性成分の周期をＮ分割して
サンプリング可能なパルスを発生するパルス発生器１１
と、そのパルスに同期してＮ個のタップを順に出力して
入力ノイズの周期性成分を消去する同期式フィルタ１２
と、フィルタ１２の出力を入力ノイズに加算し、その加
算誤差が小さくなるようにタップ値を更新するフィルタ
係数補正手段１３と、周期パルス発生手段１４からのパ
ルスが入る毎に、フィルタ１２の各タップに増幅率Ｇを
乗じたと仮定した時のフィルタ出力と入力ノイズの波形
との差の２乗和をとり、その２乗和が小さくなるように
フィルタ１２の増幅率を決定するフィルタゲイン補正手
段１５とを有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車の車室内
の振動あるいは騒音のようにエンジンに同期したノイズ
を打ち消すような場合に用い、その周期性ノイズをその
ノイズと同期をとりながら消去していく同期式フィルタ
装置に関するものである。
の振動あるいは騒音のようにエンジンに同期したノイズ
を打ち消すような場合に用い、その周期性ノイズをその
ノイズと同期をとりながら消去していく同期式フィルタ
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】同期式フィルタ装置は、周期性ノイズを
その周期と同期を取りながら消去していくためにノイズ
の周期が変わってもそれに適応して対応し、さらに例え
ばデジタル信号処理回路（以降、ＤＳＰとする。）で構
成した場合、通常のＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｒｅｓｐｏ
ｎｓｅ Ｆｉｌｔｅｒ）のようにフィルタ演算に多くの
積和演算を必要とせず、非常にシンプルに構成できるの
で、特に周期性ノイズを打ち消すフィルタとして広く使
用されている。
その周期と同期を取りながら消去していくためにノイズ
の周期が変わってもそれに適応して対応し、さらに例え
ばデジタル信号処理回路（以降、ＤＳＰとする。）で構
成した場合、通常のＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｒｅｓｐｏ
ｎｓｅ Ｆｉｌｔｅｒ）のようにフィルタ演算に多くの
積和演算を必要とせず、非常にシンプルに構成できるの
で、特に周期性ノイズを打ち消すフィルタとして広く使
用されている。
【０００３】以下、従来の同期式フィルタ装置について
図面を参照しながら説明する。 図４は従来の同期式フ
ィルタ装置の概略ブロック図を示すものである。図４に
おいて、４１はパルス生成器、４２は同期式フィルタ、
４３はフィルタ係数補正手段である。
図面を参照しながら説明する。 図４は従来の同期式フ
ィルタ装置の概略ブロック図を示すものである。図４に
おいて、４１はパルス生成器、４２は同期式フィルタ、
４３はフィルタ係数補正手段である。
【０００４】次に、上記従来の同期式フィルタ装置の動
作について説明する。図４において、パルス生成器４１
は、入力された周期性ノイズの周期を同期式フィルタ４
２のタップ数Ｎで分割し、入力ノイズの周期内にちょう
どＮ個のサンプリングを行なえるようにパルスを発生す
る。ノイズの周期が変動した場合も、その周期の変動に
応じてパルス周期も変動するようにする。同期式フィル
タ４２は、パルス生成器４１で生成されたパルスに同期
させて、フィルタのタップの値を順々に出力していくフ
ィルタである。例えば、ＤＳＰで実現するならばタップ
長だけのメモリで構成される。フィルタの最後まで出力
したら再びフィルタの最初のタップに戻って出力する。
同期式フィルタ４２の出力は、周期性ノイズと加算さ
れ、その加算誤差に基づきフィルタ係数補正手段４３で
この加算誤差を小さくするように、同期式フィルタ４２
の対応するタップの値を更新していく。例えば、時刻
ｋ、フィルタのタップ数Ｎのとき、対応するタップ係数
の位置ｊは、次式（１）で表わすことができる。
作について説明する。図４において、パルス生成器４１
は、入力された周期性ノイズの周期を同期式フィルタ４
２のタップ数Ｎで分割し、入力ノイズの周期内にちょう
どＮ個のサンプリングを行なえるようにパルスを発生す
る。ノイズの周期が変動した場合も、その周期の変動に
応じてパルス周期も変動するようにする。同期式フィル
タ４２は、パルス生成器４１で生成されたパルスに同期
させて、フィルタのタップの値を順々に出力していくフ
ィルタである。例えば、ＤＳＰで実現するならばタップ
長だけのメモリで構成される。フィルタの最後まで出力
したら再びフィルタの最初のタップに戻って出力する。
同期式フィルタ４２の出力は、周期性ノイズと加算さ
れ、その加算誤差に基づきフィルタ係数補正手段４３で
この加算誤差を小さくするように、同期式フィルタ４２
の対応するタップの値を更新していく。例えば、時刻
ｋ、フィルタのタップ数Ｎのとき、対応するタップ係数
の位置ｊは、次式（１）で表わすことができる。
【０００５】 ｊ＝ｋ ｍｏｄ Ｎ（ｍｏｄ Ｎ はＮを法とする整数値）・・・（１） ここで、時刻ｋでのタップ係数をＷｋ、加算誤差をｅ
（ｋ）、ゲインに相当するステップサイズパラメータを
ｕとすると、タップ係数Ｗｋは、次式（２）で表わすこ
とができる。
（ｋ）、ゲインに相当するステップサイズパラメータを
ｕとすると、タップ係数Ｗｋは、次式（２）で表わすこ
とができる。
【０００６】 Ｗｋ（ｊ）＝Ｗｋ−Ｎ（ｊ）＋２ｕｅ（ｋ） ・・・（２）
【０００７】以上のような動作によって、周期的なノイ
ズを打ち消す同期式フィルタ装置を実現することができ
る。（例えば、コロナ社 ＣＡＩ ディジタル信号処
理、小畑秀文著、１３４ページ−１３６ページ、または
計測自動制御学会論文集、第１９巻第３号３４ページ〜
３９ページ、「同期式適応フィルタ」参照）
ズを打ち消す同期式フィルタ装置を実現することができ
る。（例えば、コロナ社 ＣＡＩ ディジタル信号処
理、小畑秀文著、１３４ページ−１３６ページ、または
計測自動制御学会論文集、第１９巻第３号３４ページ〜
３９ページ、「同期式適応フィルタ」参照）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成では、ランダムノイズのような周期性を乱す
外乱が入力に加算されて入ってくると、その影響で同期
式フィルタの各係数の値が乱れて誤差が累積するので、
ステップサイズパラメータすなわち１回のフィルタタッ
プ係数更新のゲインを大きく設定することはできない。
逆に、ゲインを抑えてしまうと、例えば周期性ノイズの
振幅が変わったときには、ゲインが小さいのでフィルタ
の対応が遅く、過渡状態での収束性能が悪くなってしま
うという問題点があった。
ような構成では、ランダムノイズのような周期性を乱す
外乱が入力に加算されて入ってくると、その影響で同期
式フィルタの各係数の値が乱れて誤差が累積するので、
ステップサイズパラメータすなわち１回のフィルタタッ
プ係数更新のゲインを大きく設定することはできない。
逆に、ゲインを抑えてしまうと、例えば周期性ノイズの
振幅が変わったときには、ゲインが小さいのでフィルタ
の対応が遅く、過渡状態での収束性能が悪くなってしま
うという問題点があった。
【０００９】本発明は、上記課題に鑑み、外乱による誤
動作を極力抑えつつ、しかも周期性ノイズに対する過渡
特性を向上させることのできる優れた同期式フィルタ装
置を提供することを目的とするものである。
動作を極力抑えつつ、しかも周期性ノイズに対する過渡
特性を向上させることのできる優れた同期式フィルタ装
置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決する手段】上記課題を解決するために、本
発明の同期式フィルタ装置は、ノイズの周期性に着目し
て、その周期において消したい波形と同期式フィルタの
出力波形との誤差の２乗和を最小とするようにフィルタ
全体のゲインを一率に変える手段を新たに付加したもの
である。
発明の同期式フィルタ装置は、ノイズの周期性に着目し
て、その周期において消したい波形と同期式フィルタの
出力波形との誤差の２乗和を最小とするようにフィルタ
全体のゲインを一率に変える手段を新たに付加したもの
である。
【００１１】
【作用】本発明は、上記構成によって、外乱の影響が少
なく、周期性ノイズに対する過渡特性を向上させた同期
式フィルタを実現することができる。
なく、周期性ノイズに対する過渡特性を向上させた同期
式フィルタを実現することができる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。図１は本発明の第１の実施例におけ
る同期式フィルタ装置の概略ブロック図である。図１に
おいて、１１はパルス生成器、１２は同期式フィルタ、
１３はフィルタ係数補正手段、１４は周期パルス発生手
段、１５はフィルタゲイン補正手段である。
しながら説明する。図１は本発明の第１の実施例におけ
る同期式フィルタ装置の概略ブロック図である。図１に
おいて、１１はパルス生成器、１２は同期式フィルタ、
１３はフィルタ係数補正手段、１４は周期パルス発生手
段、１５はフィルタゲイン補正手段である。
【００１３】次に、上記第１の実施例における同期式フ
ィルタ装置の動作について説明する。図１において、パ
ルス生成器１１は、入力された周期性ノイズの周期を同
期式フィルタ１２のタップ数Ｎで分割し、入力ノイズの
周期内にちょうどＮ個のサンプリングを行なえるように
パルスを発生する。ノイズの周期が変動した場合も、そ
の周期の変動に応じてパルス周期も変動するようにす
る。同期式フィルタ１２は、パルス生成器１１で生成さ
れたパルスに同期させて、同期式フィルタ１２のタップ
の値を順々に出力していく。例えば、ＤＳＰで実現する
ならばタップ長だけのメモリで構成される。同期式フィ
ルタ１２の最後まで出力したら再び最初のタップに戻っ
て出力する。同期式フィルタ１２の出力は、周期性ノイ
ズと加算され、その加算誤差に基づいてフィルタ係数補
正手段１３でこの加算誤差が小さくなるように、同期式
フィルタ１２の対応するタップの値を更新していく。例
えば、時刻ｋ、フィルタのタップ数Ｎのとき、前記式
（１）のようにしてタップ係数の位置ｊを決め、時刻ｋ
でのタップ係数をＷｋ、加算誤差をｅ（ｋ）、ゲインに
相当するステップサイズパラメータをｕとすると、前記
式（２）で表わされる関係によって更新する。
ィルタ装置の動作について説明する。図１において、パ
ルス生成器１１は、入力された周期性ノイズの周期を同
期式フィルタ１２のタップ数Ｎで分割し、入力ノイズの
周期内にちょうどＮ個のサンプリングを行なえるように
パルスを発生する。ノイズの周期が変動した場合も、そ
の周期の変動に応じてパルス周期も変動するようにす
る。同期式フィルタ１２は、パルス生成器１１で生成さ
れたパルスに同期させて、同期式フィルタ１２のタップ
の値を順々に出力していく。例えば、ＤＳＰで実現する
ならばタップ長だけのメモリで構成される。同期式フィ
ルタ１２の最後まで出力したら再び最初のタップに戻っ
て出力する。同期式フィルタ１２の出力は、周期性ノイ
ズと加算され、その加算誤差に基づいてフィルタ係数補
正手段１３でこの加算誤差が小さくなるように、同期式
フィルタ１２の対応するタップの値を更新していく。例
えば、時刻ｋ、フィルタのタップ数Ｎのとき、前記式
（１）のようにしてタップ係数の位置ｊを決め、時刻ｋ
でのタップ係数をＷｋ、加算誤差をｅ（ｋ）、ゲインに
相当するステップサイズパラメータをｕとすると、前記
式（２）で表わされる関係によって更新する。
【００１４】次に、入力波形である周期性ノイズの値
と、同期式フィルタ１２の出力の値を一周期分記憶して
おき、周期パルス発生手段１４によって周期性ノイズの
１周期に１回発生させたパルスが入るごとに規定のアル
ゴリズムを用い、同期式フィルタ１２のＮタップに一率
のゲインｇを乗じたと仮定したときのフィルタの出力波
形と入力ノイズ波形との差の２乗の１周期の和に対し、
その和が最小となるように上記ゲインｇを決定する。フ
ィルタゲイン補正手段１５は、ゲインｇを上記のように
決定し、同期式フィルタ２の各タップに一率に乗じて、
新たなタップ係数とする。
と、同期式フィルタ１２の出力の値を一周期分記憶して
おき、周期パルス発生手段１４によって周期性ノイズの
１周期に１回発生させたパルスが入るごとに規定のアル
ゴリズムを用い、同期式フィルタ１２のＮタップに一率
のゲインｇを乗じたと仮定したときのフィルタの出力波
形と入力ノイズ波形との差の２乗の１周期の和に対し、
その和が最小となるように上記ゲインｇを決定する。フ
ィルタゲイン補正手段１５は、ゲインｇを上記のように
決定し、同期式フィルタ２の各タップに一率に乗じて、
新たなタップ係数とする。
【００１５】このように、上記第１の実施例によれば、
入力ノイズの振幅が変化しても、周期的な波形が相似で
ある限り、ゲインの変化に１周期の遅れはあるものの着
実に対応することができるので、周期性ノイズの過渡特
性を向上することができる。また、非周期性ノイズが入
った場合のために、前記式（２）に示すステップサイズ
パラメータ、すなわち１回のフィルタタップ係数更新の
ゲインを小さく設定していても、上記ゲインｇはステッ
プパラメータとは無関係に決定できるので、収束速度が
上げられるという利点もある。
入力ノイズの振幅が変化しても、周期的な波形が相似で
ある限り、ゲインの変化に１周期の遅れはあるものの着
実に対応することができるので、周期性ノイズの過渡特
性を向上することができる。また、非周期性ノイズが入
った場合のために、前記式（２）に示すステップサイズ
パラメータ、すなわち１回のフィルタタップ係数更新の
ゲインを小さく設定していても、上記ゲインｇはステッ
プパラメータとは無関係に決定できるので、収束速度が
上げられるという利点もある。
【００１６】次に、上記第１の実施例に使用したゲイン
決定のアルゴリズムについて説明する。離散時間ｉでの
入力ノイズをＡｉ、同期式フィルタ１２の出力をＢｉと
する。１周期の間に同期式フィルタ１２はＮタップ分出
力し、タップに一率ゲインｇを乗じたと仮定したときの
フィルタで構成される波形と入力ノイズ波形との差の２
乗の１周期の和を取り、その平均が最小となるように上
記ゲインｇを決定するとした場合、次式（３）が成り立
つ。
決定のアルゴリズムについて説明する。離散時間ｉでの
入力ノイズをＡｉ、同期式フィルタ１２の出力をＢｉと
する。１周期の間に同期式フィルタ１２はＮタップ分出
力し、タップに一率ゲインｇを乗じたと仮定したときの
フィルタで構成される波形と入力ノイズ波形との差の２
乗の１周期の和を取り、その平均が最小となるように上
記ゲインｇを決定するとした場合、次式（３）が成り立
つ。
【００１７】
【数１】 式（３）を満たすようなｇが決定できたなら、そのｇを
用いて、１周期ごとに式（４）のように同期式フィルタ
１２のタップの値を更新していく。 Ｗｉ＝Ｗｉ＊ｇ（ｉ＝１，．．．，Ｎ） ・・・（４） ここで、式（３）の左辺を改めてｆと置くと、次式
（５）のようになる。
用いて、１周期ごとに式（４）のように同期式フィルタ
１２のタップの値を更新していく。 Ｗｉ＝Ｗｉ＊ｇ（ｉ＝１，．．．，Ｎ） ・・・（４） ここで、式（３）の左辺を改めてｆと置くと、次式
（５）のようになる。
【００１８】
【数２】 そして、式（５）を満たすｇのとき、ｆはｇに対して極
小値かつ最小値となるので、ｆのｇに対する偏微分は０
となり、式（６）が成り立つ。 ∂ｆ／∂ｇ＝Ｏ ・・・（６） 次に式（６）に式（５）を代入してｇについて整理する
と、式（７）のようになる。
小値かつ最小値となるので、ｆのｇに対する偏微分は０
となり、式（６）が成り立つ。 ∂ｆ／∂ｇ＝Ｏ ・・・（６） 次に式（６）に式（５）を代入してｇについて整理する
と、式（７）のようになる。
【００１９】
【数３】 よって、式（７）に従ってｇを決定すれば、タップに一
率ゲインｇを乗じたと仮定したときのフィルタで構成さ
れる波形と入力ノイズ波形との差の２乗の１周期の和に
対し、その値が最小となるようにすることができる。
率ゲインｇを乗じたと仮定したときのフィルタで構成さ
れる波形と入力ノイズ波形との差の２乗の１周期の和に
対し、その値が最小となるようにすることができる。
【００２０】また、ＡｉとＢｉとの差をｅｉとすると、
式（８）が成り立つ。 Ａｉ＝Ｂｉ＋ｅｉ ・・・（８） これを式（７）に代入して式（９）を得る。仮に、入力
ノイズＡｉが測定できず、Ｂｉとｅｉしか測定できない
場合でも、式（９）により、ゲインｇを決定することが
できるという利点がある。
式（８）が成り立つ。 Ａｉ＝Ｂｉ＋ｅｉ ・・・（８） これを式（７）に代入して式（９）を得る。仮に、入力
ノイズＡｉが測定できず、Ｂｉとｅｉしか測定できない
場合でも、式（９）により、ゲインｇを決定することが
できるという利点がある。
【００２１】
【数４】
【００２２】次に、本発明の第２の実施例について図２
を用いて説明する。図２において、２１はパルス生成
器、２２は同期式フィルタ、２３はフィルタ係数補正手
段、２４は周期パルス発生手段、２５はフィルタゲイン
補正手段、２６は伝達関数Ｐを有して電気信号を振動出
力に変換するアクチュエータ、２７は制御補償フィル
タ、２８は伝達関数Ｐを有するアクチュエータ模擬伝達
関数フィルタ、２９はＧセンサ等の機械的振動を電気信
号に変換する振動−電気信号変換手段、３０は伝達関数
Ｒを有するアクチュエータ模擬伝達関数フィルタであ
る。
を用いて説明する。図２において、２１はパルス生成
器、２２は同期式フィルタ、２３はフィルタ係数補正手
段、２４は周期パルス発生手段、２５はフィルタゲイン
補正手段、２６は伝達関数Ｐを有して電気信号を振動出
力に変換するアクチュエータ、２７は制御補償フィル
タ、２８は伝達関数Ｐを有するアクチュエータ模擬伝達
関数フィルタ、２９はＧセンサ等の機械的振動を電気信
号に変換する振動−電気信号変換手段、３０は伝達関数
Ｒを有するアクチュエータ模擬伝達関数フィルタであ
る。
【００２３】次に、上記第２の実施例の動作について説
明する。図２において、アクチュエータ模擬伝達関数フ
ィルタ２８はアクチュエータ２６の伝達特性Ｐを模擬し
たもので、その内部には、パルス生成器２１のパルスの
サンプリング周期にサンプリング変換したインパルス応
答（伝達特性Ｐ）が生成される。フィルタ係数補正手段
２３は、振動−電気信号変換手段２９の出力として得ら
れる入力ノイズとアクチュエータ２６の出力との加算誤
差に、アクチュエータ模擬伝達関数２８の出力でアクチ
ュエータ２６による遅れを補償し、その補償した出力で
同期式フィルタ２２のタップ係数を補正する。具体的に
は、時刻ｋ、フィルタのタップ数Ｎのとき、式（１）で
タップ係数の位置ｊを決め、時刻ｋでのｍ番目タップ係
数をＷｋ（ｍ）、加算誤差をｅｋ、アクチュエータ模擬
伝達関数フィルタ２８で生成されたインパルス応答をｃ
（ｍ） （ｍ＝１，．．，Ｎ）、ゲインに相当するステ
ップサイズパラメータをｕとすると、フィルタの更新式
は、次式（１０）のようになる。 Ｗｋ＋１（ｍ）＝Ｗｋ（ｍ）＋２＊ｕ＊ｅｋ＊ｃ（ｊ−ｍ＋１）（ｍ＝１ ，．．．，Ｎ） ・・・（１０） 例えば、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘと呼ばれるアルゴリズム
がこの内容に相当する。このときは制御補償フィルタ２
７の伝達特性Ｒは、単なる１で構わない。
明する。図２において、アクチュエータ模擬伝達関数フ
ィルタ２８はアクチュエータ２６の伝達特性Ｐを模擬し
たもので、その内部には、パルス生成器２１のパルスの
サンプリング周期にサンプリング変換したインパルス応
答（伝達特性Ｐ）が生成される。フィルタ係数補正手段
２３は、振動−電気信号変換手段２９の出力として得ら
れる入力ノイズとアクチュエータ２６の出力との加算誤
差に、アクチュエータ模擬伝達関数２８の出力でアクチ
ュエータ２６による遅れを補償し、その補償した出力で
同期式フィルタ２２のタップ係数を補正する。具体的に
は、時刻ｋ、フィルタのタップ数Ｎのとき、式（１）で
タップ係数の位置ｊを決め、時刻ｋでのｍ番目タップ係
数をＷｋ（ｍ）、加算誤差をｅｋ、アクチュエータ模擬
伝達関数フィルタ２８で生成されたインパルス応答をｃ
（ｍ） （ｍ＝１，．．，Ｎ）、ゲインに相当するステ
ップサイズパラメータをｕとすると、フィルタの更新式
は、次式（１０）のようになる。 Ｗｋ＋１（ｍ）＝Ｗｋ（ｍ）＋２＊ｕ＊ｅｋ＊ｃ（ｊ−ｍ＋１）（ｍ＝１ ，．．．，Ｎ） ・・・（１０） 例えば、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘと呼ばれるアルゴリズム
がこの内容に相当する。このときは制御補償フィルタ２
７の伝達特性Ｒは、単なる１で構わない。
【００２４】また、アクチュエータ模擬伝達関数フィル
タ２８で説明したような補正をする代わりに、制御補償
フィルタ２７でアクチュエータ２６の逆関数（Ｒ＝１／
Ｐ）に相当する伝達関数を構成してもよく（実際は発振
防止のため、Ｒ＝Ｙ／Ｐ，Ｙは位相補償用の伝達関数と
構成することが多い。）、そのときは、フィルタ係数補
正手段２３は、例えば、第１の実施例と同じように式で
同期式フィルタ２２を補正すればよい。
タ２８で説明したような補正をする代わりに、制御補償
フィルタ２７でアクチュエータ２６の逆関数（Ｒ＝１／
Ｐ）に相当する伝達関数を構成してもよく（実際は発振
防止のため、Ｒ＝Ｙ／Ｐ，Ｙは位相補償用の伝達関数と
構成することが多い。）、そのときは、フィルタ係数補
正手段２３は、例えば、第１の実施例と同じように式で
同期式フィルタ２２を補正すればよい。
【００２５】なお、入力波形である周期性ノイズとアク
チュエータ２６の出力との加算誤差とアクチュエータ２
６に出力する値は過去一周期分の値を常時記憶してお
く。一方、アクチュエータ２６のインパルス応答特性を
あらかじめシステム同定等で測定し、アクチュエータ模
擬伝達関数フィルタ３０でＦＩＲフィルタとして実現し
ておく。次に、各サンプリングごとにアクチュエータ２
６に出力する値の過去１周期分のデータとアクチュエー
タ模擬伝達関数フィルタ３０との積和を求めることによ
って、アクチュエータ２６通過後の出力を推定する。
チュエータ２６の出力との加算誤差とアクチュエータ２
６に出力する値は過去一周期分の値を常時記憶してお
く。一方、アクチュエータ２６のインパルス応答特性を
あらかじめシステム同定等で測定し、アクチュエータ模
擬伝達関数フィルタ３０でＦＩＲフィルタとして実現し
ておく。次に、各サンプリングごとにアクチュエータ２
６に出力する値の過去１周期分のデータとアクチュエー
タ模擬伝達関数フィルタ３０との積和を求めることによ
って、アクチュエータ２６通過後の出力を推定する。
【００２６】ここで、周期パルス発生手段２４によって
周期性ノイズの周期に１回発生させたパルスが入るごと
に、フィルタゲイン補正手段２５は、例えば以下に説明
するアルゴリズムを用い、同期式フィルタ２２のＮタッ
プに一率ゲインｇを乗じたと仮定したときのアクチュエ
ータ２６通過後の出力と入力ノイズ波形との差の２乗の
１周期の和が最小となるように、上記ゲインｇを決定し
て同期式フィルタ２２の各タップに一率に乗じ、新たな
タップ係数とする。
周期性ノイズの周期に１回発生させたパルスが入るごと
に、フィルタゲイン補正手段２５は、例えば以下に説明
するアルゴリズムを用い、同期式フィルタ２２のＮタッ
プに一率ゲインｇを乗じたと仮定したときのアクチュエ
ータ２６通過後の出力と入力ノイズ波形との差の２乗の
１周期の和が最小となるように、上記ゲインｇを決定し
て同期式フィルタ２２の各タップに一率に乗じ、新たな
タップ係数とする。
【００２７】以下、このアルゴリズムについて説明す
る。離散時刻ｉでの入力ノイズをＡｉ、フィルタ出力を
Ｂｉ、ＡｉとＢｉとの差をｅｉとして、入力ノイズをＵ
ｉとし、周期性ノイズとアクチュエータ２６の出力との
加算誤差を過去一周期分記憶しておき、その値をＷｉ
（ｉ＝１，．．，Ｎ）とする。一方、アクチュエータ２
６のインパルス応答特性をあらかじめシステム同定等で
測定し、アクチュエータ模擬伝達関数フィルタ３０でＦ
ＩＲフィルタとして実現しておく。そして、そのインパ
ルス応答をＶｉ（ｉ＝１，．．，Ｎ）とすると、Ｓ（Ｗ
ｉ＊Ｖｎ−ｉ＋１）によって、アクチュエータ２６通過
後の出力Ｂｉを推定することができる。Ｂｉが得らる
と、式（９）によりｇを決定することができる。
る。離散時刻ｉでの入力ノイズをＡｉ、フィルタ出力を
Ｂｉ、ＡｉとＢｉとの差をｅｉとして、入力ノイズをＵ
ｉとし、周期性ノイズとアクチュエータ２６の出力との
加算誤差を過去一周期分記憶しておき、その値をＷｉ
（ｉ＝１，．．，Ｎ）とする。一方、アクチュエータ２
６のインパルス応答特性をあらかじめシステム同定等で
測定し、アクチュエータ模擬伝達関数フィルタ３０でＦ
ＩＲフィルタとして実現しておく。そして、そのインパ
ルス応答をＶｉ（ｉ＝１，．．，Ｎ）とすると、Ｓ（Ｗ
ｉ＊Ｖｎ−ｉ＋１）によって、アクチュエータ２６通過
後の出力Ｂｉを推定することができる。Ｂｉが得らる
と、式（９）によりｇを決定することができる。
【００２８】仮に、入力ノイズＡｉが測定できず、また
アクチュエータ２６の出力Ｂｉも測定できず、加算誤差
とアクチュエータ２６に出力する値しかわからない場合
でも、アクチュエータ２６の出力を推定することによっ
て、アクチュエータ２６通過後の出力と入力ノイズ波形
との差の２乗の１周期の和あるいは平均に対し、その和
あるいは平均が最小となるように上記ゲインｇを決定す
ることができる。
アクチュエータ２６の出力Ｂｉも測定できず、加算誤差
とアクチュエータ２６に出力する値しかわからない場合
でも、アクチュエータ２６の出力を推定することによっ
て、アクチュエータ２６通過後の出力と入力ノイズ波形
との差の２乗の１周期の和あるいは平均に対し、その和
あるいは平均が最小となるように上記ゲインｇを決定す
ることができる。
【００２９】このように、上記第２の実施例によれば、
入力ノイズの振幅が変化しても、周期的な波形が相似で
ある限り、ゲインの変化に１周期の遅れはあるものの着
実に対応することができるので、周期性ノイズの過渡特
性を向上することができる。また、非周期性ノイズが入
った場合のために、式（２）および式（１０）における
ステップサイズパラメータｕ、すなわち１回のフィルタ
タップ係数更新のゲインを小さく設定しても、上記ゲイ
ンはステップパラメータとは無関係に決定できるので、
収束速度が上げられるという利点もある。
入力ノイズの振幅が変化しても、周期的な波形が相似で
ある限り、ゲインの変化に１周期の遅れはあるものの着
実に対応することができるので、周期性ノイズの過渡特
性を向上することができる。また、非周期性ノイズが入
った場合のために、式（２）および式（１０）における
ステップサイズパラメータｕ、すなわち１回のフィルタ
タップ係数更新のゲインを小さく設定しても、上記ゲイ
ンはステップパラメータとは無関係に決定できるので、
収束速度が上げられるという利点もある。
【００３０】さらに、入力ノイズに加算されるアクチュ
エータ出力が直接求められない場合でも、アクチュエー
タ出力を推定することによって、ゲインｇを決定するこ
とができる。
エータ出力が直接求められない場合でも、アクチュエー
タ出力を推定することによって、ゲインｇを決定するこ
とができる。
【００３１】なお、上記第２の実施例では、１周期分の
和をとったが、周期の整数倍でも良いし、周期の影響が
十分無視できるほど十分長い時間の和、あるいは平均値
を小さくするようにしても同様に良好に動作させること
ができる。
和をとったが、周期の整数倍でも良いし、周期の影響が
十分無視できるほど十分長い時間の和、あるいは平均値
を小さくするようにしても同様に良好に動作させること
ができる。
【００３２】次に、本発明の第３の実施例について図３
を用いて説明する。図３において、３１はパルス生成
器、３２1 〜３２M は同期式フィルタ、３３1 〜３３M
はフィルタ係数補正手段、３４は周期パルス発生手段、
３５はフィルタゲイン補正手段である。
を用いて説明する。図３において、３１はパルス生成
器、３２1 〜３２M は同期式フィルタ、３３1 〜３３M
はフィルタ係数補正手段、３４は周期パルス発生手段、
３５はフィルタゲイン補正手段である。
【００３３】次に上記第３の実施例の動作について説明
する。本実施例は、上記第１の実施例における同期式フ
ィルタおよびフィルタ係数補正手段をそれぞれＭ個備
え、消去すべき入力ノイズの数がＰ個に増えた場合の例
であり、基本的な動作は第１の実施例の説明ですでに述
べた通りであるが、同期式フィルタＭ個により入力ノイ
ズＰ個を消去するので、各同期式フィルタ３３1 〜３３
M のゲインＧｊ（ｊ＝，．．．，Ｍ）は、フィルタゲイ
ン補正手段３５により、同期式フィルタｊ（ｊ
＝，．．．，Ｍ）の各タップに増幅率Ｇjを乗じた仮定
したときのフィルタ出力と上記入力ノイズの波形との差
の２乗和をＰ箇所についてとり、そのＰ個の２乗和の和
が小さくなるように決定される。
する。本実施例は、上記第１の実施例における同期式フ
ィルタおよびフィルタ係数補正手段をそれぞれＭ個備
え、消去すべき入力ノイズの数がＰ個に増えた場合の例
であり、基本的な動作は第１の実施例の説明ですでに述
べた通りであるが、同期式フィルタＭ個により入力ノイ
ズＰ個を消去するので、各同期式フィルタ３３1 〜３３
M のゲインＧｊ（ｊ＝，．．．，Ｍ）は、フィルタゲイ
ン補正手段３５により、同期式フィルタｊ（ｊ
＝，．．．，Ｍ）の各タップに増幅率Ｇjを乗じた仮定
したときのフィルタ出力と上記入力ノイズの波形との差
の２乗和をＰ箇所についてとり、そのＰ個の２乗和の和
が小さくなるように決定される。
【００３４】ここで、フィルタゲイン補正手段３５で用
いるゲイン決定のアルゴリズムについて説明する。離散
時間ｉでのｋ番目の入力ノイズをＡk （ｉ）、ｊ番目の
同期式フィルタ３２j によるｋ番目の入力ノイズを消去
する成分をＢjk（ｉ）とする。１周期の間に同期式フィ
ルタ３２j はＮタップ分出力し、ｊ番目の同期式フィル
タ３２j のタップに一率ゲインｇj を乗じたと仮定した
ときのフィルタの出力波形と入力ノイズ波形との差の２
乗の１周期の和を取り、その和が最小となるように上記
ゲインｇを決定すると、次式（１１）が成り立つ。
いるゲイン決定のアルゴリズムについて説明する。離散
時間ｉでのｋ番目の入力ノイズをＡk （ｉ）、ｊ番目の
同期式フィルタ３２j によるｋ番目の入力ノイズを消去
する成分をＢjk（ｉ）とする。１周期の間に同期式フィ
ルタ３２j はＮタップ分出力し、ｊ番目の同期式フィル
タ３２j のタップに一率ゲインｇj を乗じたと仮定した
ときのフィルタの出力波形と入力ノイズ波形との差の２
乗の１周期の和を取り、その和が最小となるように上記
ゲインｇを決定すると、次式（１１）が成り立つ。
【００３５】
【数５】 式（１１）を満たすようなｇが決定できたなら、そのｇ
を用いて、１周期ごとに式（１２）のようにｊ番目の同
期式フィルタ３２j のタップの値を更新していく。 Ｗj （ｉ）＝Ｗj （ｉ）＊ｇj （ｉ＝１，．．．，Ｎ）・・（１２） ここで式（１２）の左辺を改めて、ｆと置くと、次式
（１３）のようになる。
を用いて、１周期ごとに式（１２）のようにｊ番目の同
期式フィルタ３２j のタップの値を更新していく。 Ｗj （ｉ）＝Ｗj （ｉ）＊ｇj （ｉ＝１，．．．，Ｎ）・・（１２） ここで式（１２）の左辺を改めて、ｆと置くと、次式
（１３）のようになる。
【００３６】
【数６】 そして、今、ａ番目の同期式フィルタ３２a のゲインｇ
a を求める。ｆはｇa （ a =1，．．．，Ｍ）に対して極
小値かつ最小値となるので、ｆのｇa に対する偏微分は
０となり、式（１４）が成り立つ。 ∂ｆ／∂ｇa ＝０ ・・・（１４） 次に式（１２）に式（１３）を代入すると式（１５）の
ようになる。
a を求める。ｆはｇa （ a =1，．．．，Ｍ）に対して極
小値かつ最小値となるので、ｆのｇa に対する偏微分は
０となり、式（１４）が成り立つ。 ∂ｆ／∂ｇa ＝０ ・・・（１４） 次に式（１２）に式（１３）を代入すると式（１５）の
ようになる。
【００３７】
【数７】 ここで、各Ａk(i)を次式で近似すると、
【００３８】
【数８】 となり、式（１６）を式（１５）に代入すると、式（１
７）のようになる。
７）のようになる。
【００３９】
【数９】 ここで、ｇa 以外のｇk が１に近いか、あるいは一定値
とすると、ｇa は次式（１８）で求められる。
とすると、ｇa は次式（１８）で求められる。
【００４０】
【数１０】 よって、式（１８）に従ってｇa を決定すれば、a 番目
の同期式フィルタ２のタップに一率ゲインｇa を乗じる
ことによって、同期式フィルタ３２a の出力波形と入力
ノイズ波形との差の２乗の１周期の和が最小となるよう
にすることができる。 また、ｇa 以外のｇk が１から
大きく離れたときには、例えば次式（１９）のように規
格化する場合も有り得る。 ｇk ＝１＋（ｇk −１）／Ｍ （ｋ＝１，．．．，Ｍ）・・・（１９）
の同期式フィルタ２のタップに一率ゲインｇa を乗じる
ことによって、同期式フィルタ３２a の出力波形と入力
ノイズ波形との差の２乗の１周期の和が最小となるよう
にすることができる。 また、ｇa 以外のｇk が１から
大きく離れたときには、例えば次式（１９）のように規
格化する場合も有り得る。 ｇk ＝１＋（ｇk −１）／Ｍ （ｋ＝１，．．．，Ｍ）・・・（１９）
【００４１】
【発明の効果】以上のように、本発明は、外乱の影響が
なるべく少なくなるように同期式フィルタのステップパ
ラメータのゲインを小さくしても、周期性ノイズのゲイ
ン変動に迅速に対応でき、過渡特性を向上させることが
できるという効果を有する。
なるべく少なくなるように同期式フィルタのステップパ
ラメータのゲインを小さくしても、周期性ノイズのゲイ
ン変動に迅速に対応でき、過渡特性を向上させることが
できるという効果を有する。
【図１】本発明の第１の実施例における同期式フィルタ
装置の概略ブロック図
装置の概略ブロック図
【図２】本発明の第２の実施例における同期式フィルタ
装置の概略ブロック図
装置の概略ブロック図
【図３】本発明の第３の実施例における同期式フィルタ
装置の概略ブロック図
装置の概略ブロック図
【図４】従来の同期式フィルタ装置の概略ブロック図
１１、２１、３１ パルス生成器 １２、２２、３２ 同期式フィルタ １３、２３、３３ フィルタ係数補正手段 １４、２４、３４ 周期パルス発生手段 １５、２５、３５ フィルタゲイン補正手段 ２６ アクチュエータ ２７ 制御補償フィルタ ２８ アクチュエータ模擬伝達関数フィルタ ２９ 振動−電気信号変換手段 ３０ アクチュエータ模擬伝達関数フィルタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡 田 毅 神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目３番１ 号 松下通信工業株式会社内
Claims (6)
- 【請求項１】 入力ノイズの周期性成分の周期をＮ分割
してサンプリング可能なパルスを発生するパルス生成器
と、前記パルスに同期してＮ個のタップを順に出力して
入力ノイズの周期性成分を消去する同期式フィルタと、
前記フィルタの各タップに増幅率Ｇを乗じたと仮定した
ときのフィルタ出力と前記入力ノイズの波形との差の２
乗和をとり、その２乗和が小さくなるように前記各フィ
ルタの増幅率を決定するフィルタゲイン補正手段とを備
えた同期式フィルタ装置。 - 【請求項２】 離散時刻ｉ、入力ノイズＵｉ、フィルタ
出力Ｗｉとして、一周期あるいはｎ周期分の和をＳ
（ ）で表わしたときに、Ｓ（Ｕｉ＊Ｗｉ）／Ｓ（Ｗｉ
＊Ｗｉ）がフィルタの増幅率であることを特徴とする請
求項１記載の同期式フィルタ装置。 - 【請求項３】 離散時刻ｉ、入力ノイズをＵｉ、フィル
タ出力Ｗｉ、入力ノイズＵｉとフィルタ出力Ｗｉとの差
をＥｉとして、一周期あるいはｎ周期分の和をＳ（ ）
で表わしたときに、Ｓ（Ｅｉ＊Ｗｉ）／Ｓ（Ｗｉ＊Ｗ
ｉ）＋１ がフィルタの増幅率であることを特徴とする
請求項１記載の同期式フィルタ装置。 - 【請求項４】 入力ノイズの周期性成分の周期をＮ分割
してサンプリング可能なパルスを発生するパルス生成器
と、前記パルスに同期してＮ個のタップを順に出力し、
伝達特性Ｐの要素を通過させた後、入力ノイズの周期性
成分を消去する同期式フィルタと、前記フィルタの各タ
ップに増幅率Ｇを乗じ、前記フィルタ通過後の出力を使
用して前記伝達特性Ｐを通過後の出力Ｖｉ′を推定する
模擬伝達関数フィルタと、前記出力Ｖｉ′と周期性ノイ
ズとの差の２乗和をとり、その２乗和が小さくなるよう
に前記各フィルタの増幅率を決定するフィルタゲイン補
正手段とを備えた同期式フィルタ装置。 - 【請求項５】 離散時刻ｉで、フィルタのタップ値の過
去ｍ時間の出力か、あるいは制御補償用フィルタの過去
ｍ時間の出力をＱ＝（Ｑｍ，Ｑｍ−１，．．，Ｑ１）と
し、さらに伝達特性Ｐと同じかあるいはそれに近似した
特性をｍタップのＦＩＲフィルタＰ′＝（Ｐ１，Ｐ
２，．．，Ｐｍ−１）で構成したときに、ＱとＰ′との
積和ｖでＰ後の出力Ｖｉ′を推定し、そのＶｉ′と、入
力ノイズＵｉと真のＰ出力Ｖｉとの差Ｅｉから、一周期
あるいはｎ周期分の和をＳ（ ）で表わしたときに、Ｓ
（（Ｅｉ＊ｖ′ｉ）／（Ｖ′ｉ＊Ｖ′ｉ）＋１）がフィ
ルタの増幅率であることを特徴とする請求項４記載の同
期式フィルタ装置。 - 【請求項６】 入力ノイズＰ個に共通した周期性成分の
周期をＮ分割してサンプリング可能なパルスを発生する
パルス生成器と、前記パルスに同期してＮ個のタップを
順に出力して、Ｐ個の入力ノイズの周期性成分を消去す
るＭ個の同期式フィルタと、前記フィルタｊ（ｊ
＝，．．．，Ｍ）の各タップに増幅率Ｇｊを乗じたと仮
定したときのフィルタ出力と前記入力ノイズの波形との
差の２乗和をＰ箇所についてとり、そのＰ個の２乗和の
和が小さくなるように前記各フィルタの増幅率Ｇｊ（ｊ
＝，．．．，Ｍ）を決定するフィルタゲイン補正手段と
を備えた同期式フィルタ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4310444A JP2929565B2 (ja) | 1992-11-19 | 1992-11-19 | 同期式フィルタ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4310444A JP2929565B2 (ja) | 1992-11-19 | 1992-11-19 | 同期式フィルタ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06209232A true JPH06209232A (ja) | 1994-07-26 |
| JP2929565B2 JP2929565B2 (ja) | 1999-08-03 |
Family
ID=18005325
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4310444A Expired - Fee Related JP2929565B2 (ja) | 1992-11-19 | 1992-11-19 | 同期式フィルタ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2929565B2 (ja) |
-
1992
- 1992-11-19 JP JP4310444A patent/JP2929565B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2929565B2 (ja) | 1999-08-03 |
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
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