JPH0680406B2 - 積分装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は積分装置にかかるものであり、例えば対象とな
る量の積分値に対して更に積分を行う二重積分に好適な
積分装置に関するものである。

〔従来の技術〕

対象となる量の積分値に対して更に積分を行う場合とし
ては、例えば、加速度を積分して速度を求め、更に速度
を積分して変位量を求める場合がある。

このような二重積分装置としては、例えば第２図に示す
ものがある。この第２図のブロツク線図において、外部
から加速度が入力される端子Q1には、ハイパスフイルタ
10が接続されており、このハイパスフイルタ10には、積
分器12,14が直列に接続されている。

これらのうち、ハイパスフイルタ10は、例えば時定数TA
に対し、 で表わされる伝達関数G1を有し、そのボード線図は、例
えば第３図に示すようになる。なお、上記（１）式にお
いて、Ｓは、ラプラス変換における複素数であり、第３
図（Ａ）は、ゲインを表わし、同図（Ｂ）は位相を表わ
す。第４図ないし第９図においても同様である。

積分器12,14は、例えば時定数TBに対し、 で表わされる伝達関数G2を有し、それら全体のボード線
図は、例えば第４図に示すようになる。

従つて、第２図に示す二重積分装置全体の特性は、第５
図に示すようになる。

ところで、一般的に積分装置においては、低周波成分に
よるドリフトが問題となる。このため、第２図に示すよ
うに、積分器12の入力前段に、ハイパスフイルタ10が付
加されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、以上のような従来の装置においては、特
に低周波の加速度入力に対して積分定数が非常に長いも
のとなつていたため、長い静定時間を要するという不都
合がある。更に、定常的な入力に対しては追従するもの
の、突発的な変化があるとドリフトが生じ、新たに長い
静定時間を要するため、動作が不安定となる。

また、第５図に示すように、−20dB/decのゲインの積分
領域では、同図（Ｂ）に示すように、位相差が生ずると
いう不都合もある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、ドリ
フトが低減されるとともに、静定時間が短く、安定に動
作する積分装置を提供することを目的とするものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の積分装置は、カスケード接続された少なくとも
二つの積分器を含み、上記の問題点を解決するために、
前記積分器の時定数より大きい時定数を有し、信号の低
周波数成分を低減するフィルタ手段と、前記積分器の時
定数より小さい時定数を有し、位相補正を行なう補正手
段とが、前記積分器に対して各々接続されたものであ
る。

〔作用〕

本発明によれば、フイルタ手段においてドリフトの原因
となる周波数の低い信号成分が低減除去されることとな
るとともに、補正手段によつて位相の補正も行なわれる
ようになる。

〔実施例〕

以下、本発明にかかる積分装置を、添附図面に示す実施
例に基づいて詳細に説明する。

第１図には、本発明の一実施例が示されている。このブ
ロツク図において、外部から加速度信号が入力される端
子Ｑには、ローパスフイルタ16及びハイパスフイルタ18
が直列に接続されている。ハイパスフイルタ18の出力が
加速度信号として出力されることとなる。

ハイパスフイルタ18は、第１積分回路20に接続されてお
り、この第１積分回路20の出力が速度信号として出力さ
れるようになつている。第１積分回路20は、ローパスフ
イルタ22、積分器24及びハイパスフイルタ26が直列に接
続された構成となつている。

第１積分回路20は、第２積分回路30に接続されており、
この第２積分回路30の出力が変位信号として出力される
ようになつている。第２積分回路30は、ローパスフイル
タ32、積分器34及びハイパスフイルタ36が直列に接続さ
れた構成となつている。

これらのうち、ローパスフイルタ16は、 で表わされる時定数TL1の一次おくれ要素型の伝達関数G
Aを有しており、瞬発的なノイズを除去するものであ
る。ハイパスフイルタ18は、 で表わされる時定数TL1の二次おくれ要素型の伝達関数G
Bを有しており、低周波なノイズやドリフトを除去する
ものである。

次に、積分回路20,30に含まれるローパスフイルタ22,32
の伝達関数GCは、 で表わされ、ローパスフイルタ22,32の全体のボード線
図は、例えば第６図に示すようになる。

ハイパスフイルタ26,36の伝達関数GEは、 で表わされ、ハイパスフイルタ26,36の全体のボード線
図は、例えば第７図に示すようになる。なお、伝達関数
GEは、二次おくれ要素型であるからその値によつてボー
ド線図は変化することは周知の通りである。

積分器24,26の伝達関数GDは、時定数TIに対し、 で表わされ、積分器24,26の全体のボード線図は、例え
ば第８図に示すようになる。なお、第６図ないし第８図
のグラフを加え計わせると、積分回路20,30の全体の特
性を示すボード線図となり、これが第９図に示されてい
る。なお、ローパスフイルタ22,32の時定数TL2は、積分
器24,34の時定数TIより小さく設定し、ハイパスフイル
タ26,36の時定数TH2は、積分器24,34の時定数TIより大
きく設定する。また、ローパスフイルタ22,32の時定数T
L2は、ハイパスフイルタ26,36による位相の進み（第７
図（Ｂ）参照）を補正するように設定される。積分回路
20,30の特性は、積分器24,34の時定数TIによつて決まる
周波数に対する一定の領域において積分特性すなわちゲ
インが−20dB/decの傾きを有するように定められる。
（第９図（Ａ）参照）。

次に、上記実施例の作用について説明する。まず、低周
波成分を除去するハイパスフイルタ26,36が各積分回路2
0,30に対して各々設けられているため、第９図（Ａ）に
示すように、低周波成分が良好に低減されることとな
る。このため、ドリフトが抑制され、二重積分を行つて
も動作が安定となる。

また、第９図（Ｂ）に示すように、ローパスフイルタ2
2,32を設けることによつて、積分器24,34およびハイパ
スフイルタ26,36による位相特性が改善され、同図の二
点鎖線による矢印で示すように、積分領域内に位相のず
れのない部分が含まれるようになる。

なお、上記実施例では、第１及び第２積分回路20,30を
初段にローパスフイルタ22,32を設け、後段にハイパス
フイルタ26,36を設けるように構成したが、本発明は何
らこれに限定されるものではなく、その順序は適宜でよ
い。例えば、ローパスフイルタ22,32を後段とし、ハイ
パスフイルタ26,36を初段としてもよい。また、ハイパ
スフイルタ26,36として、二次おくれ要素型のものを用
いる場合には、減衰係数ζを0.5ないし１程度に定める
ことが好ましい。このハイパスフイルタ26,36を、一次
おくれ要素型の伝達関数を有するものとしてもよい。

本発明にかかる積分装置の好適な応用例としては、船舶
の上下動（ヒービング）の検出がある。すなわち、船舶
内に、水平安定台を設け、この上に加速度計を載置して
上下動の加速度を検出し、この加速度から二重積分を行
つて上下動の位置を検出するのである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明による積分装置によれば、
ドリフトが低減されるとともに、静定時間が短縮化さ
れ、動作が安定するという効果がある。また、積分領域
における位相ずれの問題も解消される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる積分装置の一実施例を示すブロ
ツク線図、第２図は従来の一例を示すブロツク線図、第
３図ないし第５図は第２図の従来装置における各部の特
性を示すボード線図、第６図ないし第９図は第１図の実
施例における各部の特性を示すボード線図である。 20,30…積分装置、22,32…ローパスフイルタ、24,34…
積分器、26,36…ハイパスフイルタ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】カスケード接続された少なくとも二つの積
   分器を含む積分装置において、 前記積分器の時定数より大きい時定数を有し、信号の低
   周波数成分を低減するフィルタ手段と、前記積分器の時
   定数より小さい時定数を有し、位相補正を行なう補正手
   段とが、前記積分器に対して各々接続されていることを
   特徴とする積分装置。
2. 【請求項２】前記フィルタ手段は、ハイパスフィルタで
   あり、前記補正手段は、ローパスフィルタである特許請
   求の範囲第１項記載の積分装置。