JPH07104769A

JPH07104769A - 能動制御装置

Info

Publication number: JPH07104769A
Application number: JP5251912A
Authority: JP
Inventors: 淳 ▲斎▼藤; Atsushi Saito
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-10-07
Filing date: 1993-10-07
Publication date: 1995-04-21

Abstract

(57)【要約】【目的】能動制御装置において、その能動制御実行中
の異常検出とその対応策の処理を、ソフトウェアではな
くハードウェアで構成して、悪環境がもたらす能動制御
異常を防ぐ。【構成】能動制御が異常な状態になったことを検出し
て異常信号を出力する異常検出手段と、その異常検出手
段からの異常信号を受けて能動制御信号の出力を遮断す
る出力遮断手段とをハードウェアで構成して設ける。具
体的には、アナログ量に変換された能動制御信号の平均
電圧値を整流平滑によって得る平均電圧取り出し器１４
と、その平均電圧値を所定電圧発生器１５からの所定直
流電圧値と比較する比較器１６と、この比較器１６にて
平均電圧値が所定の電圧値以上であると比較判定されて
からその状態が所定時間継続されると異常な状態である
として異常信号を出力する所定時間管理器１７とで異常
検出をする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、騒音や振動などの現象
を能動制御によって抑制する能動制御装置に関するもの
で、例えば車や航空機の室内の騒音低減などに適用され
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、能動制御装置において何らかの異
常が発生した場合の対応策に関して、例えば特開平５−
２７７８０号公報の技術がある。この従来例は、干渉誤
差信号に応じた評価関数と適応フィルタのフィルタ係数
に対する勾配の符号変化回数を予め設定された値と比較
して異常を検出し、異常時は制御音の放音を演算制御装
置（この場合、マイクロプロセッサ）の指示で中止する
手段を持つことを特徴としている。そして異常の検出
は、演算制御装置の内部でソフトウェアによるもので、
さらに異常に対する対処も演算制御装置内部のソフトウ
ェアで行なうもので、ハードウェアの構成としては図１
１のとおりである。

【０００３】図１１において、１は騒音源からの騒音を
キャッチするセンサマイク、２は騒音に対し制御音の干
渉による相殺作用を施した後、尚かつ生じるエラー（残
留騒音）を検出するためのエラーマイクである。センサ
マイク１の出力及びエラーマイク２の出力は夫々アナロ
グ増幅器３、４を通してＡ／Ｄ変換器５、６に加えられ
る。アナログ増幅器３、４はフィルタを含んでいる。Ａ
／Ｄ変換器５、６の出力はマイクロコンピュータ又はＤ
ＳＰで構成された演算制御装置７によって演算処理され
る。この演算制御装置７は、適応型ディジタルフィルタ
とそのフィルタ係数を適応的に更新する手段を含んでい
る。演算制御装置７から出力される能動制御信号はＤ／
Ａ変換器８によってアナログ量に変換された後信号遮断
器９へ供給される。

【０００４】そして、信号遮断器９の出力はフィルタを
含むアナログ増幅器１０によって増幅された後スピーカ
１１を励振させる。この制御音出力部１２でのスピーカ
１１の出力（制御音）は騒音源からの騒音を相殺するよ
うに騒音に作用する。１３はＡ／Ｄ変換器５、６やＤ／
Ａ変換器８にサンプリングクロックを与えるとともに、
演算制御装置７に動作用クロックを与えシステム全体の
処理タイミングを司るサンプリングクロック発生器であ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では演算制御装置７があくまでも正常な能動制
御プログラムの所定の処理を実行していることが前提と
なっている。つまり正常な所定の処理によって正常な適
応型ディジタルフィルタの適応アルゴリズムによるフィ
ルタ係数の更新を継続的に行なっていても、外乱を含む
何らかの要因で適応係数発散を招いた場合にその異常を
検出して所定の異常対策処理として制御音の放音の遮断
を制御する手段に指令を出して遮断するものである。

【０００６】従って、プログラムがもし正常な処理を遂
行しなければ異常状態も検出することができず、制御音
の放音を遮断することもできないため、異常な制御音を
放音する可能性が十分にある。このような異常時には、
騒音の能動消音制御であれば騒音の増音ですむが、振動
の能動振動制御では場合によっては人命にかかわる場合
や災害の増大を招く場合も有り得る。例えば能動制御装
置が能動制御中に、突然の大きな衝撃を受けたり、瞬発
的な電源異常に見回れたり、雷サージ、静電気、強電界
・強磁界環境下、高温・多湿環境下、一時的な凍結・水
漏れ、など様々な悪環境が想定される。その後正常な環
境状態に復帰して能動制御が継続して行なわれる場合
に、ソフトウェアの処理遂行能力はハードウェアに比べ
て弱く、ハードウェアが正常に復帰してもソフトウェア
は異常状態からの復帰が困難である（図１２参照）。

【０００７】また、演算制御装置で能動制御信号を生成
する手法に適応型デイジタルフィルタと適応型係数更新
アルゴリズムを使用する場合においては、仮にソフトウ
ェアが該異常環境から直接影響を受けなかったとして
も、センサマイクやエラ−マイクなどの各信号入力手段
からそのような環境変化による制御範囲外の音声や振動
が一瞬でも入ると、内部の適応係数が異常環境の信号を
素直に学習し適応係数自身が発散し最終的には暴走的な
出力を生成し続けてしまうこともあり得る。よって、能
動制御の異常に対するソフトウェアによる対応策は不完
全である。本発明の目的は、能動制御実行中の異常検出
とその対応策の処理を演算制御装置による指令で行なう
ものでなく、悪環境に強いハードウェアで構成すること
により行なうようにした能動制御装置を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、騒音や振動
など能動制御の対象となる現象を検出し、その検出に応
じた能動制御信号を演算制御手段にてソフトウェア的に
生成し出力して現象の抑制を行なう能動制御装置におい
て、能動制御が異常な状態になったことを検出して異常
信号を出力する異常検出手段と、その異常検出手段から
の異常信号を受けて能動制御信号の出力を遮断する出力
遮断手段とをハードウェアで構成している。

【０００９】この場合、前記異常検出手段は、出力され
る能動制御信号の平均電圧値を得る平均手段と、この平
均手段からの平均電圧値を所定の値と比較する比較手段
と、この比較手段にて平均電圧値が所定の値以上である
と比較判定されてからその状態が所定の時間、或いは装
置全体の処理タイミングを司るサンプリングクロックが
所定のパルス数カウントされるまでの間継続されると異
常な状態であるとして異常信号を出力する時間管理手段
とを含んでいる。

【００１０】また、本発明では、前記異常検出手段は、
前記演算制御手段より出力される正常な状態で安定した
周期のクロックを所定の周期と比較する比較手段と、こ
の比較手段にてクロックの周期が所定の周期と一致しな
いと比較判定されてからその状態が所定の時間、或いは
装置全体の処理タイミングを司るサンプリングクロック
が所定のパルス数カウントされるまでの間継続されると
異常な状態であるとして異常信号を出力する時間管理手
段とを含んでいる。

【００１１】また、前記異常検出手段は、前記演算制御
手段或いはそれに付随する周辺デバイスの表面温度を検
出する温度検出手段と、この温度検出手段にて検出され
た温度が所定の温度範囲内にあるか否かを比較判定する
比較手段と、この比較手段にて検出された温度が所定の
温度範囲外であると比較判定されてからその状態が所定
の時間、或いは装置全体の処理タイミングを司るサンプ
リングクロックが所定のパルス数カウントされるまでの
間継続されると異常な状態であるとして異常信号を出力
する時間管理手段とを含んでいる。

【００１２】また、前記異常検出手段は、出力される能
動制御信号の平均電圧値を得る平均手段と、この平均手
段からの平均電圧値の単位時間における微分値を得る微
分手段と、この微分手段からの微分値を所定の値と比較
する比較手段と、この比較手段にて微分値が所定の値以
上であると比較判定されてからその状態が所定の時間、
或いは装置全体の処理タイミングを司るサンプリングク
ロックが所定のパルス数カウントされるまでの間継続さ
れると異常な状態であるとして異常信号を出力する時間
管理手段とを含んでいる。

【００１３】また、前記異常検出手段は、前記演算制御
手段よりディジタル量で出力される能動制御信号の絶対
値がその後段のＤ／Ａ変換器で扱える最大の値であるか
否かを比較判定する比較手段と、この比較手段にて能動
制御信号の絶対値が最大の値であると比較判定されてか
らその状態が所定の時間、或いは装置全体の処理タイミ
ングを司るサンプリングクロックが所定のパルス数カウ
ントされるまでの間継続されると異常な状態であるとし
て異常信号を出力する時間管理手段とを含んでいる。

【００１４】また、前記演算制御手段は、適応型ディジ
タルフィルタとそのフィルタ係数を適応的に更新する係
数更新手段とを備え、この係数更新手段は前記異常検出
手段からの異常信号を受けてフィルタ係数の更新処理を
中止し、その中止直前のフィルタ係数を更新処理再開の
際の初期値として保持するものである。

【００１５】

【作用】例えば、騒音等の現象を抑制するための能動制
御信号は、演算制御手段によってソフト的に生成され
る。しかし、この能動制御の異常検出はハード的に構成
された異常検出手段によって行なわれ、またその異常検
出手段によって出力された信号に基づいて遮断手段が能
動制御信号の遮断を行なう。従って、能動制御装置によ
る能動制御中に内外のさまざまな要因により生じるソフ
トウェアの動作異常が発生しても、その異常状態をハー
ドウェアの回路で検出し、さらにその対処においてもソ
フトウェアに依存しないハードウェアの回路で行なうこ
とになるので、外部からのノイズ、衝撃、悪環境などの
障害や自己制御不能要因などの影響を受けにくい。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面と共に
説明する。尚、従来と同一部分については同一符号を付
すと共にその説明を省略する。本実施例では、能動制御
実行中の異常検出とその対処までのすべてを、ソフトウ
ェアよりも処理遂行能力の高いハードウェアの回路で行
なわせるようにしたものである。

【００１７】先ず、図１はその第１実施例を示し、能動
制御実行中の異常検出を、Ｄ／Ａ変換器８によってアナ
ログ量に変換された演算制御装置７からの能動制御信号
の平均電圧値を整流平滑によって直流的に得る平均電圧
取り出し器１４と、その平均電圧値を所定電圧発生器１
５からの所定直流電圧値と比較する比較器１６と、この
比較器１６にて平均電圧値が所定の電圧値以上であると
比較判定されてからその状態が所定時間（例えば、ＣＲ
時定数などで決定される時間以上）継続されると異常な
状態であるとして異常信号を出力する所定時間管理器１
７とで行なわせるようにしたものである。そして、この
所定時間管理器１７から異常信号が出力されると、信号
遮断器９がＮＰＮトランジスタ或いはＣＭＯＳアナログ
スイッチ、リレーなどの手段により、能動制御信号のス
ピーカ１１への出力を遮断するものである。

【００１８】このようにすると、例えば悪環境下におい
て演算制御装置７がソフトウェアの異常を起し、それに
よって演算制御装置７からの能動制御信号が異常に大き
くなるなどの異常を来たした場合には、その能動制御信
号の平均電圧値が所定の電圧値以上になったと比較器１
６にて比較判定され、且つその状態が所定時間継続した
と所定時間管理器１７にて確認されることで、異常が検
出されることになる。その結果、信号遮断器９により能
動制御信号の出力が遮断され、ソフトウェアの動作異常
による異常な制御音の放音が中止されることになる。

【００１９】尚、図１ではＣＲ時定数などで所定時間継
続を管理するようにしているが、図２に示すようにサン
プリングクロック発生器１３からのサンプリングクロッ
クのパルス数をロジック的にカウントし所定数カウント
されるまでの間継続されているか否かを管理するように
しても良い。また、この演算制御装置７で能動制御信号
を生成する手法に適応型ディジタルフィルタ１８とその
フィルタ係数を適応型係数更新アルゴリズムにて適応的
に更新する係数更新手段１９とを用いている場合におい
ては、所定時間管理器１７からの異常信号（図１点線矢
印）にてフィルタ係数の更新処理を中止させ、その中止
直前のフィルタ係数を更新処理再開の際の初期値として
保持させるようにしても良い（後述する各実施例につい
ても同じ）。このようにすると、異常な状態を検出して
能動制御信号の出力を遮断しても、仮に演算制御装置７
のソフトウェアが正常であれば、一時的に異常は発生し
たものの異常状態が検出されなくなれば、即座に異常以
前の正常な能動制御が再開できることになる。

【００２０】図３はその第２実施例を示し、演算制御装
置７が本来処理するジョブと並行して、演算制御装置７
が正常に作動している時だけ安定した周期のクロックを
該演算制御装置７自身より出力するようにして、能動制
御実行中の異常検出を、そのクロックを所定周期発生器
２０からの所定の周期と比較する比較器２１と、この比
較器２１の出力を管理する前記した所定時間管理器１７
とで行なわせるようにしたものである。このようにする
と、例えば演算制御装置７内部のソフトウェアが暴走し
異常が発生した場合には、演算制御装置７からのクロッ
クの出力が途絶えたり或いはその周期がランダムになっ
たりすることで、比較器２１にて所定の周期と一致しな
いと比較判定され、且つその状態が所定時間継続したと
所定時間管理器１７にて確認されることで、その異常が
検出されることになる。

【００２１】ここで、演算制御装置７からのクロック周
期を、比較器２１で所定周期発生器２０からの出力周期
と比較するようにしているが、ＰＬＬ回路などを用いて
周期監視するようにしても良い。尚、図４は所定時間管
理器１７で、サンプリングクロック発生器１３からのサ
ンプリングクロックが所定のパルス数カウントされるま
での間継続されているか否かを管理するようにした場合
を示している。

【００２２】次に、図５はその第３実施例を示し、演算
制御装置７或いはそれに付随する制御装置などのデバイ
ス表面にサーミスタなどの温度センサ２２を装着して発
熱による表面温度を随時監視するようにして、能動制御
実行中の異常検出を、その温度センサ２２からの電圧増
幅器２３を介した出力電圧を所定電圧発生器２４からの
上限温度に対応した電圧値より高いか或いは下限温度に
対応した電圧値より低いかを比較判定するウィンドコン
パレータなどの比較器２５と、この比較器２５の出力を
管理する前記した所定時間管理器１７とで行なわせるよ
うにしたものである。

【００２３】このようにすると、温度センサ２２にて検
出された例えば演算制御装置７の表面温度が、所定電圧
発生器２４からの出力電圧値によって決まる温度範囲
外、例えば上限温度より高いと比較器２５にて比較判定
され、且つその状態が所定時間継続したと所定時間管理
器１７にて確認されると、演算制御装置７の異常発熱に
よる制御異常状態にあることが検出されることになる。
尚、図６は所定時間管理器１７で、サンプリングクロッ
ク発生器１３からのサンプリングクロックが所定のパル
ス数カウントされるまでの間継続されているか否かを管
理するようにした場合を示している。

【００２４】また、図７はその第４実施例を示し、能動
制御実行中の異常検出を、第１実施例における平均電圧
取り出し器１４からの平均電圧値の単位時間あたりの微
分値を得る時間微分器２６と、この微分値を所定値発生
器２７からの上限値より高いか或いは下限値より低いか
を比較判定するウィンドコンパレータなどの比較器２８
と、この比較器２８の出力を管理する前記した所定時間
管理器１７とで行なわせるようにしたものである。この
ようにすると、能動制御信号の出力の変化から異常が検
出されることになる。尚、図８は所定時間管理器１７
で、サンプリングクロック発生器１３からのサンプリン
グクロックが所定のパルス数カウントされるまでの間継
続されているか否かを管理するようにした場合を示して
いる。

【００２５】更に、図９は第５実施例を示し、能動制御
実行中の異常検出を、演算制御装置７よりディジタル量
で出力される能動制御信号の絶対値がその後段のＤ／Ａ
変換器８で扱える最大の値（即ち、飽和状態となる信
号）であるか否かを比較判定する比較部と、この比較部
２９の出力を管理する前記した所定時間管理器１７とで
行なわせるようにしたものである。ここで、比較部２９
は、排他的論理和回路３０ａ〜３０ｈと、異常判定のた
めの基準データ（Ｄ／Ａ変換器８が扱える正若しくは負
の最大値）を与える異常判定データ発生器３１と、論理
和回路３２とから構成されている。

【００２６】このようにすると、ディジタル量の能動制
御信号と基準データの各ビット全てが論理的に一致した
と排他的論理和回路３０ａ〜３０ｈで判定されると、論
理和回路３２の出力がＬレベル状態となる。そして、そ
の状態が所定時間継続したことが所定時間管理器１７に
て確認されると、演算制御装置７の出力異常が検出され
ることになる。尚、図１０は所定時間管理器１７で、サ
ンプリングクロック発生器１３からのサンプリングクロ
ックが所定のパルス数カウントされるまでの間継続され
ているか否かを管理するようにした場合を示している。

【００２７】以上、本実施例では悪環境により演算制御
装置がソフトウェアの暴走を起こすか否かにかかわら
ず、ハードウェア構成で検出した異常信号を演算制御装
置に供給することで、ソフトウェアへの依存性を完全に
無くすことができる。また、各実施例では能動制御の異
常検出に、能動制御信号の出力の様子や変化から判断す
るか、演算制御装置内部の状態を把握する信号の出力の
様子を見るか、発熱温度による客観的な観測のいずれか
の手段をとっているが、用途に応じて各実施例の複数の
組み合わせを行うことでより安全かつ正確な異常時の対
応が可能となる。つまり、多種多様の異常検出手段を持
ち、各異常検出の信号の論理和或いは論理積を使い分け
て最終的な異常検出の信号を生成するなどの手法を用い
るようにしても良い。尚、各実施例では騒音（残留騒音
を含む）の検出にマイクを用いているが、騒音源が例え
ば車のエンジン部などである場合その振動や回転数を取
得する振動ピックアップやエンコ−ダなどを利用するよ
うにしてもよく、またスピ−カに限らず現象に対して能
動的に干渉を起こす能動作用手段であれば良い。

【００２８】

【発明の効果】上述した如く本発明の能動制御装置に依
れば、能動制御信号は演算制御装置によってソフトウェ
ア的に生成されるが、この能動制御の異常検出とその対
応処理はソフトウェアに全く依存しないハードウェアで
達成されることになるので、外部からのノイズ、衝撃、
悪環境などの障害や自己制御不能要因などの影響を受け
にくい制御システムが実現できることになる。更に、ソ
フトウェアへの依存が全く無いことから、演算制御装置
の内部処理で用いられるディジタルフィルタの種類を問
わない、つまり構成・方式・タップ数・収束アルゴリズ
ム・収束係数・適応有無、などのあらゆる要素に関係な
く異常検出とその対応処理を施すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すブロック図。

【図２】その他の構成例を示すブロック図。

【図３】本発明の第２実施例を示すブロック図。

【図４】その他の構成例を示すブロック図。

【図５】本発明の第３実施例を示すブロック図。

【図６】その他の構成例を示すブロック図。

【図７】本発明の第４実施例を示すブロック図。

【図８】その他の構成例を示すブロック図。

【図９】本発明の第５実施例を示すブロック図。

【図１０】その他の構成例を示すブロック図。

【図１１】従来例を示すブロック図。

【図１２】悪環境がもたらすソフト、ハードウェアへ
の影響とその復帰を表す図。

【符号の説明】

１センサマイク２エラーマイク７演算制御装置８Ｄ／Ａ変換器９信号遮断器１３サンプリングクロック発生器１４平均電圧取り出し器１５、２４所定電圧発生器１６、２１、２５、２８比較器１７所定時間管理器２０所定周期発生器２２温度センサ２６時間微分器２７所定値発生器３１異常判定データ発生器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】騒音や振動など能動制御の対象となる現
象を検出し、その検出に応じた能動制御信号を演算制御
手段にてソフトウェア的に生成し出力して現象の抑制を
行なう能動制御装置において、能動制御が異常な状態に
なったことを検出して異常信号を出力する異常検出手段
と、その異常検出手段からの異常信号を受けて能動制御
信号の出力を遮断する出力遮断手段とをハードウェアで
構成して設けたことを特徴とする能動制御装置。
【請求項２】前記異常検出手段は、出力される能動制
御信号の平均電圧値を得る平均手段と、この平均手段か
らの平均電圧値を所定の値と比較する比較手段と、この
比較手段にて平均電圧値が所定の値以上であると比較判
定されてからその状態が所定の時間、或いは装置全体の
処理タイミングを司るサンプリングクロックが所定のパ
ルス数カウントされるまでの間継続されると異常な状態
であるとして異常信号を出力する時間管理手段とを含ん
でいることを特徴とする請求項１に記載の能動制御装
置。
【請求項３】前記異常検出手段は、前記演算制御手段
より出力される正常な状態で安定した周期のクロックを
所定の周期と比較する比較手段と、この比較手段にてク
ロックの周期が所定の周期と一致しないと比較判定され
てからその状態が所定の時間、或いは装置全体の処理タ
イミングを司るサンプリングクロックが所定のパルス数
カウントされるまでの間継続されると異常な状態である
として異常信号を出力する時間管理手段とを含んでいる
ことを特徴とする請求項１に記載の能動制御装置。
【請求項４】前記異常検出手段は、前記演算制御手段
或いはそれに付随する周辺デバイスの表面温度を検出す
る温度検出手段と、この温度検出手段にて検出された温
度が所定の温度範囲内にあるか否かを比較判定する比較
手段と、この比較手段にて検出された温度が所定の温度
範囲外であると比較判定されてからその状態が所定の時
間、或いは装置全体の処理タイミングを司るサンプリン
グクロックが所定のパルス数カウントされるまでの間継
続されると異常な状態であるとして異常信号を出力する
時間管理手段とを含んでいることを特徴とする請求項１
に記載の能動制御装置。
【請求項５】前記異常検出手段は、出力される能動制
御信号の平均電圧値を得る平均手段と、この平均手段か
らの平均電圧値の単位時間における微分値を得る微分手
段と、この微分手段からの微分値を所定の値と比較する
比較手段と、この比較手段にて微分値が所定の値以上で
あると比較判定されてからその状態が所定の時間、或い
は装置全体の処理タイミングを司るサンプリングクロッ
クが所定のパルス数カウントされるまでの間継続される
と異常な状態であるとして異常信号を出力する時間管理
手段とを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の
能動制御装置。
【請求項６】前記異常検出手段は、前記演算制御手段
よりディジタル量で出力される能動制御信号の絶対値が
その後段のＤ／Ａ変換器で扱える最大の値であるか否か
を比較判定する比較手段と、この比較手段にて能動制御
信号の絶対値が最大の値であると比較判定されてからそ
の状態が所定の時間、或いは装置全体の処理タイミング
を司るサンプリングクロックが所定のパルス数カウント
されるまでの間継続されると異常な状態であるとして異
常信号を出力する時間管理手段とを含んでいることを特
徴とする請求項１に記載の能動制御装置。
【請求項７】前記演算制御手段は、適応型ディジタル
フィルタとそのフィルタ係数を適応的に更新する係数更
新手段とを備え、この係数更新手段は前記異常検出手段
からの異常信号を受けてフィルタ係数の更新処理を中止
し、その中止直前のフィルタ係数を更新処理再開の際の
初期値として保持することを特徴とする請求項１に記載
の能動制御装置。