JPH09507601A - 制御システム及びそのような制御システム中で用いられる制御手段、並びに相関システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 制御システムで内で、プロセス(1)の特性量に周期的な乱れが現れる。測定システム(2)が、特性量を表す測定信号(Vm)を生成する。制御デバイスが、測定信号(Vm)に応じてプロセスを制御する。周期的な乱れを減らすために、制御デバイス(3)は、周期的な乱れの周期の長さ(Tp)を持つ時間間隔(T)だけ測定信号(Vm)に係わる入力信号(Vin)を遅延させる遅延回路(4)を含む。制御デバイス(3)は、周期的な乱れの周期と遅延時間との間の乖離を表す分析信号(Va)を導くための分析回路(6)を含む。時間間隔(T)は、制御回路(13)及びアダプタ回路(7)を用いて、分析信号(Va)に依存して遅延時間(T)が周期(Tp)に等しいことを分析信号(Va)が示すところの値に設定される。分析信号(Va)を導くために相関システムを用いることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 制御システム及びそのような制御システム中 で用いられる制御手段、並びに相関システム 本発明は、周期的な乱れ(periodic disturbance)を現す制御量を持つプロセス と；上記量を表す測定信号を生成するための測定手段と；測定信号に応じて上記 量を制御し、周期的な乱れを減少させるための制御手段と；を有して成る制御シ ステムであって、上記制御手段は遅延手段を含み、それは測定信号に係わる該遅 延手段への入力信号を上記周期的な乱れの周期の長さに等しい時間だけ遅延させ るものであり、また上記制御手段は、遅延時間と周期的な乱れの周期との間の関 係を維持するための手段を含む制御システムに関する。 本発明はまたそのような制御システム中で使用される制御手段にも関する。 本発明は更にまた測定システムにも関する。 上に規定したタイプの制御システムは、例えば英国特許出願GB-A 2043964号か ら既知である。この文献には、光学的走査デバイスに対し回転するという動き方 をするところの光学的に読み出し可能なディスク形の記録担体を読み取るための 光学的読み出しデバイス中で用いられる制御システムが記載されている。記録担 体は渦巻き状の(helical)トラックを有する。光学的走査デバイスは既知の制御 システムによりトラック上に保持されている。この動作中に光学的走査デバイス の位置はサーボ追尾(servotrack)誤差信号に応じて改定される。一般的に渦巻き 状のトラックは回転の中心の周りに中心をはずれて位置しており、またトラック の回り方も偏心しているから、サーボ追尾誤差信号には周期的な乱れが現れる。 記録担体の一回転の時間に対応する遅延時間を持つクロック制御ディジタル遅延 回路を用いてサーボ追尾における周期的な乱れを大幅に抑圧する制御が実現する 。この高度の抑圧というのは、周期的な乱れの周期が遅延回路の遅延時間に、又 は遅延回路の遅延時間の整数部分に、精確に等しい周期的な乱れに対してのみ得 られるものである。既知のシステムでは、遅延時間と周期的な乱れとの間のこの 密接な関係が、記録担体を駆動するモータの駆動心軸(spindle)上に配置された パ ルスディスク(pulse disc)により導かれるクロック信号を持つディジタル遅延回 路を制御することによって確立される。しかしそのようなパルスディスクは極め て高価である。 本発明の目的は周期的な乱れと遅延時間との間の精確な関係が極めて経済的に 実現できる制御システムを提供することである。 本発明による制御システムではこの目的は、上記関係を維持するための手段が 、上記周期的な乱れの周期と上記遅延時間との間の乖離(deviation)を表す分析 信号を導き出すための分析手段と；この分析信号に応じて遅延手段の遅延時間を 改定する手段と；を含むことにより達成される。 この制御システムの一実施例は、分析手段が分析信号として相関測定信号を導 き出すための導出手段を含み、該相関測定信号は入力信号と遅延された信号との 間の相関の程度を表す信号であり、また Ｔp を周期的な乱れの周期とし； Ｔm を、入力信号と入力信号を遅延させたものとの間の相関が最大又は 最小を示す時間シフトとし； ＭをＴp/Ｔm に等しい値とするとき、 上記遅延された信号は、上記入力信号に等しいが、但し入力信号に対し遅延時間 ＴのＭ倍に等しい時間だけ時間的にシフトされているものであることを特徴とす る。 この実施例もまた、周期的な信号中ではこの信号とこの信号の時間シフトされ た変形との間の相関は信号の周期のＭ／Ｎ倍に等しい遅延時間に対して最大又は 最小が現れる、という認識に基づいている。遅延時間を改定して相関に最大又は 最小があるようにすることにより遅延時間が周期的な信号の周期に精確に等しく なるということが達成される。 この制御システムのもう１つの一実施例は、上記制御手段が、遅延させること により入力信号から１番目、２番目、及び３番目の補助信号を導き出すための遅 延手段を含み；上記２番目の補助信号及び上記３番目の補助信号は、上記１番目 の補助信号に対し、１番目及び２番目の時間間隔だけ、それぞれ時間的にシフト されたものであり；上記１番目の時間間隔の長さは遅延時間のＭ倍より短い所定 の期間であり、上記２番目の時間間隔の長さは遅延時間のＭ倍より長い所定の期 間であり、また、上記制御手段は、一方を１番目の補助信号と２番目の補助信号 との間の相関とし、もう一方を１番目の補助信号と３番目の補助信号との間の相 関とするとき、この両者の差を表す差分信号を、相関測定信号として導き出すた めの導出手段を含むことを特徴とする。この実施例では、２つの相関の間の差の 正負の符号(sign)が真の遅延時間と所望の遅延時間との間の乖離の正負の符号と 同時に変化する。これは、この差に基づいて遅延時間を正しい方向に改定するこ とが簡単にできるという利点がある。 上記制御システムの実施例のうち後者の実施例は本発明による相関システムを 有し、其処では２番目の補助信号及び上記３番目の補助信号が１番目の補助信号 に対しそれぞれ１番目及び２番目の時間間隔だけシフトされ、茲で１番目の時間 間隔の長さは或る基準時間間隔よりも短い所定の時間間隔であり、２番目の時間 間隔の長さは該基準時間間隔よりも長い所定の時間間隔であり、また、上記後者 の実施例は、一方を１番目の補助信号と２番目の補助信号との間の相関とし、も う一方を１番目の補助信号と３番目の補助信号との間の相関とするとき、この両 者の差を表す差分信号を導き出すための導出手段を有する。 上記制御システムの更にもう１つの実施例は、差分信号を導き出すための上記 導出手段が、１番目の補助信号と、２番目及び３番目の補助信号の間の差との積 を計算する計算手段を含み、また該計算された積の連続的な(running)平均値を 計算する計算手段を含むことを特徴とする。 この実施例もまた、乱れの周期の変化が乱れの周期に対比してゆっくりとしか 変動しないので、計算された平均値が相関の差に対する適正な尺度となり、従っ て遅延時間の偏差の程度及び正負の符号に対する適正な尺度となる、という認識 に立脚している。 以下に述べる実施例により本発明のこれら及びその他の態様が詳細に説明され 明らかにされる。 図面では： 図１が、本発明による制御システムの実施例を示し、 図２及び図４が、相互に対し時間的にシフトされた信号間の相関を示し、 図３及び図５が、本発明による制御デバイスの実施例を示す。 図１は本発明による制御システムの一実施例を示す。この制御システムは、プ ロセス１と；プロセス１の特性量を測定し、該測定された量を示す測定信号Ｖm を生成するための測定デバイス２と；制御信号Ｖr をプロセス１に供給し、測定 信号Ｖm に応じて特性量を制御するための制御デバイス３と；を有する。 プロセス１は通常のタイプの処理実行部であって、其処では特性量に周期的な 乱れ(disturbance)が現れている。このようなプロセスは目的物が回転モータに より駆動される運輸(transport)プロセスであって、例えば光学的記録デバイス 中での記録担体の動きとか又は磁気記録デバイス中での回転ヘッドの動き等がこ れに該当しよう。周期的な乱れが運輸プロセスからの様々なプロセス中にも生じ ることは当業者にとって周知である。制御デバイス３は部分3aと部分3bとを含む 。部分3aは既知のタイプのもので、周期的な乱れを強力に抑圧する遅延回路４を 含み、この遅延回路は、周期的な乱れの周期Ｔp に対応する遅延時間Ｔを持って いる。部分3aは更に部分５を含み、これは測定信号Ｖm に係わる入力信号Ｖinを 遅延回路４に供給し、また遅延回路４の出力信号Ｖuit に依存する制御信号Ｖr を導き出す。部分3aの動作は本発明を理解する上に重要ではないからこれ以上詳 細に説明しない。部分3aの実施例の詳細な説明については、プロセス１の実施例 及び測定デバイス２の実施例と同様に、英国特許出願GB-A 2043964号及び米国特 許US 4,821,168号を参照されたく、これらを引用文献として挙げておく。 周期的な乱れの強力な抑圧は、乱れの周期が遅延回路４の遅延時間Ｔに正確に 等しい場合（基本高調波のとき）又は遅延時間Ｔの整数部分に正確に等しい場合 （高次高調波のとき）に限って、抑圧が実行される。 制御デバイスのうちの部分3bは、周期的な乱れの基本高調波の周期Ｔp と遅延 時間Ｔとの間の偏差を示す分析信号Ｖa を導くための分析回路６を有する。この ような回路は例えば通常のタイプの周波数分析回路を含み、それが測定信号中の 支配的な周波数を判定して、その支配的な周波数に対応する周期Ｔp を遅延時間 Ｔと比較する。そのとき分析信号は、周期Ｔp が遅延時間Ｔからどの程度乖離し ているかを示す。更にまた、部分3bは制御回路13及びアダプタ回路７を有する。 アダプタ回路７は通常のタイプのもので、遅延回路の遅延時間Ｔがそれにより改 定される。制御回路13は、分析信号Ｖa に応じて遅延時間Ｔが周期Ｔp に対応し ていることを分析信号Ｖa が示す値に、遅延時間Ｔを設定するタイプのものであ る。遅延回路が一連の引き続くメモリエ・メントを含み、其処でそれらのメモリ エレメント中の情報がクロックパルスに応じて次のメモリエレメントに常時シフ トしているような場合にあっては、アダプタ回路は分析信号に制御される発振器 を含み、この発振器が遅延回路を制御するためのクロックパルスを生成する。い わゆる「サイクリック」メモリが遅延回路として用いられ、其処では初期アドレ ス及び最終アドレスへのポインタがクロックに応じて常時改定されることが好適 である。クロック信号の周波数を変えることにより、メモリを通して情報がシフ トされるスピードが改定され、従って遅延時間Ｔが改定される。遅延時間Ｔの改 定は、遅延回路の入力と出力との間のメモリエレメントの数を変えることによっ ても実施できる。それは、分析信号Ｖa に応じて一連のメモリエレメントのうち から１つのメモリエレメントを出力信号Ｖuit の生成のために選定することによ り、簡単に実施できる。 図１に示す実施例では、分析回路は通常のタイプの相関器(correlator)を含み 、この相関器は分析信号として相関測定信号を導くものであり、該相関測定信号 とは入力信号Ｖinと遅延信号との相関の程度を示すもので、この遅延信号は入力 信号に等しいが入力信号Ｖinに対し遅延時間Ｔに等しい時間間隔だけ時間シフト されている。図１に示す実施例にあっては、出力信号Ｖuit が遅延信号として用 いられている。信号Ｖinと信号Ｖuit の積の時間平均値が、入力信号Ｖinと出力 信号Ｖuit との間の相関の尺度(measure)として用いられる。相関を判定するた め、分析回路は信号ＶinとＶuit の積を計算する乗算器10；及び乗算器の出力信 号を濾波してＶinとＶuit の積の時間平均値を定める低域通過フィルタを含む。 信号Ｖinと信号Ｖuit との間の相関は、周期Ｔp が遅延時間の整数倍のときに最 大となる。結局、遅延時間のこの値に対して信号Ｖinと信号Ｖuit とは、幾つか の非周期の乱れを除keba等しくなり、従って最大の相関を示す。説明用の図２を 見れば、信号Ｖinと信号Ｖuit との間の相関Ｃの程度が、遅延時間Ｔに対してプ ロットされた曲線20により示されている。 制御回路13は設定サイクル中で設定された遅延時間を変動させるタイプのもの で、分析信号Ｖa の対応する値に基づいて遅延時間の最適設定を判定し、遅延時 間Ｔを最適値に設定する。設定サイクルは、例えば制御システムがスイッチオン されたときに１回だけ実行される。しかしその代わりに一定の間隔で設定サイク ルを繰り返すこともできる。 図３は本発明による制御デバイス３の更に別の実施例である。この実施例では 遅延回路４が更に２つの部分に分割される、すなわち遅延時間Ｔ−dT1 を持つ１ 番目の部分4aと、遅延時間dT1 を持つ２番目の部分4bとに分割される。入力信号 Ｖinと出力信号Ｖuit との間の、部分4aと部分4bとによって生じる合計遅延時間 はＴに等しくなる。遅延時間Ｔ−dT1 を持つ部分4aの出力信号を、以後はＶ- と 呼ぶ。出力信号Ｖuit は、部分５に供給されるばかりでなく、信号Ｖuit を時間 dT2 だけ遅延させる遅延回路30にも供給される。この遅延信号をこれからはＶ+ と呼ぶ。信号Ｖ- 及び信号Ｖ+ は信号Ｖinに対し時間Ｔ−dT1 及び時間Ｔ+dT2 だけそれぞれ時間的にシフトされる。図４には、遅延時間Ｔに関して信号Ｖinと 信号Ｖ- との間の相関Ｃ- をプロットした曲線40が示される。また曲線41は遅延 時間Ｔに関して信号Ｖinと信号Ｖ+ との間の相関Ｃ+ をプロットしたものである 。dT1 及びdT2 の値は、周期Ｔp に等しい時点Ｔで曲線40と曲線41とが交差する ように選定される。一般的に、周期的な乱れに関する相関曲線は最大値の周りの 小さい領域では対称と考えられる。これは一般的にはdT1 の値とdT2 の値とが相 互に等しい値に選定されることを意味する。図４の曲線42は遅延時間Ｔに対して プロットされた相関Ｃ+ と相関Ｃ- との差を示すものである。遅延時間Ｔが周期 Ｔp を上回る場合にこの差が正になり、遅延時間Ｔが周期Ｔp を下回る場合にこ の差が負になるので、差の正負の符号に基づいて設定された遅延時間Ｔが大き過 ぎるか小さ過ぎるかが検出できる。従ってこの差は分析信号Ｖa として格段に適 したものである。 Ｃ+ とＣ- との差を示す信号Ｖa を定めるために制御デバイス３の部分3bは、 差分回路31と、乗算器32と、平均値算出回路33とを有する。信号Ｖ+ と信号Ｖ- とが差分回路31の入力に供給される。差分回路31は、Ｖ+ とＶ- との差を表す信 号を乗算器の入力に与える。乗算器32のもう一方の入力には信号Ｖinが供給され る。乗算器32の出力には、その入力の受け取った信号の積を表す信号が生成され る。乗算器32の出力に生成された信号が平均値算出回路33に供給される。平均値 算出回路33は通常のタイプのもの、例えば低域通過フィルタであって、受け取っ た信号を時間的な平均値に変形した信号を生成する。Ｃ+ とＣ- との差を表す信 号Ｖa は平均値算出回路33の出力に出て来る。次いで信号Ｖa は制御回路13に供 給され、該制御回路13が信号Ｖa の正負の符号及び量に依存して遅延時間Ｔを増 加させ又は減少させる。 図５は本発明の制御デバイスの更にもう１つの実施例を示し、茲では既に説明 した実施例中の対応するコンポネントには同じ番号が付してある。制御デバイス ３の部分3aは、遅延回路４だけではなく、出力信号Ｖuit を遅延時間Ｔだけ遅延 させるための２番目の遅延回路50をも更に有する。遅延回路50の出力に生成され る信号Ｖuit'は、信号Ｖuit に対しＴだけ遅延しており、従ってＶinに対しては 2Ｔだけ遅延している。信号Ｖuit 及び信号Ｖuit'は部分５に供給され、其処で はプロセス１を制御するための制御信号Ｖr をこれらの信号に依存して導き出す 。遅延回路50及び４の分枝から信号Ｖi,Ｖ+,Ｖ- が取り出されて、それにより信 号Ｖ+ 及びＶ- は信号Ｖ- に対して時間的にＴ＋dT2 及びＴ−dT1 だけそれぞれ シフトされる。分析信号Ｖa は信号Ｖ+,Ｖ-,Ｖi から図３に示す実施例における やり方と同様に導かれる。 部分4a，4b，30，31，33が全体として相関システムを形成し、デバイスに供給 される信号（この場合にはＶin）が所定の基準の長さの時間間隔（この場合には Ｔ）から乖離しているか否かを、この相関システムが相関技術に基づいて判断す る、ということが理解されよう。この相関システムを利用することは、図３に示 すタイプの、すなわち相関デバイスにより生成された信号Ｖa に依存して遅延時 間５を改定するためのフィードバックを含むタイプの実施例に限定されるもので はない。原理的にこの相関デバイスは、測定がなされるとき又は周期が精確に基 準周期に対応するとき、例えば楽器を調律するときには常に使用できるものであ る。 上述の実施例では、遅延時間Ｔは時間Ｔだけシフトされた２つの信号間の相関 が最大化される値に設定される。結局、この最大相関は時間Ｔが周期的な乱れの 周期Ｔp に等しいときに生じる。Ｔの値がＴp の倍数に等しいときにも相関は最 大になり、従って遅延時間Ｔの整数倍だけ相互にシフトされた２つの信号間の相 関を示す信号に基づいて遅延時間Ｔを設定することもできる、ということを理解 しなければならない。 更にまた、周期的な乱れは一般的に、基本高調波ばかりでなく基本高調波の周 波数の整数倍の周波数を持つ多数の高次高調波をも有すると認められる。そのよ うな高次の高調波の存在は、相関曲線に局所的最大及び局所的最小を結果的にも たらすことになる。図２は、22と番号を付したこれら多数の局所的最大と、23と 番号を付したこれら多数の局所的最小とを示している。遅延時間Ｔが局所的最小 又は局所的最大の位置に基づいて設定されることもできる、ということは当業者 にとって明らかであろう。これは、ＭがＴm/Ｔp に等しいとし、Ｔm が局所的最 小相関又は局所的最大相関の生じる時間シフトであるとするときに、ＴのＭ倍だ け時間シフトした場合に最大又は最小の相関が生じるか否かを判断することによ り、実現できよう。 局所的最大に基づいて遅延時間Ｔを設定することは、時間間隔Ｔによってシフ トされれるのではなく時間間隔Ｍ×Ｔによってシフトされる信号を、相関を定め るために用いることにより、実現できよう。図３及び図５の実施例に対しては、 時間間隔Ｔ＋dT2 及び時間間隔Ｔ−dT1 によってシフトされるのではなく時間間 隔MT＋dT2 及び時間間隔MT−dT1 によってシフトされる信号を、相関を定めるた めに用いることにより、設定を局所的最大に基づいて求めることができよう。相 関の局所的最小に基づいての設定は、遅延時間を分析信号Ｖa が時間シフトされ た信号間の最小相関を示す値に設定することにより求められよう。 上述の制御システム３の実施例はすべていわゆる固定配線された回路により実 現される。この制御システムは、いわゆるプログラム制御形の回路、例えばマイ クロコンピュータによっても、同様に実現できることは当業者にとって明らかで あろう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．周期的な乱れを現す制御量を持つプロセスと；上記量を表す測定信号を生成 するための測定手段と；測定信号に応じて上記量を制御し、周期的な乱れを減少 させるための制御手段と；を有して成る制御システムであって、 上記制御手段は遅延手段を含み、それは測定信号に係わる該遅延手段への入 力信号を上記周期的な乱れの周期の長さに等しい時間だけ遅延させるものであり ；また上記制御手段は、遅延時間と周期的な乱れの周期との間の関係を維持する ための手段を含む制御システムにおいて、 上記関係を維持するための手段は、 上記周期的な乱れの周期と上記遅延時間との間の乖離を表す分析信号を導き 出すための分析手段と； この分析信号に応じて遅延手段の遅延時間を改定する手段と； を含むことを特徴とする制御システム。 ２．請求項１に記載の制御システムにおいて、分析手段は分析信号として相関測 定信号を導き出すための導出手段を含み、該相関測定信号は入力信号と遅延され た信号との間の相関の程度を表す信号であり、また Ｔp を周期的な乱れの周期とし； Tm を、入力信号と入力信号を遅延させたものとの間の相関が最大又は最 小を示す時間シフトとし； ＭをＴp/Ｔm に等しい値とするとき、 上記遅延された信号は、上記入力信号に等しいが、但し入力信号に対し遅延時 間ＴのＭ倍に等しい時間だけ時間的にシフトされているものであることを特徴と する制御システム。 ３．請求項２に記載の制御システムにおいて、 上記制御手段は、遅延させることにより入力信号から１番目、２番目、及び ３番目の補助信号を導き出すための遅延手段を含み；上記２番目の補助信号及び 上記３番目の補助信号は、上記１番目の補助信号に対し、１番目及び２番目の時 間間隔だけ、それぞれ時間的にシフトされたものであり；上記１番目の時 間間隔の長さは遅延時間のＭ倍より短い所定の期間であり、上記２番目の時間間 隔の長さは遅延時間のＭ倍より長い所定の期間であり、また 上記制御手段は、一方を１番目の補助信号と２番目の補助信号との間の相関 とし、もう一方を１番目の補助信号と３番目の補助信号との間の相関とするとき 、この両者の差を表す差分信号を、相関測定信号として導き出すための導出手段 を含むことを特徴とする制御システム。 ４．請求項３に記載の制御システムにおいて、差分信号を導き出すための上記導 出手段は、１番目の補助信号と、２番目及び３番目の補助信号の間の差との積を 計算する計算手段を含み、また該計算された積の連続的な平均値を計算する計算 手段を含むことを特徴とする制御システム。 ５．請求項１ないし４のうちのいずれか１項に記載の制御システムにおいて、Ｍ が１に等しいことを特徴とする制御システム。 ６．請求項１ないし５のうちのいずれか１項に記載の制御システム中で使用され る制御手段。 ７．１番目の補助信号に対し、２番目の補助信号及び３番目の補助信号は、それ ぞれ１番目及び２番目の時間間隔だけシフトされたものであり、上記１番目の時 間間隔の長さは或る基準の時間間隔より短い所定の期間であり、上記２番目の時 間間隔の長さは同じ或る基準の時間間隔より長い所定の期間であるところの、１ 番目、２番目、及び３番目の補助信号を生成するための遅延手段を有して成り、 また 一方を１番目の補助信号と２番目の補助信号との間の相関とし、もう一方を １番目の補助信号と３番目の補助信号との間の相関とするとき、この両者の差を 表す差分信号を導き出すための導出手段を有して成ることを特徴とする相関シス テム。 ８．請求項７に記載の相関システムにおいて、差分信号を導き出すための上記導 出手段は、１番目の補助信号と、２番目及び３番目の補助信号の間の差との積を 計算する計算手段を含み、また該計算された積の連続的な平均値を計算する計算 手段を含むことを特徴とする相関システム。