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JPH0732351B2 - デイジタルフイルタ - Google Patents
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JPH0732351B2 - デイジタルフイルタ - Google Patents

デイジタルフイルタ

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JPH0732351B2
JPH0732351B2 JP1918387A JP1918387A JPH0732351B2 JP H0732351 B2 JPH0732351 B2 JP H0732351B2 JP 1918387 A JP1918387 A JP 1918387A JP 1918387 A JP1918387 A JP 1918387A JP H0732351 B2 JPH0732351 B2 JP H0732351B2
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宰司 國平
総一郎 藤岡
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はサーボ系で用いるディジタルフィルタ、特にデ
ィジタルフィルタのサンプル周波数とフィルタの折点周
波数が大きく異なるディジタルフィルタに関するもので
ある。
従来の技術 近年、ディジタルフィルタはサーボの分野にも応用され
はじめている。
サーボ系で用いられる低域補償用のフィルタは(1)式
であらわされる伝達特性を持っている。
ここで、T1はフィルタの1/(折点角周波数)であり、s
はラプラス演算子である。
第3図はフィルタの伝達特性を示したボード線図であ
る。折点周波数F1から低い周波数まで1次すなわち20
[dB/decade]で増大し、折点周波数より高い周波数で
はゲイン一定(0[dB])となっている。このフィルタ
を用いることにより、サーボ系の定常的な偏差をなくす
ことができる。
次に、(1)式のフィルタを後進差分方式を用いてディ
ジタルフィルタとして表現すると(2)式となる。
ここで、Tはディジタルフィルタのサンプル周期であ
り、Z-1は1サンプル時間の遅れをあらわす。
第4図は、従来のディジタルフィルタの構成を示すブロ
ック図であり、1はサンプル周期ごとにデータが入力さ
れる入力端子であり、2は1の入力端子に入力されたデ
ータを格納する入力レジスタである。3はサンプル周期
ごとに入力される入力データを累算する累算レジスタ
(累算器と累算器の演算結果を格納するレジスタより構
成されている。)であり、4は1サンプル時間の遅延器
である。5は乗算器であり、6は乗算器5の乗算データ
を格納しているメモリである。7は累算レジスタ3のデ
ータとメモリ6に格納されている乗算データを乗算器5
によって乗算した乗算結果を格納するレジスタである。
8は累算レジスタ3の1サンプル遅れの出力とメモリ6
の乗算データとの乗算結果を格納しておくレジスタであ
る。9はレジスタ7の値からレジスタ8の値を減算する
減算器であり、10の減算器9の出力を格納しておく出力
レジスタであり、11は出力端子である。
以上のように構成されたディジタルフィルタについて、
以下その動作について説明する。
まず、入力端子1に入力されたデータが入力レジスタ2
に格納されると、累算レジスタ3は前のサンプル点まで
の累算値とレジスタ2の値を累算する。したがって、累
算レジスタ3の値をA、入力レジスタの値をBとすると
累算レジスタ3の累算結果は(3)式であらわされる。
Am=B+Am-1 ……(3) (mはm回目のサンプル点をあらわす。) つぎに、累算レジスタ3の1サンプル点前の値すなわち
遅延器4の出力値はAm-1となる。遅延器4の出力値とメ
モリ6に格納された乗算データbの乗算が乗算器5で行
われ、その乗算結果がレジスタ8に格納される。また、
累算器3とメモリ6に格納された乗算データaの乗算が
乗算器5で行われ、その乗算結果がレジスタ7に格納さ
れる。減算器9は、レジスタ7の格納データからレジス
タ8の格納データを減算し、その減算結果を出力レジス
タ10に出力する。出力レジスタ10の出力データが出力端
子11からディジタルフィルタの出力信号として出力され
る。
以上の動作による演算は(4)式であらわされる。
D=(a−bZ-1)*Am ……(4) ここで、Dは出力データである。
つぎに、(3)式をZ-1を用いてあらわすと(5)式と
なる。
(4)式に(5)式を代入すると(6)式となる。
(6)式において、a=1+T/T1,b=1とおくと(6)
式と(2)式は等しくなり、ディジタルフィルタが正し
く構成されているのがわかる。
このディジタルフィルタを例えばVTRのキャプスタンモ
ータのサーボに用いてF1=1.8[Hz]とすれば、T1=0.0
885となる。キャプスタンモータのサーボ系のサンプル
周波数すなわちディジタルフィルタのサンプル周波数を
1080[Hz]とするとT=0.926[msec]となる。その結
果、T/T1=10.47E-3となる。このときのキャプスタン・
サーボ系の応答周波数はサンプル周波数の1/12以下であ
る約80[Hz]としている。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、ディジタルフィル
タの折点周波数とサンプル周波数が大きく異なるための
乗算の係数が非常に小さくなる。そのため、ディジタル
フィルタを構成するレジスタや乗算器のビット数を大き
くして乗算の精度を確保しなければならないという問題
点を有していた。
本発明は上記問題点に鑑み、ディジタルフィルタのサン
プル周波数が折点周波数より非常に大きくても、乗算の
係数を異常に小さくすることなく、すなわちディジタル
フィルタを構成するレジスタや演算器のビット数を大き
くすることなしにディジタルフィルタの特性を確保せん
とするものである。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明のディジタルフィル
タは、サンプル周期ごとに入力データを格納する第1の
レジスタと、前記第1のレジスタに格納された入力デー
タをnサンプル周期(nは2以上の整数)にわたって加
算する第1の加算器と、その加算結果をnで除した平均
値をnサンプル周期ごとに累算する累算器と、その累算
結果を格納する第2のレジスタと、前記第2のレジスタ
の出力に第1の係数を乗算する乗算器と、前記乗算器の
乗算結果を格納する第3のレジスタと、サンプル周期ご
とに前記第1のレジスタの出力に前記第3のレジスタの
出力を加算する第2の加算器と、前記第2の加算器の出
力に第2の係数を前記乗算器に乗算せしめその乗算結果
を格納する第4のレジスタとを備えたことを特徴とする
ものである。
作用 本発明は上記した構成によって、低域補償用のディジタ
ルフィルタの比例項のサンプル周波数は変えないで累算
項のサンプル周波数をディジタルフィルタのサンプル周
波数より低くするように構成しているので、ディジタル
フィルタのサンプル周波数が折点周波数よりはるかに大
きくても、ディジタルフィルタの伝達特性を変えること
なく、ディジタルフィルタの乗算の係数が小さくならな
いように構成できる。すなわち、ディジタルフィルタの
レジスタや乗算器のビット数を大きくせずにディジタル
フィルタを構成することができる。
また、サンプルデータのn回の平均値をとったデータを
累算するため、サンプル周波数のn分の1の周波数より
高くサンプル周波数より低い周波数の外乱に対しても影
響を受けることなく低域補償の動作を行うことができ
る。
実施例 以下、本発明の一実施例のディジタルフィルタについて
図面を参照しながら説明する。
第1図は本発明の一実施例を示したブロック図である。
なお、第4図におけるものと同一のものには同一の符号
を付し、重複する説明は省略する。第1図において、12
はnサンプル周期にわたってn回の入力データを加算す
る加算器であり、その出力として加算結果をnで除する
ことにより得られた入力データの平均値を出力する。13
はnサンプル周期ごとに加算器12から出力される入力デ
ータの平均値を累算する累算レジスタ(累算器と累算器
の演算結果を格納するレジスタより構成されている。)
である。8は累算レジスタ3の出力とメモリ6の乗算デ
ータとの乗算結果を格納しておくレジスタである。14は
レジスタ2の値にレジスタ8の値を加算する加算器であ
り、10は加算器14の出力とメモリ6の乗算データの乗算
結果を格納しておく出力レジスタである。
以上のように構成されたディジタルフィルタについて、
以下第1図を用いてその動作について説明する。
まず、入力端子1に入力されたデータが入力レジスタ2
に格納される。加算器12は入力レジスタ2にサンプルデ
ータが格納されるごとに加算を行い、n回の加算が終了
した時点で、その加算結果をnで除してサンプルデータ
の平均値として出力する。そして、出力した時点で加算
器は‘0'にリセットされ、つぎのn回の加算に備える。
累算レジスタ13は加算器12がサンプルデータの平均値を
出力するごとに累算を実行する。したがって、累算レジ
スタ13が累算を行うのはnサンプル周期に1回である。
つぎに、累算レジスタ13において累算が行われるごと
に、累算レジスタ12の出力値とメモリ6に格納された乗
算データdの乗算が乗算器5で行われ、その乗算結果が
レジスタ8に格納される。したがって、乗算レジスタ12
とメモリ6との乗算もnサンプル周期に1回である。そ
して、乗算結果はつぎの乗算が行われるまでレジスタ8
に保持されている。
加算器14は、サンプル周期ごとに入力される入力データ
を保持しているレジスタ2の出力とnサンプル周期ごと
に乗算結果を保持するレジスタ8の出力を加算する。そ
の加算結果とメモリ6に格納された乗算データcの乗算
が乗算器5で行われ、その乗算結果が出力レジスタ10に
格納される。出力レジスタ10の出力データが出力端子11
から出力される。
第1図の構成のディジタルフィルタの伝達特性は(7)
式であらわされる。
ここで、cは全体のゲインを決める係数であり、(2)
式と同じにすればc=1となる つぎに、第2図は(7)式の伝達特性をボード線図に示
したものであり、第2図のf1は(7)式の第1項目であ
る比例項をあらわし、f2は(7)式の第2項目である積
分項(累積項)をあらわしている。(7)式の伝達特性
は、第2図のf1とf2の和であらわされ、f3のようにな
る。
このディジタルフィルタを従来例と同じようにVTRのキ
ャプスタンモータのサーボに用いる。ディジタルフィル
タの折点周波数F1、サーボ系のサンプル周波数は同じと
する。すなわち、F1=1.8[Hz]より、T1=0.0885であ
り、キャプスタンモータのサーボ系のサンプル周波数す
なわちディジタルフィルタのサンプル周波数は1080[H
z]である。ここで、積分項と比例項のサンプル周波数
の比を決めるnを6とすると積分項のサンプル周波数は
180[Hz]となるので、積分項のサンプル周期はT=5.5
55[msec]となる。その結果、T/T1=62.77E-8となり、
サンプル周波数が1080[Hz]のときに比べ6倍となる。
したがって、乗算の係数T/T1をディジタルフィルタのサ
ンプル周波数を一定としたときに比べ大きくできるの
で、ディジタルフィルタを構成するレジスタや乗算器の
ビット数を小さくすることができる。
このように、ディジタルフィルタの比例項と積分項のサ
ンプル周波数を変えてもフィルタの特性は変化しない。
折点周波数F1[Hz]以上の周波数でのキャプスタンモー
タの応答は、(7)式の比例項に依存する。したがっ
て、折点周波数以上でのキャプスタンモータの応答性を
確保するため比例項のサンプル周波数を低くすることは
できず、サーボ系のサンプル周波数と同じ周波数にして
いる。
しかし、折点周波数F1[Hz]以下の周波数では、キャプ
スタンモータの応答は積分項によるので、積分項のサン
プル周波数をサーボ系のサンプル周波数ほど高くする必
要はなく、F1[Hz]より十分高い周波数に設定すればな
んら問題はない。したがって、本実施例では、折点周波
数F1=1.8[Hz]に対して、積分項のサンプル周波数を
折点周波数F1より十分高い周波数である180[Hz]とし
ている。
また、キャプスタン・サーボ系の応答周波数が約80[H
z]に対して、積分項のサンプル周波数をそれよりも高
い180[Hz]としているので、ディジタルフィルタの折
り返し等による問題も生じない。
さらに、サンプル周期のn回にわたってサンプルデータ
を加算して、その加算値をnで除して平均化しているの
でサンプル周波数のn分の1より高くサンプル周波数よ
り低い周波数の外乱に対しても本発明のディジタルフィ
ルタは正常な低域補償フィルタとして動作する。
例えば、サンプルデータがサンプル周波数の2分の1の
周波数で変化している場合、サンプル周期の2回に1回
サンプルデータの累算を行うとすると、累算を行ってい
る方のサンプルデータを基準の値にするようにディジタ
ルフィルタの低域補償が動作する。したがって、本来の
基準値と異なった値でサーボ系が動作してしまうことに
なり好ましくない。(モータに取り付けられた速度発電
機の出力信号の周波数を高くするために出力信号を2逓
倍して用いるときに、出力信号の2逓倍後の信号のデュ
ーティ比が50:50にならなかった場合に生じる。) しかし、本発明のようにサンプルデータを加算し、そし
てその加算結果を平均化したデータを累算するようにし
ておけば、上記のような問題は起こらずに正常に動作す
る。すなわち、サンプルデータを平均化することによ
り、平均化する周波数(累算する周波数)より高くサン
プル周波数より低い周波数の外乱は軽減され、低域補償
が正常にかかり、正規の基準値でサーボ系が動作する。
以上のように、ディジタルフィルタの比例項と積分項の
サンプル周波数を同一の周波数とせずに応答の遅い積分
項のサンプル周波数を比例項のサンプル周波数より低く
することにより、乗算の係数をディジタルフィルタのサ
ンプル周波数を一定としたときに比べ大きくできるの
で、ディジタルフィルタを構成するレジスタや乗算器の
ビット数を小さくすることができる。また、累算データ
をn回のサンプルデータの平均値として用いるため累算
の周波数より高くサンプル周波数より低い周波数の外乱
の影響を軽減することができ、サーボ系として好ましい
ディジタルフィルタである。
なお、本実施例ではデータの格納にレジスタを用いた
が、マイクロプロセッサなどを用いて構成する場合はメ
モリを用いてもなんらさしつかえない。また、乗算器も
ソフトウェアで構成すれば必要ではなく、加算器とメモ
リによって構成してもよい。
発明の効果 以上のように本発明は、サンプル周期ごとに入力データ
を格納する第1のレジスタと、前記第1のレジスタに格
納された入力データをnサンプル周期(nは2以上の整
数)にわたって加算する第1の加算器と、その加算結果
をnで除した平均値をnサンプル周期ごとに累算する累
算器と、その累算結果を格納する第2のレジスタと、前
記第2のレジスタの出力に第1の係数を乗算する乗算器
と、前記乗算器の乗算結果を格納する第3のレジスタ
と、サンプル周期ごとに前記第1のレジスタの出力に前
記第3のレジスタの出力を加算する第2の加算器と、前
記第2の加算器の出力に第2の係数を前記乗算器に乗算
せしめその乗算結果を格納する第4のレジスタを設ける
ことにより、ディジタルフィルタを構成するレジスタや
乗算器のビット数を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例におけるディジタルフィルタ
のブロック図、第2図は第1図のディジタルフィルタの
伝達特性をあらわすボード線図、第3図は従来のディジ
タルフィルタの伝達特性をあらわすボード線図、第4図
は従来のディジタルフィルタのブロック図である。 2,8,10……レジスタ、5……乗算器、6……メモリ、13
……累算レジスタ、12,14……加算器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】サンプル周期ごとに入力データを格納する
    第1のレジスタと、前記第1のレジスタに格納された入
    力データをnサンプル周期(nは2以上の整数)にわた
    って加算する第1の加算器と、その加算結果をnで除し
    た平均値をnサンプル周期ごとに累算する累算器と、そ
    の累算結果を格納する第2のレジスタと、前記第2のレ
    ジスタの出力に第1の係数を乗算する乗算器と、前記乗
    算器の乗算結果を格納する第3のレジスタと、サンプル
    周期ごとに前記第1のレジスタの出力に前記第3のレジ
    スタの出力を加算する第2の加算器と、前記第2の加算
    器の出力に第2の係数を前記乗算器に乗算せしめその乗
    算結果を格納する第4のレジスタとを備えたことを特徴
    とするディジタルフィルタ。
JP1918387A 1987-01-29 1987-01-29 デイジタルフイルタ Expired - Lifetime JPH0732351B2 (ja)

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