なましフィルタ

トップ :: G 物理学 :: G01 測定;試験

【発明の名称】	なましフィルタ
【発明者】	【氏名】日比野良一【氏名】大澤正敬【氏名】鈴木俊成【氏名】河野克己
【要約】	【課題】制御系の安定性を確保しつつ入力の変化に素速く追従するなましフィルタを提供する。【解決手段】入力ｕ（ｎ）と出力ｙ（ｎ－１）との偏差の絶対値を順次小さな値に設定された閾値Ｓ１～Ｓｋと比較し（ステップ１～ｋ）、いずれかの閾値より大きいと判定すると、その閾値に対応する値をなまし係数ｆ（ｎ）に設定する（ステップ１１～１ｋ）。そして、設定されたなまし係数ｆ（ｎ）を用いて次式（１）により出力ｙ（ｎ）を計算して出力する（ステップ１００）。なまし係数ｆ（ｎ）は、閾値が小さくなるほど大きな値に設定されるから、偏差の絶対値が大きいときは小さな値が設定されて出力ｙが入力ｕに追従し、偏差の絶対値が小さいときは大きな値が設定されて出力ｙが安定するようになる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】入力される信号をなまして出力するなましフィルタであって、前記入力される信号および／または出力している信号に基づいてなましの程度を変更するなまし変更手段を備えるなましフィルタ。
【請求項２】前記なまし変更手段は、前記入力される信号の変化が大きいほど小さななましとなるよう前記なましの程度を変更する手段である請求項１記載のなましフィルタ。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、なましフィルタに関し、詳しくは、入力される信号をなまして出力するなましフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種のなましフィルタを用いる装置としては、車輪速に基づいて車速を演算する装置において、低車速領域にあるときには車速の演算の際のなましの程度を大きくするものが提案されている（例えば、特開平９－１９６９５４号公報など）。この装置では、低車速領域のなましの程度を大きくすることにより、車輪速センサの取り付け上のガタツキに起因する車輪速の変動が車速の演算に与える影響を小さくして、制御系の安定性を確保している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうした装置では、なましの程度を大きくしている領域でフィルタの入力に大きな変化がある場合、フィルタ出力の追従性が悪いため、真値への収束が遅いという問題があった。即ち、低車速領域で車輪速に大きな変化があった場合、正確な車速を演算できないばかりか、正確な車速への収束も遅いという問題があった。
【０００４】本発明のなましフィルタは、制御系の安定性を確保しつつ、入力の変化に素速く追従することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本発明のなましフィルタは、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】本発明のなましフィルタは、入力される信号をなまして出力するなましフィルタであって、前記入力される信号または出力している信号に基づいてなましの程度を変更するなまし変更手段を備えることを要旨とする。
【０００７】この本発明のなましフィルタでは、入力される信号および／または出力している信号に基づいてなましの程度を変更することができる。したがって、制御系の安定性と入力信号への追従性とを両立するよう変更するようにすることもできる。
【０００８】こうした本発明のなましフィルタにおいて、前記なまし変更手段は、前記入力される信号の変化が大きいほど小さななましとなるよう前記なましの程度を変更する手段であるものとすることもできる。こうすれば、入力される信号の変化が大きいときは、その変化に素速く追従し、入力される信号の変化が小さいときは、安定性を確保することができる。
【０００９】また、本発明のなましフィルタにおいて、前記なまし変更手段は、前記出力している信号に対する前記入力される信号の偏差が大きいほど小さななましとなるよう前記なましの程度を変更する手段であるものとすることもできる。出力している信号は入力された信号を反映するから、入力される信号の変化が大きいときは出力している信号に対する入力される信号の偏差が大きくなり、その変化に素速く追従し、入力される信号の変化が小さいときは出力している信号に対する入力される信号の偏差も小さくなり、安定性を確保することができる。
【００１０】さらに、本発明のなましフィルタにおいて、前記なまし変更手段は、少なくとも２段に亘ってなましの程度を変更する手段であるものとすることもできるし、連続的に変更する手段とすることもできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例であるなましフィルタ２０の構成の概略を示す構成図である。図示するように、実施例のなましフィルタ２０は、入力信号ｕとなましフィルタ２０からの出力信号ｙとを入力してフィルタ出力を演算するなまし演算器２２を備えている。なまし演算器２２は、ＣＰＵを中心としたワンチップマイクロプロセッサとして構成され、処理プログラムを記憶したＲＯＭやデータの一時記憶に用いられるＲＡＭを備える。
【００１２】図２は、実施例のなまし演算器２２により実行されるなまし演算処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、サンプリング周期毎に繰り返し実行される。本ルーチンが実行されると、なまし演算器２２では、まず、入力信号ｕと出力信号ｙとの偏差の絶対値を順次閾値Ｓ１やＳ２，Ｓ３，・・・，Ｓｋと比較する処理が行なわれる（ステップ１～ｋ）。ここで、閾値Ｓ１，Ｓ２，・・・，Ｓｋの設定は、センサの測定誤差の大きさを考慮して決定される。即ち、閾値Ｓ１，Ｓ２，・・・，Ｓｋは、センサの測定誤差が大きいときには大きく設定され、逆にセンサの測定誤差が小さいときには小さく設定される。なお、図２中の入力信号ｕや出力信号ｙの括弧書きの（ｎ）は、離散時間におけるｎ番目のサンプリングにおける値であることを意味する。いま、ｎ番目のサンプリングを考えているから、入力信号ｕについては現在値であることを意味し、出力信号ｙについてはこれから出力しようとしている値であることを意味している。
【００１３】入力信号ｕと出力信号ｙとの偏差の絶対値がいずれかの閾値より大きいと判定されると、その判定された閾値に対応する値がなまし係数ｆ（ｎ）に設定される（ステップ１１～１ｋ）。例えば、入力信号ｕと出力信号ｙとの偏差の絶対値が閾値Ｓ１より小さいが閾値Ｓ２より大きいときには、ステップ２で閾値Ｓ２より大きいと判定され、この閾値Ｓ２に対応するステップＳ１２で値２がなまし係数ｆ（ｎ）に設定されるのである。そして、設定されたなまし係数ｆ（ｎ）を用いて、次式（１）により出力信号ｙが計算され（ステップ１００）、本ルーチンを終了する。
【００１４】
ｙ（ｎ）＝ｙ（ｎ－１）＋（ｕ（ｎ）－ｙ（ｎ－１））／ｆ（ｎ）（１）
次に、この実施例のなましフィルタ２０を車載されたオートマチックトランスミッションのクラッチのスリップ制御系における各時間毎のＤＣゲインを推定する場合に適用した事例について説明する。図３は、スリップ制御系におけるＤＣゲインを推定する制御装置を例示するブロック図である。図示するように、この制御装置は、車載されたオートマチックトランスミッションを対象とする制御対象３０と、この制御対象３０の出力ｙｓとしてのクラッチのスリップ速度を目標値ｒｓに基づいてフィードバック制御するコントローラ３２とを備えるスリップ制御系に、コントローラ３２から出力される制御対象３０への指令値ｕｓと制御対象３０からの出力ｙｓとを入力して次式（２）によりＤＣゲインを演算するＤＣゲイン演算器３４と、ＤＣゲイン演算器３４からの出力を入力する実施例のなましフィルタ２０とが加えられている。
【００１５】
ＤＣゲイン（ｎ）＝Δｙｓ（ｎ）／Δｕｓ（ｎ）（２）
いま、スリップ制御系の目標値ｒｓとして１５０［ｒｐｍ］を中心として振幅が２０［ｒｐｍ］で制御系の離散時間とは異なる周期の矩形波の周期関数を入力したときを考える。このときのスリップ制御系における出力ｙｓと指令値ｕｓは、図４のように例示される。このとき、実施例のなましフィルタ２０の入力ｕと出力ｙは図５に例示するようになる。図５の出力ｙには、なまし係数ｆを値２に固定したなましフィルタを用いた場合となまし係数ｆを値４に固定したなましフィルタを用いた場合とを比較例として示した。なお、図４および図５を得るのに図２のルーチンにおいて、ｋ＝４とすると共に、各閾値と各閾値に対応するなまし係数は下記の値を用いた。
【００１６】Ｓ１＝０．２５，ｆ（ｎ）＝１Ｓ２＝０．１５，ｆ（ｎ）＝２Ｓ３＝０．１０，ｆ（ｎ）＝４Ｓ４＝０．００，ｆ（ｎ）＝８図示するように、実施例のなましフィルタ２０は、離散時間１～３のように、その入力ｕが大きく変化しても、それに出力ｙが追従しており、比較例のフィルタに比して高い追従性を示す。また、実施例のなましフィルタ２０は、離散時間３～９のように、入力ｕの変化が小さいときには、その変化を大きななまし係数を用いてなまして出力することにより、高い安定性を確保している。
【００１７】以上説明した実施例のなましフィルタ２０によれば、その入力が出力に比して大きな差をもって変化したときには、この変化に追従するよう出力し、入力が出力に比して小さな差をもって変化するときには、その変化をなまして出力することができる。即ち、入力の変化が大きいときには高い追従性を発揮することができると共に、入力の変化が小さいときには高い安定性を確保することができる。
【００１８】実施例のなましフィルタ２０では、入力信号ｕと出力信号ｙとの偏差の絶対値を順次閾値Ｓ１やＳ２，Ｓ３，・・・，Ｓｋと比較したが、入力信号ｕ（ｎ）と離散時間でいう一回前の入力信号ｕ（ｎ－１）との偏差の絶対値を順次閾値Ｓ１やＳ２，Ｓ３，・・・，Ｓｋと比較するものとしてもよい。この場合のなまし演算処理ルーチンを図６に例示する。なお、図６のなまし処理演算ルーチンのステップのうち図２のルーチンから変更したステップには、同一の番号に「’」を付して示した。このように、入力信号ｕと一回前の入力信号ｕ（ｎ－１）との偏差に基づいてもなまし処理を行なえるのは、出力信号ｙ（ｎ－１）が近似的に入力信号（ｎ－１）とみなすことができるからである。
【００１９】実施例のなましフィルタ２０では、なまし演算器２２をＣＰＵを中心としたワンチップマイクロプロセッサとして構成し、なまし演算処理ルーチンを実行することによりなまし処理を行なったが、複数の比較器を用いてハード的に構成してもよい。
【００２０】実施例のなましフィルタ２０では、具体例としてスリップ制御系のＤＣゲインの推定に適用した場合について説明したが、なましフィルタを用いる如何なる制御系にも適用することができるのは勿論である。
【００２１】以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

【出願人】	【識別番号】０００００３６０９【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所【識別番号】０００００３２０７【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
【出願日】	平成１１年７月３０日（１９９９．７．３０）
【代理人】	【識別番号】１０００７５２５８【弁理士】【氏名又は名称】吉田研二（外２名）
【公開番号】	特開２００１－４１９６７（Ｐ２００１－４１９６７Ａ）
【公開日】	平成１３年２月１６日（２００１．２．１６）
【出願番号】	特願平１１－２１６６５２