真空モータの翼通過周波数騒音を抑制する制御系における参照信号の生成

0808
真空モータの翼通過周波数騒音を抑制
する制御系における参照信号の生成
Implementation of reference signal in active noise
control system for blade passing frequency noise
of vacuum motor
○川崎
石山
小林
根本
健史(長岡技科大)
亜弓(長岡技科大)
泰秀(長岡技科大)
伸治(山本電気(株))
背景
翼通過周波数騒音(NZ音)
ステータ壁
ロータの翼から排出された
高速高圧の空気がステータ
の壁に衝突することで発生
真空モータにおいて
吸気音や排気音に
比べて大きい
ロータ翼
翼通過周波数
モータ回転周波数Nとロータの翼枚数Zの積
実験で用いた真空モータの翼枚数
Z=８枚
1次
3.5[kHz]
モータ回転周波数
N＝440Hz
約3.5kHzの1次音
及びその整数倍音
が発生
2次
7.0[kHz]
3次
10.5[kHz]
背景
能動騒音制御を行うためには，騒音に相関を持つ
信号が必要
従来研究
リファレンスマイクにより騒音を取得する
[朱 ,金 1994]
ファンの回転周波数をセンサにより取得する
[Wu,Bai 2001]
機械的に騒音成分を含む信号を作成する
[Kuo,Morgan 1996]
ハードウェアによる参照信号を使用して，
騒音の抑制を行われている
背景
掃除機モータにはまだ能動騒音制御
は実用化されていない
参照信号を得るためにハードウェアを
追加する必要がある
安価で,かつシステムの簡単化が
必要とされている
目的
•モータ回転信号から騒音成分を含む参照
信号をディジタル信号処理により生成する
モータ回転信号に同期，翼枚数に一致する
周波数の参照信号を生成する
•生成した参照信号を用いた適応制御系の
騒音制御性能を検討する
LMSアルゴリズムに基づく適応制御について
実験的に検討する
実験装置の概要
スピーカ
Fostex
FT17H
L=1000
l1=660
コンデンサ
マイク
D=φ150
騒音
制御音
Preamp.
dsPIC30F4013
Microchip
ワンチップマイコン
安価で高速な積
和演算が可能，
A/D変換機能を
内蔵
PA
LPF
コントローラ
(dsPIC)
LPF
D/A
スピーカ駆動信号
モータ回転信号
A/D
PC2
PC1
参照信号生成法
モータ回転信号から直接ディジタル信号処理に
より参照信号を生成
モータ回転周波数の翼枚数倍の騒音の低減が目的
デューティー比25%の矩形波信号は基本周波数成分と
その整数倍成分を含む信号[Kuo,Morgan 1996]
T
4T
デューティー比25%でモータ回転周波数の８倍の周波
数を持つ参照信号が必要
参照信号生成法
利用可能な信号：モータ回転信号
真空モータのホール素子による回転に
同期した矩形波
参照信号生成部はモータ回転信号により
割り込み処理を行う
生成した参照信号はメインルーチンに使用
・メインルーチン
エラーマイク信号をA/D変換
ＬＭＳアルゴリズムの実行
適応フィルタの出力をD/A変換
参照信号生成法
T1(N1)
・モータ回転周期計測
ルーチン
モータ回転周期をタイマ
r(t)
でカウントする(N1)
N1を5ビット右シフトし
T8(N8)
N32とする
・参照信号生成ルーチン
周期T32毎に実行
x(t)
4回に1回x=1とする
それ以外はx=0とする
T32(N32)
適応制御系
d (n )
モータ回転信号 r (n)
dsPIC
で実装
y (n)
e(n)
y(n)
x(n)
騒音信号eを小さくすることが目的
１次経路Pはモータ回転信号r から，２次経路Sは
FIRフィルタ出力yからエラーマイク出力までの動特性
モータ回転信号r から参照信号生成部Ｆを介し,
制御音駆動信号y を生成し，スピーカを駆動する
適応制御系
d (n )
モータ回転信号 r (n)
dsPIC
で実装
y (n)
e(n)
y(n)
x(n)
LMSアルゴリズムはFIRフィルタ係数を下式で更新する
hm (n  1)  hm (n)  x(n  m)e(n)
n : 時刻
hm : FIRフィルタ係数(32次)
 : 適応係数
x : 参照信号
e : エラーマイク信号
適応制御系
d (n )
モータ回転信号 r (n)
dsPIC
で実装
y (n)
e(n)
y(n)
x(n)
一般的なFiltered-x LMSアルゴリズムとの違い
参照信号としてリファレンスマイクを用いない
参照信号生成部Fによりモータ回転信号から
参照信号を生成する
周期騒音の低減が目的で,２次経路の推定は行わない
適応制御実験条件
dsPICの設定
クロック 96[MHz]
メインルーチン動作周期 25[μsec]
FIRフィルタのタップ長 32
適応係数 0.0107
PCの設定
A/D変換サンプリング周波数 80[kHz]
適応制御実験結果(430Hz)
10-1
1次翼通過周波数:3440Hz
制御ON:60秒後から210秒まで
35%
抑制
10-2
300
250
制御
OFF
200
150
100
制御
ON
50
0
制御
OFF
Time[sec]
Time[sec]
0
Frequency[Hz]
適応フィルタ係数(430[Hz])
0
11点
3.6[kHz]
-0.01
#1
#2
#3
#4
#5
Coefficient hm
-0.02
-0.03
hm -0.04
-0.05
適応フィルタに
より参照信号の
ゲインと位相が
調整
-0.06
-0.07
-0.08
0
適応フィルタの
周期性は生成
した参照信号
の周期
5
10
15
20
m
Tap m
25
30
35
Tm : メインルーチンの周期
１
フィルタの周波数 F 
Tm  num num : １周期のタップ数
信号の時間応答(430[Hz])
0.1
Value
0.05
timer count with control
timer count without control
e with control
e without control
x with control
x without control
騒音信号eが
低減
0
参照信号が
回転信号の
８倍の周波数
-0.05
-0.1
0
20
40
60
80
100
120
time(×25)[μsec]
140
160
180
適応制御実験結果(440[Hz])
1次翼通過周波数:3520Hz
制御ON:60秒後から210秒まで
510%
増大
10-1
300
250
制御
OFF
200
150
100
制御
ON
50
0
0
制御
OFF
Time[sec]
Frequency[Hz]
0
Time[sec]
適応フィルタ係数(440[Hz])
1
11点
3.6[kHz]
#6
#7
#8
#9
#10
係数の値が大
Coefficient hm
0.5
1次翼通過
周波数成分
で発振
hm 0
-0.5
-1
0
5
10
15
m
Tap m
20
25
30
35
信号の時間応答(440[Hz])
0.1
Value
0.05
timer count with control
timer count without control
e with control
e without control
騒音信号eが
参照信号の
周波数で増大
x with control
x without control
0
参照信号は
正常に8倍の
周波数で生成
-0.05
-0.1
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
time(×25)[μsec]
参照信号の生成には問題無し
適応制御系のハウリングによる発振
結言
•モータ回転信号から騒音成分を含む参照信号を
ディジタル信号処理により生成する方法を提案し，
参照信号が正常に生成されることを確認した
•特定のモータ回転数において，１次翼通過周波数騒音
振幅が30 ％程度抑制され，参照信号が翼通過周波数
騒音の低減に有効であることを示した
今後の課題として開ループ制御があらゆる回転数に
有効か,タップ長を2として制御可能か,簡単化を行い
検討する

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