1ビットディジタル信号処理に基づくメカニカル制御の研究

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06452191
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 樋口 俊郎 東京大学, 工学部, 教授 (10111569)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡 宏一 東京大学, 工学部, 助手 (10160649) ; 黒澤 実 東京大学, 工学部, 助教授 (70170090)
• Keywords: 1ビットディジタル変調 / ロ-ビットレートコーディング / ディジタル制御 / ディジタル信号処理

Research Abstract

本年度は、1ビットディジタル変調回路の製作と信号処理回路の考案・シミュレーション・試作および、制御回路への応用と実験を行った。また、1ビット出力型の変位センサを考案し、試作を行った。
まず、信号処理回路に関しては、加減乗除算回路を考案し、シミュレーションによりその動作を検討した。加減算回路では、回路の試作も行い、信号同士の演算が時間遅れなしに実現されることを示した。乗除算回路は、信号に対して定数倍(p/q倍;p,qは自然数)するアルゴリズムを考案し、シミュレーションにより動作を確認した。さらに、信号の微積分回路につてもアルゴリズムを考案し、その動作をシミュレーションにより検討した。以上により、1ビット信号のままで、信号の4則演算と微積分が可能であることを明らかにした。
1ビットディジタル信号処理による制御系実現に関しては、ジンバル磁気軸受けを制御対象として実験を行った。1ビット信号処理回路としては、A/D変換回路と加算回路が使用可能であるので、実際に1ビット信号を用いたのは、変位信号と速度信号の加算部分と磁気回路の駆動部分とであった。残りの部分はアナログ信号のままとして最適レギュレータを構成した。本システムにおけるサンプリング周波数は500kHzとしたので、ほぼアナログ信号処理と同様な応答速度を実現した。また、磁気回路の駆動に関しては、PDM(パルス密度変調)方式の駆動回路で直接駆動を行い、良好な結果が得られた。
制御系のすべてを1ビット化する事を意図して、1ビットディジタル出力型の変位センサを考案・試作した。静電容量型の自励型センサで、変位による静電容量変化を発信周波数に変換することで、変位量をPDM(パルス密度変調)信号へと直接変換可能であることを理論と実験により示した。

Research Products

• [Publications] 瀬川将宣、樋口俊郎、黒澤実、岡宏一: "1ビットディジタル信号処理を用いた制御手法の提案" 1994年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集. 1029-1030 (1994)
• [Publications] 瀬川将宣、樋口俊郎、黒澤実、岡宏一: "1ビットディジタル信号処理を用いた制御システム" 第33回SICE学術講演会予稿集. 237-238 (1994)
• [Publications] 瀬川将宣、黒澤実、岡宏一、樋口俊郎: "制御システムにおける1ビットディジタル信号の演算に関する考察" 第11回SICE北海道支部シンポジウム「ディジタル信号処理と数値解析」. 27-28 (1994)
• [Publications] 瀬川将宣、黒澤実、岡宏一、樋口俊郎: "1ビットディジタル信号処理を用いた制御システム" 1994年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集. 851-852 (1994)
• [Publications] 瀬川将宣、黒澤実、岡宏一、樋口俊郎: "1ビットディジタル信号処理を用いた制御システム" 第37回自動制御連合講演会. 187-190 (1994)