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

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06452191
• Research Institution: UNIVERSITY OF TOKYO
• Principal Investigator: 樋口 俊郎 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (10111569)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡 宏一 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (10160649) ; 黒澤 実 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (70170090)
• Keywords: 1ビットディジタル信号 / ΔΣ変調 / ディジタル制御 / ディジタル信号処理 / ノイズシェイピング / サーボ機構 / パルス密度変調

Research Abstract

1ビットディジタル信号処理回路の試作および、DSP出の演算処理の検討と実験、制御回路への応用と実験を行った。
まず、信号処理回路に関しては、乗除算と積分回路を試作し、その動作を検討した。乗除算回路は、信号に対して定数倍(p/q倍;p,qは自然数)する回路を試作し、その演算精度と遅延時間について検討した。さらに、信号の積分回路について試作し、その動作を実証した。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。さらに、1ビット信号同志の乗算のアルゴリズムを開発し、シミュレーションによりそのアルゴリズムの正しさを実証した。
1ビットディジタル信号をより簡単に処理するために、DSP(ディジタメ・シグナル・プロセッサ)を用いた信号処理を検討した。通常のマルチビット用(16ビットデータバス幅)の固定小数点演算DSPを使い、ソフトウェアによる実装を試みた。その結果、専用ハードウエアでない分、演算に要するステップ数は増加するが、処理の効率化により高速に演算の実現できることを示した。
さらに、DSPを用いた信号処理系を用いて、ジンバル磁気軸受を制御対象として制御実験を行った。1ビット信号処理回路としては、A/D変換回路と増幅・加算演算が使用可能であるので、変位信号と速度信号の重み付け(増幅)加算と磁気回路の駆動部分した。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ディジタル信号により実現した。

Research Products

• [Publications] 福井隆之,黒澤実,岡宏一,樋口俊郎: "1ビットディジタル出力形変位センサの試作" 精密工学会学術講演会論文集. 227-228 (1995)
• [Publications] 福井隆之,黒澤実,岡宏一,樋口俊郎: "1ビットディジタル増幅器の試作" 自動制御連合講演会. 107-108 (1995)
• [Publications] 黒澤実,瀬川将宣,岡宏一,樋口俊郎: "1ビットディジタル信号処理によるジンバル磁気軸受の制御" 自動制御連合講演会. 109-110 (1995)
• [Publications] 黒澤実,福井隆之,岡宏一,樋口俊郎: "1bitディジタル信号の増幅/減衰回路" 日音講論集. (1996)