音場の状態フィードバック制御システムの開発に関する研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13750554
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Research Institution: 九州芸術工科大学
• Principal Investigator: 鮫島 俊哉 九州芸術工科大学, 芸術工学部, 講師 (00298192)
• Keywords: アクティブノイズコントロール / フィードバック制御 / 有限要素法 / H∞制御理論

Research Abstract

1.制御対象としての音場をシステムモデル化する方法について検討した。マイクロホンおよびスピーカの動作方程式と,波動方程式に有限要素法を適用して得られた多自由度系の運動方程式を連成させることにより,電気音響変換器系も含めた任意形状の3次元音場をプラントとして扱うことのできる方法を提案した。
2.先に提案されている状態フィードバック制御を実音場に適用する際に,有限要素法によってモデル化することのできない高次モードの影響により,制御効果の劣化あるいは制御システムの発散が生じるという問題があることを計算機シミュレーションにより明らかにした。この問題を解決するため,モデル化誤差に対してロバストな制御系を設計することのできるH∞制御理論を新たに導入することを試みた。建築音響におけるH∞制御の具体的な応用例として,一般室内における音響モード制御を想定し,H∞制御器設計のための定式化を行った。具体的には,制御器を設計する際に評価関数として扱われるH∞ノルムを,音場内の音響エネルギに関連づけるような定式化を行った。
3.制御器設計のための定式化の妥当性を確認するため,音響モード制御の計算機シミュレーションを行ったその結果,有限要素法によってモデル化することのできなかった高次モードについては悪影響を与えずに,低次の幾つかのモードにおける音響エネルギを低減させることができるという所望の効果が得られた。
4.提案した制御手法の妥当性を確認するため,音響モード制御に関する基礎的実験を行った。まず制御対象となる模型音場を製作し,さらにDigital Signal Processorを用いて基礎的実験用の試作制御システムを構成した。制御実験の結果,計算機シミュレーションによって得られた結果とほぼ同様の結果が得られた。