JPH11344983A

JPH11344983A - アクティブ騒音抑制制御装置

Info

Publication number: JPH11344983A
Application number: JP10154678A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Sano; 久佐野; Shuichi Adachi; 修一足立
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1998-06-03
Filing date: 1998-06-03
Publication date: 1999-12-14

Abstract

(57)【要約】【課題】スミス法を適用したアクティブ騒音抑制制御装
置を提供する。【解決手段】騒音抑制対象音場４１内に設けた騒音打ち
消しのためのアクチュエータから騒音抑制対象音場４１
内に設けた騒音検出手段までの伝達関数をＰｃ（ｓ）ｅ
ｘｐ（−τｓ）としたとき伝達関数Ｐｃ（ｓ）の補償器
２１と伝達関数ｅｘｐ（−τｓ）の補償器３１とが直列
接続された局所フィードバック補償器５１を備え、騒音
検出手段の出力から局所フィードバック補償器５１の出
力を減算器６２にて減算し、減算出力と補償器２１の出
力を加算器６３にて加算し、加算出力をフィードバック
コントローラ６１の入力とし、フィードバックコントロ
ーラ６１の出力の極性反転出力をアクチュエータおよび
局所フィードバック補償器５１の入力とすることによ
り、騒音抑制対象音場４１はあたかもむだ時間のない騒
音抑制対象音場と見做すことができて、低次のフィード
バックコントローラにより騒音の抑制制御が行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアクティブ騒音抑制
制御装置に関し、さらに詳細にはフィードバック制御に
よるアクティブ騒音抑制制御装置に関する。

【０００２】本明細書においては、アクティブ騒音抑制
制御をＡＮＣとも記し、騒音には振動をも含むものとす
る。

【０００３】

【従来の技術】フィードバック制御によるアクティブ騒
音抑制制御方法として、特開平９−２５８７４７号に開
示されたものがある。

【０００４】これは、再生音によって騒音を打ち消すた
めの音源としてのスピーカと、スピーカによる再生音と
騒音との差の音に基づく誤差信号を検出する騒音検出手
段であるエラーセンサとしてのマイクロフォンとを、プ
ラントとしての騒音抑制対象音場に設け、スピーカから
発生する再生音によって騒音をキャンセルするものであ
る。

【０００５】さらに詳細には、上記したアクティブ騒音
抑制制御方法では、騒音抑制対象音場をプラントに対応
させ、プラントの伝達関数に近似した伝達関数を有する
モデルであるインターナルモデルを騒音抑制対象音場に
並列に設け、マイクロフォンからの出力とインターナル
モデルからの出力との差を求めて、該差をＩＭＣフィル
タを含むフィードバックコントローラに供給して、フィ
ードバックコントローラの出力に基づいてスピーカを駆
動するとともに、フィードバックコントローラの出力を
インターナルモデルに供給している。

【０００６】ここで、騒音抑制対象音場の伝達関数が騒
音抑制対象音場の波動方程式から得られる伝達関数のう
ち内乱要因および外乱要因による変動量を加法的摂動と
して周波数に対して予め近似設定し、該近似設定された
値とスピーカからマイクロフォンまでの距離とＩＭＣフ
ィルタの伝達関数との積の絶対値が１未満となるように
ＩＭＣフィルタの可変パラメータを設定し、設定された
可変パラメータに基づいて騒音抑制対象音場内の騒音を
抑制制御するものである。

【０００７】上記のアクティブ騒音抑制制御方法による
ときは、フィードバック系の安定性の確保に有効であ
り、かつプラントの伝達関数の変動を考慮したロバスト
制御を適用できる点で効果がある。

【０００８】しかし、アクティブ騒音抑制制御の場合、
騒音打ち消し音源から騒音検出手段までの間に距離遅延
が存在するために、系にむだ時間が存在する。すなわ
ち、この騒音抑制対象音場はむだ時間システムとして扱
う必要がある。

【０００９】このために、フィードバックコントローラ
の設計のためには、無限次元システムであるむだ時間系
を有理多項式で近似する必要がある。このためむだ時間
を、パデの近似を用いて近似することになる。ここで、
むだ時間の精度を得るために高次の近似式を用いると有
理多項式の次数が増加して、フィードバックコントロー
ラの次数も高次となるという問題点がある。

【００１０】したがって、アクティブ騒音抑制制御装置
の実装化時に、多くの演算を必要とするため高性能のプ
ロセッサが必要となるという問題点があり、このため
に、コスト高になるという問題点も生じる。

【００１１】一方、インターナルモデルコントローラの
特別な場合として、制御対象のモデルを用いた局所フィ
ードバック補償によってむだ時間の影響を除去すること
ができるスミス法が知られており、インターナルモデル
コントローラの場合と同様に、むだ時間システムの代表
である化学プラントで広く用いられている。

【００１２】図６にスミス法による場合の従来のブロッ
ク線図を示す。

【００１３】従来のスミス法は、プラント４と同一の伝
達関数に設定された局所フィードバック補償器５を備え
て、局所フィードバック補償器５はむだ時間要素のない
伝達関数を有する補償器２とむだ時間要素を構成する補
償器３とからなり、コントローラ１からの出力に外乱が
加わった信号はプラント４および局所フィードバック補
償器５に供給し、プラント４の出力から局所フィードバ
ック補償器５の出力を減算し、該減算出力と目標値との
偏差から補償器２の出力を減算し、該減算出力をコント
ローラ１に入力するように構成されている。

【００１４】ここで、コントローラ１の伝達関数をＣ′
（ｓ）、プラント４の伝達関数をＰｃ′（ｓ）ｅｘｐ−
（τ′ｓ）（プラント４のむだ時間をτ′で示す）、補
償器２の伝達関数をＰｃ′（ｓ）、補償器３の伝達関数
をｅｘｐ（−τ′ｓ）、目標値をＲ（ｓ）、外乱をＤ
（ｓ）、プラント４の出力をＥ（ｓ）としたとき、目標
値Ｒ（ｓ）からプラント４の出力Ｅ（ｓ）までの伝達関
数Ｇ１（ｓ）は下記の（１）式のように表される。ｓは
ラプラス演算子を示す。

【００１５】

【数１】

【００１６】（１）式から明らかなように、プラント４
の出力Ｅ（ｓ）から局所フィードバック補償器５の出力
の減算および該減算出力Ｙ（ｓ）と目標値Ｒ（ｓ）との
偏差から補償器２の出力の減算により、伝達関数Ｇ１
（ｓ）の分母にむだ時間要素が含まれない。このために
コントローラ１の設計が容易となる。

【００１７】また、図６に示す構成のスミス法を用いる
とき、外乱Ｄ（ｓ）からプラント４の出力Ｅ（ｓ）まで
の感度関数Ｓ１（ｓ）は下記の（２）式のように表わさ
れる。

【００１８】

【数２】

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、アクティブ騒
音抑制制御に上記した従来のスミス法を適用したとき
は、感度関数Ｓ１（ｓ）の分母にはむだ時間要素が現わ
れないが、分子にはむだ時間要素が現われる。分子にむ
だ時間要素が現われることにより、線形２次形式最適
（ＬＱ）制御、Ｈ無限大制御などのフィードバック制御
理論が直接適用できないという問題点があった。

【００２０】しかも図６に示すように、従来のスミス法
は目標値追従型の構成であることに加え、外乱がプラン
トの入力部に加わる構成になっているため（ＡＮＣでは
外乱がマイクロフォンの入力、すなわちプラントの出力
部に加わる構成になっているため）、アクティブ騒音抑
制制御に直接スミス法が適用できないという問題点があ
る。

【００２１】本発明は、スミス法を適用したアクティブ
騒音抑制制御装置を提供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明にかかるアクティ
ブ騒音抑制制御装置は、騒音抑制対象音場内に設けた騒
音打ち消しのためのアクチュエータから騒音抑制対象音
場内に設けた騒音検出手段までの伝達関数をＰｃ（ｓ）
ｅｘｐ（−τｓ）（ｓはラプラス演算子、τはアクチュ
エータから騒音検出手段までのむだ時間）としたとき伝
達関数Ｐｃ（ｓ）の第１補償器と伝達関数ｅｘｐ（−τ
ｓ）の第２補償器とが直列接続された局所フィードバッ
ク補償器と、騒音検出手段の出力から局所フィードバッ
ク補償器の出力を減算する減算器と、減算器の出力と第
１補償器の出力を加算する加算器と、加算器の出力を入
力とするフィードバックコントローラとを備え、フィー
ドバックコントローラの出力の極性反転出力を騒音打ち
消しのためのアクチュエータへの入力および局所フィー
ドバック補償器への入力とすることを特徴とする。

【００２３】本発明にかかるアクティブ騒音抑制制御装
置は、騒音抑制対象音場内に設けた騒音打ち消しのため
のアクチュエータへの入力と局所フィードバック補償器
への入力がフィードバックコントローラからの出力の極
性反転出力とされ、騒音検出手段の出力から局所フィー
ドバック補償器の出力が減算器にて減算され、該減算出
力と第１補償器の出力とが加算器にて加算されてフィー
ドバックコントローラの入力とされるために、騒音検出
手段の出力端から加算器の出力端までの伝達関数の分母
および分子にむだ時間要素が含まれず、騒音抑制対象音
場はあたかもむだ時間のない騒音抑制対象音場と見做す
ことができて、フィードバックコントローラを低次のフ
ィードバックコントローラで構成することができ、低次
のフィードバックコントローラを用いて騒音の抑制制御
が行えることになる。

【００２４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の一形態にか
かるアクティブ騒音抑制制御装置のブロック線図であ
る。

【００２５】図１に示すように、本発明の実施の一形態
にかかるアクティブ騒音抑制制御装置は、騒音抑制対象
音場４１内に設けられた音源と騒音抑制対象音場４１内
に設けられた騒音検出手段との間にＰｃ（ｓ）ｅｘｐ
（−τｓ）の伝達関数を有する騒音抑制対象音場４１に
おける騒音を抑制制御する。

【００２６】本発明の実施の一形態にかかるアクティブ
騒音抑制制御装置は、騒音抑制対象音場４１内の音源へ
の入力Ｖ（ｓ）が供給される局所フィードバック補償器
５１を備えている。局所フィードバック補償器５１は伝
達関数Ｐｃ（ｓ）を有する補償器２１と伝達関数ｅｘｐ
（−τｓ）のむだ時間要素の補償器３１とを直列接続し
て構成してある。

【００２７】ここで、騒音抑制対象音場４１はプラント
に対応し、音源は騒音抑制対象音場４１内に設けた騒音
打ち消しのためのアクチュエータに対応し、補償器２１
は特許請求の範囲の記載における第１補償器に対応し、
補償器３１は特許請求の範囲の記載における第２補償器
に対応している。

【００２８】また、局所フィードバック補償器５１の伝
達関数は騒音抑制対象音場４１内に設けられた騒音打ち
消し音源と騒音抑制対象音場４１内に設けられた騒音検
出手段との間の伝達関数に同定してある。

【００２９】騒音抑制対象音場４１内に設けられた騒音
検出手段の出力に外乱Ｄ（ｓ）が加算された加算出力Ａ
（ｓ）から局所フィードバック補償器５１の出力Ｆ
（ｓ）を減算器６２にて減算し、該減算出力Ｊ（ｓ）に
補償器２１の出力Ｋ（ｓ）を加算器６３にて加算した加
算出力Ｍ（ｓ）をフィードバックコントローラ６１に供
給し、フィードバックコントローラ６１からの出力の極
性を反転して入力Ｖ（ｓ）として騒音抑制対象音場４１
内に設けられた音源および局所フィードバック補償器５
１に入力として供給するように構成してある。

【００３０】上記のように構成した本発明の実施の一形
態にかかるアクティブ騒音抑制制御装置において、外乱
Ｄ（ｓ）の入力点から加算器６３の出力点（Ｍ（ｓ））
までの伝達関数Ｇ２（ｓ）は、下記の（３）式のように
なる。

【００３１】

【数３】

【００３２】また、外乱Ｄ（ｓ）の入力点から加算器６
３の出力点（Ｍ（ｓ））までの伝達関数を感度関数Ｓ２
（ｓ）というため、感度関数Ｓ２（ｓ）も（３）式のよ
うになる。

【００３３】（３）式から明らかなように、（３）式の
分母にも分子にもむだ時間要素が現われない。したがっ
て、むだ時間の補償が行われて、あたかも本発明の実施
の一形態にかかるアクティブ騒音抑制制御装置はむだ時
間がないように取り扱えることが判る。

【００３４】このように、伝達関数Ｇ２（ｓ）がむだ時
間のない有理多項式で構成されているために、直接、フ
ィードバック制御理論の適用が可能となって、本発明の
実施の一形態にかかるアクティブ騒音抑制制御装置のフ
ィードバックコントローラ６１を、ＬＱ制御やＨ無限大
制御などの制御理論により設計できるだけでなく、ＰＩ
Ｄ動作のコントローラなどの低次元のコントローラにて
設計することもできる。

【００３５】

【実施例】次に本発明にかかるアクティブ騒音抑制制御
装置の実施例について説明する。

【００３６】本実施例は本発明の実施の一形態にかかる
アクティブ騒音抑制制御装置を車室内の騒音を抑制制御
する場合に適用した例である。

【００３７】図２（Ａ）、（Ｂ）、図３および図４は本
発明にかかるアクティブ騒音抑制制御装置の実施例を車
両に適用したときにおける車両の模式側面図、模式平面
図、制御ブロック図およびブロック線図である。

【００３８】本発明の一実施例では騒音抑制対象音場４
１に対応する車室内に騒音を打ち消すためのアクチュエ
ータに対応する音源としてのスピーカを設け、スピーカ
からの発生音である打ち消し音にて打ち消されずに残っ
ている残留音を検出する騒音検出手段に対応するエラー
センサとしてのマイクロフォンを車室内に設けて残留音
を検出して、マイクロフォンの出力に基づいてスピーカ
を駆動する。

【００３９】図２（Ａ）および（Ｂ）に示すように車室
４１Ａの後部座席４０ａおよび４０ｂの後の所定位置に
それぞれスピーカ４２ａおよび４２ｂが各別に設けてあ
るとともに、後部座席４０ａのヘッドレスト位置近傍の
所定位置および後部座席４０ｂのヘッドレスト位置近傍
の所定位置にマイクロフォン４３ａおよび４３ｂがそれ
ぞれ各別に設けてある。

【００４０】図２（Ａ）および（Ｂ）に示す本発明にか
かるアクティブ騒音抑制制御装置の実施例では、アクテ
ィブ騒音抑制制御装置が車室４１Ａの右側用と左側用と
にそれぞれ独立している場合であって、１座席について
みれば図３に示す如く１入力１出力フィードバックシス
テムとなる。なお、図３において、符号１０は後記の制
御装置を示している。

【００４１】ここで、車室４１Ａは騒音抑制対象音場４
１に対応しており、互いに対応するスピーカ４２ａとマ
イクロフォン４３ａの一対の場合をブロック線図で例示
すれば図４のように表示でき、スピーカ４２ａとスピー
カ４２ａに対応するマイクロフォン４３ａとの間におけ
る車室４１Ａの伝達関数およびスピーカ４２ｂとスピー
カ４２ｂに対応するマイクロフォン４３ｂとの間におけ
る車室４１Ａの伝達関数はともにＰｃ（ｓ）ｅｘｐ（−
τｓ）である。以下、Ｐｃ（ｓ）ｅｘｐ（−τｓ）を単
に車室４１Ａの伝達関数とも記す。

【００４２】図４において、制御装置１０は図１におけ
る騒音抑制対象音場４１を除いた構成要素からなる制御
装置であって、局所フィードバック補償器５１、フィー
ドバックコントローラ６１、マイクロフォン４３ａの出
力から局所フィードバック補償器５１の出力を減算する
減算器６２、減算器６２の出力と補償器２１の出力とを
加算し加算出力をフィードバックコントローラ６１へ供
給する加算器６３を備え、フィードバックコントローラ
６１の出力の極性を反転した信号をスピーカ４２ａおよ
び局所フィードバック補償器５１に入力Ｖ（ｓ）として
供給するように構成してある。なお、制御装置１０は車
両のエンジン制御のためのコンピュータを利用して形成
することもできる。

【００４３】局所フィードバック補償器５１の伝達関数
は車室４１Ａの伝達関数に同定してあって、補償器２１
の伝達関数は伝達関数Ｐｃ（ｓ）に設定してあり、補償
器３１の伝達関数は伝達関数ｅｘｐ（−τｓ）に設定し
てある。

【００４４】上記したように、図４に示した制御装置１
０と車室４１Ａとによるアクティブ騒音抑制制御装置は
図１に示した本発明の実施の一形態にかかるアクティブ
騒音抑制制御装置と等価であり、伝達関数Ｇ２（ｓ）お
よび感度関数Ｓ２（ｓ）は上記の（３）式に示すとおり
である。

【００４５】ここで、スピーカ４２ａ（４２ｂ）を物理
モデリングし、スピーカ４２ａ（４２ｂ）からマイクロ
フォン４３ａ（４３ｂ）までの距離遅延をむだ時間τと
し、マイクロフォン４３ａ（４３ｂ）はコンデンサマイ
クを使用して所定の定数とおいて、求めた車室４１Ａの
伝達関数Ｐｃ（ｓ）ｅｘｐ（−τｓ）は、下記の（４）
式の如くである。

【００４６】

【数４】

【００４７】（４）式において右辺第１項の［］内は
車室４１Ａの伝達関数中のＰｃ（ｓ）に対応し、右辺第
２項の［］内は車室４１Ａの伝達関数中のむだ時間要
素ｅｘｐ（−τｓ）に対応している。

【００４８】この車室４１Ａの伝達関数をもとに設計し
たＰＩＤ動作のコントローラからなるフィードバックコ
ントローラ６１の伝達関数Ｃ（ｓ）は下記の（５）式の
如くであり、２次のフィードバックコントローラです
む。

【００４９】

【数５】

【００５０】また、騒音抑制制御を行わない場合と、イ
ンターナルモデルコントローラによる騒音抑制制御のた
めに設計した７次のフィードバックコントローラを用い
た場合と、本発明にかかるアクティブ騒音抑制制御装置
の実施例による２次のフィードバックコントローラを用
いた場合との、騒音抑制制御特性は図５に示す如くであ
る。図５において、横軸は周波数、縦軸は音圧レベルを
示し、実線は制御なしの場合を示し、一点鎖線はインタ
ーナルモデルコントローラによる騒音抑制制御のために
設計した７次のフィードバックコントローラを用いた場
合を示し、破線は本発明にかかるアクティブ騒音抑制制
御装置の実施例による２次のフィードバックコントロー
ラを用いた場合を示している。

【００５１】図５からも判るように、本発明にかかるア
クティブ騒音抑制制御装置の実施例による２次のフィー
ドバックコントローラを用いた場合には、インターナル
モデルコントローラによる騒音抑制制御のために設計し
た７次のフィードバックコントローラを用いた場合と同
程度の騒音抑制効果が得られて、騒音抑制制御に有効で
あることが判る。

【００５２】なお、上記の実施例においてアクティブ騒
音抑制制御が車室４１Ａの右側用と左側用としてそれぞ
れ独立している場合を説明したが、マイクロフォン４３
ａの出力およびマイクロフォン４３ｂの出力を並列接続
して残留騒音の平均値を検出し、かつスピーカ４２ａの
入力端およびスピーカ４２ｂの入力端を並列接続して共
通の駆動信号によってスピーカ４２ａおよび４２ｂを駆
動するように構成して、制御装置１０によって制御する
ようにしてもよい。

【００５３】この場合、マイクロフォン４３ａ、４３ｂ
は同一出力抵抗特性のものを使用する。したがって、並
列接続されたマイクロフォン４３ａ、４３ｂの出力は平
均残留騒音に基づく電気信号を送出することになる。ス
ピーカ４２ａ、４２ｂは同一入力抵抗特性のものを使用
する。したがって、並列接続されたスピーカ４２ａ、４
２ｂからの発生騒音は入力信号に基づき同一レベル、か
つ同一周波数の打ち消し騒音を発生することになる。こ
のようにすることでも、フィードバックコントローラ６
１は低次のフィードバックコントローラで構成でき、か
つ十分な騒音抑制効果が得られる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように本発明にかかるアク
ティブ騒音抑制制御装置によればスミス法が適用でき
て、騒音抑制対象音場があたかもむだ時間がないように
取り扱えるという効果が得られ、フィードバックコント
ローラに低次元のフィードバックコントローラが使用で
きるという効果が得られる。この結果、安価なアクティ
ブ騒音抑制制御装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態にかかるアクティブ騒音
抑制制御装置のブロック線図である。

【図２】本発明にかかるアクティブ騒音抑制制御装置の
実施例を車両に適用したときにおける車両の模式側面図
および模式平面図である。

【図３】本発明にかかるアクティブ騒音抑制制御装置の
実施例を車両へ装着したときにおける制御ブロック図で
ある。

【図４】本発明にかかるアクティブ騒音抑制制御装置の
実施例を車両へ装着したときにおけるブロック線図であ
る。

【図５】本発明にかかるアクティブ騒音抑制制御装置の
実施例によるときの騒音抑制特性図である。

【図６】従来のスミス法を示すブロック線図である。

【符号の説明】

１０…制御装置２１、３１…補償器４０ａ、４０ｂ…後部座席４１…騒音抑制対象
音場４１Ａ…車室４２ａ、４２ｂ…ス
ピーカ４３ａ、４３ｂ…マイクロフォン５１…局所フィード
バック補償器６１…フィードバックコントローラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】騒音抑制対象音場内に設けた騒音打ち消し
のためのアクチュエータから騒音抑制対象音場内に設け
た騒音検出手段までの伝達関数をＰｃ（ｓ）ｅｘｐ（−
τｓ）（ｓはラプラス演算子、τはアクチュエータから
騒音検出手段までのむだ時間）としたとき伝達関数Ｐｃ
（ｓ）の第１補償器と伝達関数ｅｘｐ（−τｓ）の第２
補償器とが直列接続された局所フィードバック補償器
と、騒音検出手段の出力から局所フィードバック補償器
の出力を減算する減算器と、減算器の出力と第１補償器
の出力を加算する加算器と、加算器の出力を入力とする
フィードバックコントローラとを備え、フィードバック
コントローラの出力の極性反転出力を騒音打ち消しのた
めのアクチュエータへの入力および局所フィードバック
補償器への入力とすることを特徴とするアクティブ騒音
抑制制御装置。