(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部と、前記可動部の動作速度を検出する速度センサと、前記速度センサが検出した動作速度を表す帰還信号を入力し、演奏データに基づいた目標値と入力した帰還信号で表される値とが一致するよう前記可動部を駆動する駆動手段とを備えた自動制御楽器に適用され、前記速度センサを含む前記帰還信号の経路の特性を補正する自動制御楽器の帰還経路特性補正装置であって、
前記経路に挿入され、内部のパラメータに応じた特性を有する特性補正手段と、
前記可動部と前記駆動手段と前記経路とからなる回路をモデル化することによって得られる伝達関数式に含まれる複数の要素のうち、任意の値を設定可能な１つの要素に対しては異なる複数の値を設定するとともに、当該１つの要素以外の要素には固定値を設定し、当該１つの要素に設定した複数の値のそれぞれについて前記可動部を動作させつつ、前記速度センサによって前記可動部の動作速度を実測させる測定手段と、
前記伝達関数式と、前記任意の値を設定可能な１つの要素に設定された複数の値と、前記測定手段による複数の実測値とによって導き出される関係式に基づいて前記パラメータを算出し、算出したパラメータを前記特性補正手段に設定する調整手段と
を具備することを特徴とする自動制御楽器の帰還経路特性補正装置。
【請求項２】
前記特性補正手段内部のパラメータは外部から変更可能であることを特徴とする請求項１記載の自動制御楽器の帰還経路特性補正装置。
【請求項３】
前記目標値が０であるときに、前記速度センサによって可動部の動作速度を実測させ、この実測値に基づいて前記特性補正手段内部のパラメータを設定することを特徴とする請求項１記載の自動制御楽器の帰還経路特性補正装置。
【請求項４】
可動部と、前記可動部の動作速度を検出する速度センサと、前記速度センサが検出した動作速度を表す帰還信号を入力し、演奏データに基づいた目標値と入力した帰還信号で表される値とが一致するよう前記可動部を駆動する駆動手段とを備えた自動制御楽器に適用され、前記速度センサを含む前記帰還信号の経路の特性を補正する自動制御楽器の帰還経路特性補正方法であって、
前記可動部と前記駆動手段と前記経路とからなる回路をモデル化することによって得られる伝達関数式に含まれる複数の要素のうち、任意の値を設定可能な１つの要素に対しては異なる複数の値を設定するとともに、当該１つの要素以外の要素には固定値を設定し、
当該１つの要素に設定した複数の値のそれぞれについて前記可動部を動作させつつ、前記速度センサによって前記可動部の動作速度を実測させ、
前記伝達関数式と、前記任意の値を設定可能な１つの要素に設定された複数の値と、前記測定手段による複数の実測値とによって導き出される関係式に基づいて、前記伝達関係式に含まれる未知の要素の値を求め、求めた値に基づいて前記経路の特性を補正する
ことを特徴とする自動制御楽器の帰還経路特性補正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鍵等の可動部の駆動にフィードバック制御を採用した自動制御楽器の帰還経路特性補正装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動制御楽器である自動ピアノにおいては、ソレノイドを励磁して対応する鍵を駆動すると、これに応じてハンマが回動して打弦が行われる。ハンマによる打弦の強弱は、鍵の駆動速度に対応し、鍵の駆動速度はソレノイドへの給電電流に対応しているので、ソレノイドへの給電量を制御することにより、打弦の強弱、すなわち発生楽音の大きさを制御することができる。なお、ソレノイドへの給電電流制御は、一般にはパルス幅変調（ＰＷＭ）によって行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の自動ピアノは、一般に、演奏情報中の打弦時刻データに対応させたタイミングで、打弦強度データに応じた電流をソレノイドに供給することで各音に対応した鍵駆動を行っている。すなわち、押鍵開始タイミングおよび押鍵開始時の押下力のみを制御しており、押鍵開始から離鍵に至るまでの鍵の軌道（この場合の軌道は時間経過に対する位置変化をいう）を正確に再現している訳ではない。また、オープンループ制御を採用しているので、鍵の軌道が期待される軌道に一致しなくてもこれを知る術がなく、当然ながら補正することもできないという欠点もある。
【０００４】
そこで、本願出願人は、上記事情に鑑み、押鍵開始から離鍵に至るまでの鍵の軌道に応じたデータを演奏情報中に含めるとともに、鍵の駆動にフィードバック制御を採用した自動ピアノを提案し、上記欠点の解消を図っている（特願平５−３４４２４１号の願書に添付した明細書および図面参照）。当該自動ピアノによれば、押鍵開始から離鍵に至るまでの鍵の軌道の正確な再現を期待できる。
【０００５】
さらに、上記自動ピアノによれば、フィードバック制御が適正に行われている場合には、自動ピアノの特性の個体差を吸収して適正な軌道で鍵を駆動することができるという利点がある。しかしながら、フィードバックループ中の要素の特性に個体差が存在し、フィードバック制御自体が適正に行われない場合には、自動ピアノの特性の個体差を十分に吸収することは困難となり、鍵軌道の正確な再現は望めなくなってしまう。なお、上記個体差は、工場出荷時に既に存在していることもあるし、経年変化によって発生することもある。
【０００６】
本発明は上述した事情に鑑みて為されたもので、鍵等の可動部の駆動にフィードバック制御を採用した自動制御楽器において、個体差を吸収してフィードバックループ中の要素の特性を補正することができる自動制御楽器の帰還経路特性補正装置および方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明による自動制御楽器の帰還経路特性補正装置は、可動部と、前記可動部の動作速度を検出する速度センサと、前記速度センサが検出した動作速度を表す帰還信号を入力し、演奏データに基づいた目標値と入力した帰還信号で表される値とが一致するよう前記可動部を駆動する駆動手段とを備えた自動制御楽器に適用され、前記速度センサを含む前記帰還信号の経路の特性を補正する自動制御楽器の帰還経路特性補正装置であって、前記経路に挿入され、内部のパラメータに応じた特性を有する特性補正手段と、前記可動部と前記駆動手段と前記経路とからなる回路をモデル化することによって得られる伝達関数式に含まれる複数の要素のうち、任意の値を設定可能な１つの要素に対しては異なる複数の値を設定するとともに、当該１つの要素以外の要素には固定値を設定し、当該１つの要素に設定した複数の値のそれぞれについて前記可動部を動作させつつ、前記速度センサによって前記可動部の動作速度を実測させる測定手段と、前記伝達関数式と、前記任意の値を設定可能な１つの要素に設定された複数の値と、前記測定手段による複数の実測値とによって導き出される関係式に基づいて前記パラメータを算出し、算出したパラメータを前記特性補正手段に設定する調整手段とを具備することを特徴としている。
【０００８】
また、前記特性補正手段内部のパラメータは外部から変更可能であるようにしてもよい。また、前記目標値が０であるときに、前記速度センサによって可動部の動作速度を実測させ、この実測値に基づいて前記特性補正手段内部のパラメータを設定するようにしてもよい。
【０００９】
また、本発明による自動制御楽器の帰還経路特性補正方法は、可動部と、前記可動部の動作速度を検出する速度センサと、前記速度センサが検出した動作速度を表す帰還信号を入力し、演奏データに基づいた目標値と入力した帰還信号で表される値とが一致するよう前記可動部を駆動する駆動手段とを備えた自動制御楽器に適用され、前記速度センサを含む前記帰還信号の経路の特性を補正する自動制御楽器の帰還経路特性補正方法であって、前記可動部と前記駆動手段と前記経路とからなる回路をモデル化することによって得られる伝達関数式に含まれる複数の要素のうち、任意の値を設定可能な１つの要素に対しては異なる複数の値を設定するとともに、当該１つの要素以外の要素には固定値を設定し、当該１つの要素に設定した複数の値のそれぞれについて前記可動部を動作させつつ、前記速度センサによって前記可動部の動作速度を実測させ、前記伝達関数式と、前記任意の値を設定可能な１つの要素に設定された複数の値と、前記測定手段による複数の実測値とによって導き出される関係式に基づいて、前記伝達関係式に含まれる未知の要素の値を求め、求めた値に基づいて前記経路の特性を補正することを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
Ａ．実施形態の構成
Ａ−１．全体構成
図１は本発明の一実施形態による自動制御楽器の帰還経路特性補正装置を実装した自動ピアノの要部の構成を示す図である。この図においては１つの鍵（鍵１）のみが示されているが、実際には、演奏者の左右方向（図面の表裏方向）に８８個の鍵が配置されている。鍵１は棚板２上に図示せぬバランスピンを介して回動自在に取り付けられており、バランスピンを中心として後端が上動すると（押鍵状態になると）、その運動が図示せぬアクションを介してダンパー及びハンマに伝達され、これによってダンパーが弦から離れるとともに、ハンマが回動して鍵１に対応して張られた弦を打撃（打弦）するよう構成されている。なお、鍵１に加わる力が消失すると、鍵１は図示せぬアクションの重量によりバランスピンを中心として回動し、レスト位置に復帰する。
【００１１】
棚板２における鍵１の後端下方の部分には、鍵１を駆動する鍵駆動部３が鍵１の後端下面に対向して設けられている。鍵駆動部３は、略円筒状のボビン部及びその胴部に巻かれたコイルからなるソレノイド４と、同ボビン部内に嵌挿されたプランジャ５とを備え、さらにプランジャ５は、上端が鍵１の後端下部に接するプランジャヘッド６を有しており、ソレノイド４のコイルに供給される電流（励磁電流）に応じた力でプランジャ５を突き上げる。
【００１２】
鍵駆動部３の下方にはプランジャ５の動作速度を検出する速度センサ（フィードバックセンサ）７が設けられている。速度センサ７は、ソレノイド４を構成するボビン部と同軸的に形成された小径のボビン部と、同ボビン部の胴部に巻かれたコイル８と、同ボビン部内に嵌挿され、上端がプランジャ５の下端部に同軸的に固定された細い円柱状の磁石棒９とを有しており、磁石棒９がプランジャ５と一体に上動すると、その動作の速度に応じてコイル８に生じる誘起電圧をプランジャ速度（帰還信号）として出力する。なお、演奏者が自ら弾く場合には、プランジャ５および磁石棒９は動作しない。
【００１３】
また、１０は再生前処理部であり、記録メディアあるいはリアルタイム通信装置から供給される演奏データ中の各音に対応する鍵の軌道を示すデータを生成する。１１は、再生前処理部１０が作成した軌道データに基づいてプランジャ５の動き示すデータを作成するモーションコントローラ、１２はサーボコントローラであり、モーションコントローラ１１から供給されるデータに応じてソレノイド４の励磁電流を制御する。
【００１４】
サーボコントローラ１２には、また、速度センサ９により検出されたプランジャ速度と、打弦位置近くのハンマーの動作速度（打弦速度）を検出する図示せぬハンマセンサ（測定手段）により検出された打弦速度とが入力される。そして、再生時において、サーボコントローラ１２は、モーションコントローラ１１から供給されるデータとフィードバックセンサ１３からのプランジャ速度とを照合しながら、両者が一致するようにソレノイド４の励磁電流を制御する。なお、ハンマセンサとしては周知のものを適用可能であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００１５】
Ａ−２．サーボコントローラ１２の構成
図２はサーボコントローラ１２の構成を説明するためのブロック図であり、この図において、図１の各部に相当する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００１６】
サーボコントローラ１２において、１３はモーションコントローラ１１から供給されるデータに応じて、プランジャ速度の目標値（電圧値）を生成する目標値生成手段、１４は目標値生成手段１３により生成される目標値を非反転入力端から入力し、これに反転入力端から入力される値を加算して出力する加算器であり、反転入力端には、後述する増幅器（特性補正手段）１５を介して速度センサ７からのプランジャ速度が入力される。すなわち、加算器１４は目標値とプランジャ速度との偏差を出力する。また、１６は加算器１４から出力される偏差に応じた値の電流でソレノイド４を励磁するソレノイド駆動手段であり、駆動方式としては、例えば、パルス幅変調による駆動方式を採用している。
上述したことから明らかなように、サーボコントローラ１２は、プランジャ速度をフィードバック制御するよう構成されている。
【００１７】
なお、既出の増幅器１５は入力信号に対するオフセットおよびゲイン（増幅度）を設定可能であり、予め設定されたオフセットを入力信号に加算し、その結果に対して、予め設定されたゲインでの増幅を行う。この増幅器１５は、自動ピアノの特性の個体差を吸収して適正なフィードバック制御を行うためには速度センサ７およびサーボコントローラ１２の個体差を吸収して正規化する必要があることと、当該個体差の要素としては、実際のプランジャ速度（打弦速度）と速度センサ７の出力値との比率（ゲイン）と、サーボコントローラ１２内部において速度センサの出力値に加算されるオフセット（電圧値）とが挙げられることとに基づいて設けられたものであり、以後、増幅器１５のゲインおよびオフセットを、それぞれ、センサゲイン補正値およびセンサオフセット補正値と称す。
【００１８】
また、１７は調整手段であり、予め設定された各種パラメータ（後述する）と、目標値生成手段１３により生成される目標値と、増幅器１５を介して供給されるプランジャ速度と、ハンマセンサ（図示略）により検出される打弦速度とに基づいて増幅器１５のセンサゲイン補正値およびセンサオフセット補正値を算出し、増幅器１５に設定する。なお、調整手段１７は自動ピアノから着脱可能に設けてもよいが、ここでは、自動ピアノに固定して設けられているものとする。このことはハンマセンサについても同様である。
【００１９】
Ｂ．各補正値の算出方法
次に、調整手段１７によるセンサゲイン補正値およびセンサオフセット補正値の算出方法について説明する。なお、各補正値の算出・設定は、通常、工場出荷時やメンテナンス時などに行われる。
【００２０】
Ｂ−１．モデル化
センサゲイン補正値およびセンサオフセット補正値を算出するには、まず、対象のフィードバック制御系をモデル化しておく必要がある。図３は図２に示すフィードバック制御系のモデルを示すブロック線図であり、この図において、Ｇ1 はソレノイド駆動手段１６の伝達関数、Ｇ2 は制御対象たる可動部（ソレノイド４，鍵，アクション，ハンマを含む）の伝達関数、ｆ［Ｎ］はソレノイド４に加わる外力（具体的には、鍵，アクション等の重量に起因してソレノイド４に加わる力）である。本モデルにおいて、外乱は外力ｆのみとし、外力ｆの時間関数ｆ（ｔ）は定常値Ｆをとるものとする。また、速度センサ７のゲインは一定値ｋ3 を、サーボコントローラ１２のオフセットｄの時間関数ｄ（ｔ）は一定値Ｄを、センサオフセット補正値ｃの時間関数ｃ（ｔ）は一定値Ｃを、センサゲイン補正値は一定値ｋ4 をとる。また、ｒ［ｍ／ｓ］は目標値生成手段１３により生成される目標値、ｙ［ｍ／ｓ］は制御量、ｅは目標値ｒと制御量ｙとの偏差を示す。なお、本実施形態において、制御量ｙは、ハンマセンサ（図示略）により検出される打弦速度に相当し、また、全ての変数は、特に示さない限り、ｓの関数である。
【００２１】
図３に示すモデルにおいては、目標値ｒと制御量ｙとの偏差ｅが加算点１８にて求められ、伝達関数Ｇ1 のブロック１９へ入力される。そして、ブロック１９の出力と外力ｆとの偏差が加算点２０にて求められ、伝達関数Ｇ2 のブロック２１へ入力される。ブロック２１の出力は制御量ｙとなり、ブロック２２へ入力され、ここでｋ3 倍される。そして、ブロック２２にてｋ3 倍された値とオフセットｄとの差が加算点２３にて求められ、当該差とセンサオフセット補正値ｃとの和が加算点２４にて求められる。加算点２４にて求められた和は、ブロック２５にてｋ4 倍され、フィードバック値として加算点１８に供給される。
【００２２】
図３から明らかなように、センサオフセット補正値ｃおよびセンサゲイン補正値ｋ4 が適正であれば、
ｅ＝ｒ−ｙ
となり、
ｅ＝ｅr＋ｅf＋ｅd
とすることができる。
ただし、
【数１】
0003758273.tif 000002
である。
【００２３】
また、偏差ｅの時間関数ｅ（ｔ）の定常偏差Ｅはｔ→∞におけるｅ（ｔ）の極限値であるから、ラプラス変換の最終値定理より、
【数２】
0003758273.tif 000003
によって定常偏差Ｅを求めることができる。
【００２４】
ここで、目標値ｒの時間関数ｒ（ｔ）が一定値Ｒの場合、すなわちステップ入力（等速制御）の場合の定常偏差Ｅについて考察する。
ｒ（ｔ）＝Ｒ
とすると、
ｒ＝Ｒ／ｓ
となる。また、前述したように、
ｆ＝Ｒ／ｓ
ｄ−ｃ＝（Ｄ−Ｃ）／ｓ
であるので、（１）式より、
【数３】
0003758273.tif 000004
となる。
【００２５】
ただし、（３）式の右辺中の各項Ｅr ，Ｅf ，Ｅd はそれぞれ（２）式の右辺中の各項に対応している。なお、
【数４】
0003758273.tif 000005
である。
上述したことから明らかなように、ｋ1 が有限である限り、目標値に対する定常偏差Ｅr 、外力による定常偏差Ｅf 、およびオフセットによる定常偏差Ｅd が存在する。
【００２６】
Ｂ−２．原理
フィードバック制御の原理から明らかなように、定常偏差Ｅを０に近づけることにより、より正確なフィードバック制御を実現することができる。よって、本発明の課題を言い換えると、「定常偏差Ｅを０にする」ことになる。この課題について検討すると、制御側（調整手段１７）で設定可能な変数はｋ4 およびＣのみであることから、適当なｋ4 およびＣのみを設定することによってＥを０にすることができるか否かが重要となる。
【００２７】
自動ピアノにおいては、各発音毎にＲが異なるので、異なるＲについて定常偏差Ｅを０にする必要があるが、（３）式から明らかなように、Ｅ＝０とするための必要十分条件は、Ｅr ＝０、かつ、Ｅf −Ｅd ＝０である。
Ｅr ＝０とするためには、（２）および（３）式から明らかなように、
１＋ｋ1ｋ2ｋ3ｋ4−ｋ1ｋ2 ＝ ０    …（４）
が成立しなければならない。（４）式にはｋ4 を含む項があるので、このｋ4 を適切に選択することによってＥr ＝０とすることができることが分かる。
また、Ｅf −Ｅd ＝０とするためには、（２）および（３）式から、
ｋ2Ｆ−ｋ1ｋ2ｋ4（Ｄ−Ｃ）＝ ０    …（５）
が成立しなければならないことが明白である。（５）式にはｋ4 およびＣを含む項があるので、ｋ4 およびＣを適切に選択することによってＥf −Ｅd ＝０とすることができることが分かる。また、（５）式は、ｋ4 がＥr ＝０を成立させるために固定されても、Ｃを適当に選択することによってＥf −Ｅd ＝０を成立させることができることを示している。
【００２８】
Ｂ−３．ｋ4 およびＣの算出方針
次に、適切なｋ4 およびＣの算出方針について説明する。
本実施形態では、基本的に、予想される範囲内でパラメータを設定し、その上で自動ピアノを再生動作させ、このときに得られる測定値に基づいて適切なｋ4 およびＣを算出する。この際、測定値は測定容易であることが望ましく、本実施形態では、前述したハンマセンサ（図示略）によって制御量（打弦速度）を測定して測定値としている。
【００２９】
ここで、上記方針にて他の観点から説明する。目標値ｒをステップ入力とし、
【数５】
0003758273.tif 000006
とすると、（２）式より次式が得られる。
【００３０】
【数６】
0003758273.tif 000007
（６）式においてＲは既知であるので、Ｙを測定することにより、定常偏差Ｅが得られる。定常偏差Ｅが得られれば、以降、定常偏差Ｅが０になるようｋ4 およびＣを算出すれば適切なｋ4 およびＣを算出することができる。
【００３１】
なお、定常偏差Ｅを０にするために求めるパラメータとしては、ｋ4 が既に設定・固定されている場合にはＣのみ、Ｃが既に設定・固定されている場合にはｋ4 のみ、いずれも設定・固定されていない場合にはＣおよびｋ4 の３通りが考えられ、具体的な算出過程はそれぞれ異なる。したがって、以下、各ケース毎に算出方法を説明する。ただし、以降の説明において、Ｅr ＝０とする最適なセンサゲイン補正値をｋ4'、Ｅf −Ｅd ＝０となる最適なセンサオフセット補正値をＣ' とする。
【００３２】
Ｂ−４．ｋ4 が既に設定・固定されているケース
［１］相異なる２種のセンサオフセット補正値にて動作させる方法
まず、予想される範囲内で相異なる適当なセンサオフセット補正値Ｃ0 ，Ｃ1 を設定して再生動作を行わせ、そのときの制御量（打弦速度）をハンマセンサにより測定し測定値をＹ0 ，Ｙ1 とする。なお、Ｃ0 ，Ｃ1 としては、予想される範囲内で任意の値を選択可能であり、例えば、予想される範囲内の最高値および最低値を用いるようにしてもよい。また、Ｃ0 ，Ｃ1 についての計２回の再生動作において、センサオフセット補正値以外のパラメータは変更しないものとする。
【００３３】
ところで、（６）式中のＣ，Ｙに、上記Ｃ0 およびＹ0 、Ｃ1 およびＹ1 を代入すると、
【数７】
0003758273.tif 000008
が得られる。
【００３４】
そして、これらの式から、
【数８】
0003758273.tif 000009
が得られる。
【００３５】
ところで、最適なセンサオフセット補正値Ｃ' は、（５）式より、
Ｃ' ＝Ｄ−Ｆ／ｋ1ｋ4
となる。すなわち、ｋ1 ，Ｄ，Ｆの値が個々には不明であっても、Ｄ−Ｆ／ｋ1 ｋ4 の値が分かればその値をＣ' とすることができる。したがって、Ｄ−Ｆ／ｋ1 ｋ4 を既知の値で表すよう式を変形することにより、既知の値からＣ’を算出する式を導出することができる。
具体的には、（８）式を（７）式に代入し、次式を得る。
【数９】
0003758273.tif 000010
【００３６】
上式を変形すると、Ｄ−Ｆ／ｋ1 ｋ4 を既知の値で表すことができる。すなわち、次式が得られる。
【数１０】
0003758273.tif 000011
上式に既知の値を代入することによりＣ’を得るのが本方法である。
【００３７】
［２］相異なる２種の目標値にて動作させる方法
まず、予想される範囲内で相異なる適当な目標値Ｒ0 ，Ｒ1 を設定して再生動作を行わせ、そのときの制御量（打弦速度）をハンマセンサにより測定し測定値をＹ0 ，Ｙ1 とする。なお、Ｒ0 ，Ｒ1 としては、予想される範囲内で任意の値を選択可能であり、例えば、予想される範囲内の最高値および最低値を用いるようにしてもよい。また、Ｒ0 ，Ｒ1 についての計２回の再生動作において、目標値以外のパラメータは変更しないものとする。
【００３８】
ところで、前出の（６）式中のＣ，Ｙに、上記Ｒ0 およびＹ0 、Ｒ1 およびＹ1 を代入すると、次式が得られる。
Ｙ0 ＝Ａ1・Ｒ0＋Ａ0    …（９ａ）
Ｙ1 ＝Ａ1・Ｒ1＋Ａ0    …（９ｂ）
ただし、
【数１１】
0003758273.tif 000012
である。
上記（９ａ），（９ｂ）式から、
Ａ0 ＝（Ｙ0Ｒ1−Ｙ1Ｒ0）／（Ｒ1−Ｒ0）
Ａ1 ＝（Ｙ0−Ｙ1）／（Ｒ0−Ｒ1）
が得られ、Ａ0 およびＡ1 を既知のパラメータで表すことができる。
【００３９】
一方、（１０ａ），（１０ｂ）式より、１＋ｋ1ｋ2ｋ3ｋ4を消去して、
【数１２】
0003758273.tif 000013
が得られる。さらに、（１１）式の両辺をＡ1 ｋ4 で除すことにより、
Ａ0／（Ａ1ｋ4）＝Ｄ−Ｆ／（ｋ1ｋ4）−Ｃ
が得られる。したがって、
Ｃ' ＝Ｄ−Ｆ／（ｋ1ｋ4）
＝Ａ0／（Ａ1ｋ4）＋Ｃ
となり、前述したように、Ａ0 およびＡ1 は既知のパラメータで表されるので、Ｃ’を得ることができる。
上式に既知の値、あるいは既知の値から得られる値を代入することによりＣ’を得るのが本方法である。
【００４０】
Ｂ−５．Ｃが既に設定・固定されているケース
［１］相異なる２種のセンサゲイン補正値にて動作させる方法
まず、予想される範囲内で相異なる適当センサゲイン補正値ｋ40，ｋ41を設定して再生動作を行わせ、そのときの制御量（打弦速度）をハンマセンサにより測定し測定値をＹ0 ，Ｙ1 とする。なお、ｋ40，ｋ41としては、予想される範囲内で任意の値を選択可能であり、例えば、予想される範囲内の最高値および最低値を用いるようにしてもよい。また、ｋ40，ｋ41についての計２回の再生動作において、センサゲイン補正値以外のパラメータは変更しないものとする。
【００４１】
ところで、Ｃが既に設定・固定されているということは、Ｅf ＋Ｅd ＝０が既に成立していることを意味している。したがって、（６）式より、Ｙは次式で表される。
【数１３】
0003758273.tif 000014
【００４２】
よって、Ｙ0 およびＹ1 は次式で表される。
【数１４】
0003758273.tif 000015
【００４３】
上式より、右辺の分子のｋ1ｋ2を消去すると、
ｋ1ｋ2ｋ3＝（Ｙ0−Ｙ1）／（Ｙ1ｋ41−Ｙ0ｋ40）
が得られ、この式を（１２）式に代入すると、ｋ1ｋ2は次式で表される。
【数１５】
0003758273.tif 000016
【００４４】
この式と（４）式より、次式が得られる。
【数１６】
0003758273.tif 000017
この式に既知の値を代入することによりｋ4'を得るのが本方法である。
【００４５】
［２］相異なる２種以上の目標値にて動作させる方法
本方法では、前述のＢ−４［２］におけるＣ' の導出方法と同様に、予想される範囲内で相異なる適当な目標値Ｒ0 ，Ｒ1 を設定して再生動作を行わせ、そのときの制御量（打弦速度）をハンマセンサにより測定し測定値をＹ0 ，Ｙ1 とする。また、（９ａ），（９ｂ），（１０ａ），（１０ｂ），（１１）式を用いる点もＢ−４［２］におけるＣ' の導出方法と同様である。ただし、（９ａ），（９ｂ）式中のＡ0 については、Ｃは既に最適値であるという前提のため、ほぼ“０”とみなしてよい。一方、Ａ1 は、前述したように、近似直線の傾きに相当するから、次式で実際の値を求めることができる。
Ａ1 ＝（Ｙ0−Ｙ1）／（Ｒ0−Ｒ1）
【００４６】
また、（１０ａ）式より、
１＋ｋ1ｋ2ｋ3ｋ4＝ｋ1ｋ2／Ａ1
であり、したがって、
ｋ1ｋ2＝Ａ1＋ｋ1ｋ2ｋ3ｋ4Ａ1
である。ゆえに、最適なセンサゲイン補正値ｋ4'は次式で表される。
【数１７】
0003758273.tif 000018
である。このとき、
Ａ1 ＝（Ｙ0−Ｙ1）／（Ｒ0−Ｒ1）≒１
であれば、
ｋ4'≒ｋ4Ａ1    …（１４）
としてよい。
本方法は、上述した操作をＡ1 ≒１となるまで繰り返すことによってｋ4 を収束させ、ｋ4'を求めるものである。
【００４７】
［３］２種の異なるｋ4 値について各々２回づつ動作させる方法
本方式では、予想される範囲内で適当な値ｋ40，ｋ41を設定し、それぞれについて２回ずつ鍵盤を動作させ、そのときのＡ1 を前述のＢ−５［２］において説明した方法にて求め、それぞれＡ10，Ａ11とする。なお、同一のセンサゲイン補正値での動作時においては目標値以外のパラメータは変更せず、異なるセンサゲイン補正値での動作において、センサゲイン補正値以外のパラメータは変更しない。
【００４８】
ところで、（１３）式より、
ｋ4'＝（Ａ10−１）／（ｋ1ｋ2ｋ3）＋ｋ40Ａ10
ｋ4'＝（Ａ11−１）／（ｋ1ｋ2ｋ3）＋ｋ41Ａ11
であるので、
ｋ1ｋ2ｋ3＝（Ａ10−Ａ11）／（ｋ41Ａ11−ｋ40Ａ10）
となり、ゆえに、次式が得られる。
【数１８】
0003758273.tif 000019
この式に既知の値を代入することによりｋ4'を得るのが本方法である。
【００４９】
Ｂ−６．ｋ4 およびＣが未確定のケース
本方法では、予想される範囲内で適当な目標値およびセンサゲイン補正値（Ｒ00およびｋ40，Ｒ01およびｋ40，Ｒ10およびｋ41，Ｒ11およびｋ41）を設定して再生動作を行わせ、そのときの制御量（打弦速度）を観察しその値をＹ00，Ｙ01，Ｙ10，Ｙ11とする。なお、各再生動作  において、目標値およびセンサゲイン補正値以外のパラメータは変更しない。また、Ｒ00，Ｒ01，Ｒ10，Ｒ11ならびにｋ40，ｋ40，ｋ41，ｋ41は互いに異なっている。
【００５０】
上記Ｙ00，Ｙ01，Ｙ10，Ｙ11を（６）式に代入して得られる各式の差をとると、次式が得ら  れる。
【数１９】
0003758273.tif 000020
【００５１】
上記（１５），（１６）式より、分子のｋ1ｋ2を消去すると、
【数２０】
0003758273.tif 000021
が得られ、これを（１５）式に代入すると、ｋ1ｋ2は次式で表される。
【００５２】
【数２１】
0003758273.tif 000022
ところで、Ｅr を０にするｋ4 をｋ4'とすると、（４）式よりｋ4'は、次式で表される。
ｋ4'＝（ｋ1ｋ2−１）／（ｋ1ｋ2ｋ3）
すなわち、（ｋ1ｋ2−１）／（ｋ1ｋ2ｋ3）が既知であればｋ4'を求めることができる。
【００５３】
前述したようにｋ1ｋ2およびｋ1ｋ2ｋ3 は既知の値で表現可能であるので、次式に示すように、ｋ4'は既知の値から得られる。
【数２２】
0003758273.tif 000023
この式に既知の値を代入することによりｋ4'を得るのが本方法である。
【００５４】
なお、Ｒ00＝Ｒ10，Ｒ01＝Ｒ11と設定しても実用上は問題にならない。この場合には、Ｒ00  ＝Ｒ10≡Ｒ0 ，Ｒ01＝Ｒ11≡Ｒ1 とおくことができるので、（１７）式を次式のように簡単化  できる。
【数２３】
0003758273.tif 000024
【００５５】
Ｃ：まとめ
調整手段１７は、上述した方法のいずれか、あるいは組み合わせにより、最適なセンサオフセット補正値およびセンサゲイン補正値を算出し、それらを増幅器１５に設定することができる。すなわち、フィードバックループ中の各要素（実際にはサーボコントローラ１２内部のパラメータ）を適切に設定することが可能であり、より正確なフィードバック制御を実現することができる。したがって、本自動演奏ピアノは、再生動作時において、鍵の軌道を正確に再現することができる。
【００５６】
また、自動演奏ピアノにおいては、演奏者による演奏操作を検出して、これを演奏データとして記録し、この記録された演奏データを読み出してソレノイドを駆動することにより自動演奏することが行われる。この場合において、演奏者による演奏操作を検出するために、ハンマの動作速度を検出するハンマセンサ，鍵の操作を検出するキーセンサ等が設けられる。すると、センサオフセット補正値およびセンサゲイン補正値を算出するにあたって、演奏操作を記録するために設けられたセンサを流用することができる。したがって、既存の自動演奏ピアノに新たな構成を付加することなく、センサオフセット補正値およびセンサゲイン補正値を算出することが可能となるのである。
【００５７】
なお、上述した実施形態においては、センサオフセット補正値およびセンサゲイン補正値を変更可能な増幅器１５を用いた例を示したが、これに代えて、センサオフセット補正値および／またはセンサゲイン補正値を変更不可能な増幅器を用いるようにしてもよい。ただし、この場合には、増幅器を除いた構成において正確なセンサオフセットおよび／またはセンサゲインを求め、当該センサオフセットおよび／またはセンサゲインに応じたセンサオフセット補正値および／またはセンサゲイン補正値の増幅器を挿入する、という手順となる。
また、増幅器１５のセンサオフセット補正値および／またはセンサゲイン補正値を作業員などが直接的に設定することができるようにしてもよい。
【００５８】
さらに、本実施形態において示した方法以外の方法によって最適なセンサオフセット補正値および／またはセンサゲイン補正値を求めるようにしてもよい。例えば、まず、ｒ＝０とし、鍵（プランジャ）が静止状態となるまで、すなわち、ｙ＝０となるまで待つ。次に、ｋ4 ＝０とし、加算点１８へのフィードバック入力を遮断し、この時点で、加算点２３，２４間の値を測定する。ここでの測定値は“−ｄ”とみなすことができるので、再生駆動時にＣ＝ｄとすれば、センサオフセットｄを確実かつ容易にキャンセルすることができる。
【００５９】
また、本実施形態においては、ステップ入力の場合（等速制御）について説明したが、加速度制御に適用するようにしてもよい。具体的には、予想される各目標値に対するセンサオフセット補正値およびセンサゲイン補正値を前述のいずれかの方法で求めておき、再生動作時に、目標生成手段１３により生成される目標値に応じてセンサオフセット補正値およびセンサゲイン補正値を切り換えるようにする。
【００６０】
さらに、測定値を得るための再生動作の回数は２回あるいは４回に限定されるものではなく、３回あるいは５回以上であってもよい。この場合には、例えば、複数のＣ' および／またはｋ4'候補を算出した後に、平均をとってＣ' および／またはｋ4'を求めることができる。
【００６１】
なお、本実施形態においては、ハンマセンサを使用する例を挙げたが、制御量を正確に検出できるものであれば、これに限定されるものではなく、例えば、プランジャ速度を機械的に検出するセンサや鍵の動作を検出するセンサを用いてもよい。ただし、自身がフィードバックループの要素となるようなセンサを用いるべきではない。また、可動部の一例として鍵を示したが、ペダルであってもよいことは言うまでもない。
【００６２】
さらに、上述した実施形態においては、本発明を自動ピアノに適用した例を示したが、鍵、ペダル等の操作子を自動的に駆動するものであれば、どのような楽器にも適用可能であり、例えば、チェンバロ、パイプオルガン等の自然楽器あるいは楽音を電子的に発生する電子楽器にも適用可能である。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、鍵等の可動部の動作速度を表す帰還信号の経路の特性を設定可能としたので、該経路の特性を最適な特性に設定することができる。すなわち、自動制御楽器の個体差を吸収するようフィードバックループの特性を補正することができる。
また、前記経路の特性を外部から設定可能としたので、設定不可能な場合に比較して、最適な特性を設定する処理を簡素化することができる。
さらに、特性の算出手順を定式化したので、半自動的あるいは全自動処理が可能となり、作業員にかかる負担を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態による自動制御楽器の帰還経路特性補正装置を実装した自動ピアノの要部の構成を示す図である。
【図２】  同装置中のサーボコントローラ１２の構成を説明するためのブロック図である。
【図３】  同装置中のフィードバック制御系のモデルを示すブロック線図である。
【符号の説明】
４…ソレノイド、７…速度センサ、１２…サーボコントローラ、１３…目標値生成手段、１４…加算器、１５…増幅器、１６…ソレノイド駆動手段、１７…調整手段
【図１】
0003758273.tif 000025
【図２】
0003758273.tif 000026
【図３】
0003758273.tif 000027