EasyBode2 プログラム

１.　機能の説明

　このVIは，エクセルcsv形式(=カンマ区切りテキスト)，もしくはTab区切りテキストファイルに記録された時間列と励起信号列，応答信号列の時歴データを読み取り，FRF関数でBode線図と計測の信頼性を示すコヒーレンシをプロットします。

　(1) データの先頭に複数行のコメントなどがあっても，その部分を無視して処理できます。
　(2) 複数列の記録データから，時間列と励起信号列，応答信号列を個々に指定することができます。
　(3) 時間応答の範囲を指定して，その部分のデータを用いて処理します。
　(4) 平均化処理
(4-1) 使うファイルに複数回の計測データが入っている場合は，それらを用いて平均化処理を行えます。
(4-2) 平均化処理はリニアで，最大10回となっていますが，ダイアグラムで変更できます。
(4-3) 平均化のため，初回のデータ長が次回以降も使われるため，次回以降に範囲カーソルで指定される領域のデータ長が以下のように自動的に制限/補正されます。
(4-3-1) 次回以降に指定されるデータ長を初回より長く指定しようとしても，自動的に初回の長さに制限されます。
(4-3-2) 次回以降に指定されるデータ長が初回より短い場合は，データ終端に０が追加されます。
(4-4) 平均化処理を行わない場合は，コヒーレンシのグラフは表示されません。
　(5) ピーク信号処理
(5-1) 励振信号に複数周波数の正弦波などを用いた場合のように，スペクトラムに離散的な複数ピークがでる場合は，コヒーレンシの高い，そのピーク周波数のみを用いてBode線図をプロットできます。
(5-2) ピーク検出閾値は，励振スペクトラムの最大ピーク値より-15dB低い所に自動的に設定されますが，精度の高いピーク位置検出を行いたい場合は，ピーク閾値カーソルを動かして，より大きい閾値を指定することができます。

２.　処理内容

このVIでは，以下の処理を順に行ないます。

２.１　初期化

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２.２　データファイルの読み取り

  1. 読み取りファイルを指定するためのダイアログを表示し，拡張子が「.csv」「.txt」のファイルのみ表示します。
  2. ファイル名をダブルクリックするか，ファイル名を選択して「保存」とします。
  3. スプレッドシートファイルからの読み取りを行なうため，指定されたファイルパスを調べ，拡張子がcsvならば区切り文字を「,」とし，そうでなければ区切り文字を「Tab」に設定します。
  4. 指定されたファイルから全データを読み取り，「全てのデータ」表示器に表示します。
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２.３　信号のデータ行/列の指定とデータ取り出しとグラフ表示

  1. プロパティノードで，共通操作ボタンをブリンクさせます。
  2. プロパティノードで，共通操作ボタンのテキストとして，「配列指定完了」を設定します。
  3. プロパティノードで，フローティングのTipStripとして，「配列の行/列指定後，押してください」を設定します。プロパティノードによるTipStripへの文字列書き込みが繰り返されると，数値制御器のup/downボタンでの値変更はできますが，直接に値を代入して変更することができなくなるので，ロジックを組んで，２回だけ実行されるようにしてあります。ダイアグラムにはCPU時間確保と書きましたが，実際は，描画処理の競合がおこるのだと思います。
  1. ファイルの先頭にあるコメントを削除するために，データの開始行を指定します。
  2. 時間データ列，励起信号列，応答信号列を指定します。
  3. 「配列指定完了」ボタンが押されるまで，200msごとに 4. から繰り返します。
  1. 共通操作ボタンのブリンクをやめます。
  2. ファイル先頭のコメントを無視して，計測データの開始時間Xo，計測データ時間間隔Δx，励起信号データ，応答信号データを取り出します。
  3. 全体波形グラフと拡大グラフに，励起信号と応答信号の時暦データを表示します。
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２.４　ステート処理

Bode線図を描くために，以下の３つのステートに分けて処理します。
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２.４.１　「DefineArea」ステート

  1. 前の処理で押された共通操作ボタンSWをリセットします。
  2. 共通操作ボタンのテキストとして，「カーソル範囲指定完了」を設定します。
  3. フローティングのTipStripとして，「赤/黄カーソル範囲を設定後，押してください」を設定します。
  4. 「カーソル範囲指定完了」ボタンをブリンクさせます。
平均化を行なう場合には，複数回，このステートになりますが，平均化初回か２回目以降かはFirst Call関数で区別します。
  1. 平均化初回のカーソル範囲指定ならば，プロパティノードで赤/黄カーソル位置を知り，カーソル間の時間を表示します。
  2. その逆数である周波数分解能(Hz)を表示します。
  3. 取り出すべきデータの先頭Indexと取出し長さを求めます。
  4. データの先頭Indexと取出し長さにしたがって，その部分の励振データと応答データを切り出します。
  5. 後述の平均化処理のために，初回データの取出し長さと，赤/黄カーソルの時間間隔を記憶します。
平均化２回目以降のカーソル範囲指定の際は，切り出されたデータが初回の取り出し長さと同じになるように補正されます。
  1. 平均化２回目以降のカーソル範囲指定の際，左側にあるカーソルの位置は自由に設定できます。
  2. 右側にあるカーソル位置は，初回の赤/黄カーソルの時間間隔を超えないように，プロパティノードで制限/補正されます。これが正しく指定されるように，カーソル凡例でカーソルを「開放」に設定しておきます。
  3. 赤/黄カーソル位置からデータの先頭Indexと取出し長さを求めます。
  4. データの先頭Indexと取出し長さにしたがって，その部分の励振データと応答データを切り出します。
  5. 取出し長さに対してもともとのデータ要素数が不足，もしくは，指定した赤/黄カーソルの時間間隔が初回より短かった場合，そのままではデータ数が初回より少なくなるので，初回のデータ数と同じになるように０データを追加します。
  1. 拡大グラフの時間軸最小値/最大値に，操作した赤/黄カーソルの時間を入れることにより，時間軸を赤/黄カーソルの時間幅に拡大します。
  2. 拡大グラフのY軸最小値/最大値に，切り出された励振データと応答データの最小値/最大値を入れることにより縦軸を拡大します。
  3. 「カーソル範囲指定完了」ボタンが押されるまで，100msごとに 2. から繰り返します。
  1. 共通操作ボタンのブリンクをやめます。
  2. 次のステートを「DrawBode」にして「DefineArea」ステートを抜けます。
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２.４.２　「DrawBode」ステート

  1. DCをカットした励起信号データから波形を生成し，FFT Power Spectrum関数でスペクトルを求めます。
  2. 得られたスペクトル振幅最大値から-15dBのレベルを自動閾値として，Peak Detector.viでスペクトルのピーク検出を行います。上記でDCをカットする理由は，DC成分が最初のスペクトルピークと認識されないようにするためです。
    ピーク検出に使うデータは30個で，少なくするとピーク振幅を正確にとらえられますが，逆に，ノイズのため，不必要なローカルピークを検出することがあります。
  3. もとの励起信号データからも波形を生成し，FFT Power Spectrum関数でスペクトルを求めます。
  4. スペクトルの数値データは，パワースペクトルクラスタ表示器に表示します。
  5. スペクトルクラスタデータのf0, dfから全体の周波数配列データを作成します。
  6. 励起信号スペクトラム(XYグラフ)に，スペクトルとピークポイントを重ねて表示します。これらのデータは互いに個数が異なり，均等でもないので，XYグラフを用いて表示します。
  7. 励起信号スペクトラム(XYグラフ)に，自動閾値レベルを黄色水平カーソル(カーソル０)として表示します。これが正しく表示されドラッグできるように，カーソル凡例でこのカーソルを「ドラッグの許可」「開放」に設定しておきます。
  8. 応答信号データから波形を生成し，もとの励起信号データ波形とあわせてFrequency Response Function (Mag-Phase)関数で周波数応答を求め，G(s)の利得グラフ(XYグラフ)と，G(s)の位相グラフ(XYグラフ)に結果を表示します。XYグラフはのちに，励振信号スペクトルのピーク周波数のみでBode線図を書くために用いています。
  9. ２回以上の平均化処理が行なわれた場合のみ，コヒーレンシのグラフも表示します。コヒーレンシの値が１に近いほど，その領域の計測は信頼性があります。平均化処理を行なわないとコヒーレンシのグラフがでませんが，出しても全領域で値が１となり，意味がありません。
  10. 最低表示周波数に設定された値から，励起信号スペクトラム，G(s)の利得，G(s)の位相グラフ，コヒーレンシグラフの左端周波数を設定します。
  11. 計算されたスペクトルの最高周波数を，励起信号スペクトラム，G(s)の利得，G(s)の位相グラフの右端周波数に設定します。
  12. この周波数両端の設定が正しく行われるように，X軸のオートスケール指定ははずしておきます。
  13. 後述の励振信号スペクトルのピーク周波数のみでBode線図を書く場合にそなえて，伝達関数の周波数配列，利得配列，位相配列，ならびに，励振スペクトラムの利得配列，周波数分解能を記憶します。
  1. 平均化処理を行なうかどうかを問い合わせる，２ボタンダイアログを表示します。
  2. 平均化する場合には次のステートを「DefineArea」にして「DrawBode」ステートを終了します。
  1. もうすでに何回か平均化処理を済ませたか，もしくは，平均化処理が不要な場合は，
    励振信号スペクトルのピーク周波数のみでBode線図を書くかどうかを問い合わせる，２ボタンダイアログを表示します。
  2. このピーク処理が不要ならば，結果のBode線図表示領域にフロントパネルをスクロールさせるために，プロパティノードのFP.Originにグラフ表示位置データを書き込んでからVIを終了させます。
  1. ピーク処理を行なう場合には，次のステートを「PeakBode」にして「DrawBode」ステートを抜けます。
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２.４.３　「PeakBode」ステート

  1. 前の処理で押された共通操作ボタンSWをリセットします。
  2. 共通操作ボタンのテキストとして，「ピーク閾値指定完了」を設定します。
  3. フローティングのTipStripとして，「スペクトルの黄カーソルでピーク検出閾値指定後，押してください」を設定します。
  4. 「ピーク閾値指定完了」ボタンをブリンクさせます。
  1. 設定された黄色水平カーソル位置をプロパティノードで読み取り，その値に応じて，励振信号スペクトラムの利得配列からピーク位置を検出し，励起信号スペクトラム(XYグラフ)に，スペクトルとピークポイントを重ねて表示します。
  2. 「ピーク閾値指定完了」ボタンが押されるまで，100msごとに 5. から繰り返します。
  1. 伝達関数の周波数配列，利得配列，位相配列から，ピーク検出された周波数での値だけを取り出します。
  2. これらは，周波数が等間隔ではないので，XYグラフであるG(s)の利得，G(s)の位相グラフに表示します。
  3. 結果のBode線図表示領域にフロントパネルをスクロールさせるために，プロパティノードのFP.Originにグラフ表示位置データを書き込んでからVIを終了させます。

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