非線形制御理論を用いたけん引型移動ロボットの任意経路追従制御

• Project/Area Number: 05750397
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 計測・制御工学
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 三平 満司 東京工業大学, 工学部, 助教授 (00196338)
• Project Period (FY): 1993
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1993)
• Budget Amount: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 1993: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: 非線形制御 / ノンホロノミックシステム / けん引車両 / 移動ロボット / 時間軸-状態制御系 / 厳密な線形化 / 部分線形化

Research Abstract

本研究の目的はけん引車両のような非線形・ノンホロノミックシステムの制御方策(非線形制御理論)を確立することである.特に今回はトレーラー型けん引車両の任意経路(直線,円,これらの組み合わせからなる経路)に対する追従制御系と,従来あまり研究されていなかった自動車型けん引車両(トレーラー型とはジョイント位置が異なるだけであるが,制御系の設計が構造的に変わってしまう)の経路追従制御系の設計と実験を行った.
まず,トレーラー型けん引車両の直線と円経路に追従する制御系を設計した.このときは,非線形・ノンホロノミックシステムである車両の状態方程式を我々が提案している時間軸-状態制御系に変換し,状態制御部分の制御を厳密な線形化により行う方法を用いた.さらに円経路と直線経路追従制御系を切り替えながら任意の経路に追従する制御方法を提案した.この際,車両の操舵角が連続に切り替わる方法を提案した.
次にシミュレーションによる制御則の評価を行った.申請したメモリーボード,ハードディスク,トランシーバを既存の計算機に実装し,シミュレーションを行った結果,人間ではかなりむづかしいと考えられる後退時のけん引車両の8字経路追従がジャックナイフ現象を起こすことなく可能となることが確認された.
さらに,実験用けん引車両を作成し,経路追従制御実験を行った.実験により,車両の挙動に不確定性(車輪の滑りや車両のガタ,床の凹凸)があっても良好な経路追従制御を実現するためには,非線形制御理論だけではなく,既存の線形ロバスト制御理論を用いてロバストな制御系を設計する必要があることがわかった.
自動車型けん引車両(連結点の位置が異なる)に対しては車両の挙動を時間軸-状態制御系に変換した後,部分線形化手法を提案し,制御系を設計し,実験により制御可能であることを確認した.

Research Products

• [Publications] 三平 満司: "非線形制御理論を用いた自動車型けん引車両の経路追従制御" 計測自動制御学会論文集. 30(掲載予定). (1994)