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Design of advanced control for underactuated mechanical systems

Research Project

Project/Area Number 17F17791
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section外国
Research Field Dynamics/Control
Research InstitutionTokyo University of Technology

Principal Investigator

しゃ 錦華  東京工科大学, 工学部, 教授 (10257264)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) ZHANG ANCAI  東京工科大学, 工学部, 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2017-11-10 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2018: ¥300,000 (Direct Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2017: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywords劣駆動システム / inverse motion / 運動軌道計画 / 有限時間安定化 / フライホイール型倒立振子 / 車輪型倒立振子 / 鉄棒ロボット / TORAシステム / 3リンク鉄棒ロボット / inverted trajectory / 軌道追従
Outline of Annual Research Achievements

平成30年度において,平成29年度に引き続き,劣駆動システムについて以下のように研究を行った。
2自由度劣駆動システムについて,まず,フライホイール型倒立振子の運動軌跡追従制御に関して,inverse motion手法という制御則を導出し,シミュレーションによりその有効性を検証し,従来の手法に比べ,本手法のロバスト性が非常に優れていることが分かった。また,シミュレーションにおいて,制御対象の各種パラメータがそれぞれ5%および10%変動させても,本手法の制御性能はほとんど変わらないことがわかった。それから,その研究成果をさらに車輪型倒立振子などの2自由度劣駆動システム制御に拡張することを試み,この手法が計測ノイズにも強いことがわかった。
3リンクを持つ劣駆動システムについて,全運動空間における運動軌道の設計法について共同で新たに提案した。この手法を用いることにより,従来の安定化制御問題を追従制御に変換し,3自由度劣駆動鉄棒ロボットの運動制御が容易に実現できるだけでなく,システムの動特性も簡単に解析できるという特徴を持っている。
特有構造を持つ劣駆動システムとして,TORAシステムが宇宙空間で広く用いられる。この種のシステムの安定化問題は非常に難しく,従来から機械制御分野の難問としてクローズアップされてきている。本研究は座標変換手法を導入して新しい安定化制御則を打ち出した。その手法の有用性を,さらにバネにより結合される2リンクマニピュレーターに拡張し,非常に優れた結果を得た。
研究を行っているうちに,劣駆動システムの有限時間安定化の可能性を発見した。これにより劣駆動システムの動特性を大幅に向上させる可能性が出てきた。ディスカッションを重ねた結果,有限時間安定化のシステム構成がきまり,制御則の導出ができた。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2019 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 4 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] Linyi University/Universities of Shandong(中国)

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] King Abdulaziz University(サウジアラビア)

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] Linyi University/Hunan Univ. Science & Technology(中国)

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Journal Article] Inverse motion method for the stabilizaiton of underactuated inertia wheel pendulum2019

    • Author(s)
      Ancai Zhang, Jinhua She, Jianlong Qiu, Chaomin Luo, Chengdong Yang, and Fawaz Alsaadi
    • Journal Title

      International Journal of Robotics and Automation

      Volume: 34 Issue: 3 Pages: 1-20

    • DOI

      10.2316/j.2019.206-5129

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Design of motion trajectory and tracking control for underactuated cart-pendulum system2019

    • Author(s)
      Ancai Zhang, Jinhua She, Jianlong Qiu, Chengdong Yang, and Fawaz Alsaadi
    • Journal Title

      International Journal of Robust and Nonlinear Control

      Volume: 29 Issue: 8 Pages: 2458-2470

    • DOI

      10.1002/rnc.4502

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A new control method for global stabilization of translational oscillator with rotational actuator2019

    • Author(s)
      Ancai Zhang, Jinhua She, Jianlong Qiu, Chengdong Yang, and Fawaz Alsaadi
    • Journal Title

      International Journal of Systems Science

      Volume: 50 Issue: 5 Pages: 954-960

    • DOI

      10.1080/00207721.2019.1586000

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Trajectory design and tracking control for nonlinear underactuated wheeled inverted pendulum2018

    • Author(s)
      Shuli Gong, Ancai Zhang, Jinhua She, Xinghui Zhang, and Yuanyuan Liu
    • Journal Title

      Mathematical Problems in Engineering

      Volume: 2018 Pages: 1-10

    • DOI

      10.1155/2018/6134764

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Dynamic properties analysis and motion planning for underactuated wheeled Acrobot2018

    • Author(s)
      Ancai Zhang, Jinhua She, Jianlong Qiu, Chengdong Yang, Xinghui Zhang, and Guochen Pang
    • Organizer
      The 27th IEEE International Symposium on Industrial Electronics (ISIE)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Stabilizing control of underactuated inertia wheeled pendulum using coordinate transformation and Lyapunov function method2018

    • Author(s)
      Ancai Zhang, Jinhua She, Jianlong Qiu, Xinghui Zhang, and Guochen Pang
    • Organizer
      The 2018 IEEJ Annual Conference on Electronics, Information and Systems
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Motion trajectory design for underactuated three-link gymnast robot2017

    • Author(s)
      Ancai Zhang, Jinhua She, Jianlong Qiu, Chengdong Yang, and Lan Zhou,
    • Organizer
      The 11th Asian Control Conference (ASCC2017)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2017-11-13   Modified: 2024-03-26  

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