宇宙ロボットの非線形性に着目したロバスト制御(本体の姿勢変動とアームの弾性振動に対する協調制御)

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05555069
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 野波 健蔵 千葉大学, 工学部, 助教授 (30143259)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 安住 一郎 石川島播磨重工業, 技術研究所, 研究員 ; 斉藤 修 石川島播磨重工業, 技術研究所, 研究員 ; 小林 信之 石川島播磨重工業, 技術研究所, 課長 ; 西村 秀和 千葉大学, 工学部, 助手 (70228229)
• Keywords: 宇宙ロボット / 姿勢制御 / スライディングモード制御 / ロバスト制御 / 非線形制御 / DSP制御 / スラスタ / リアクションホイール

Research Abstract

宇宙機搭載型のロボットアームや軌道上作業機のような空間浮遊型宇宙ロボットの近い将来の実用化が期待されている。空間浮遊型宇宙ロボットが軌道上で作業を行う際にはロボットアームの運動に伴う反力により宇宙機本体の姿勢変動を生じるので、これを低減する制御方式の開発が望まれている。
空間浮遊型宇宙ロボットの場合、システム特性がアームの運動の関数となる非線形性があり、アクチュエータであるスラスタ、リアクションホイルなどは制御力に拘束があり、かつ、消費する燃料が有限であるのでなるべく制御エネルギを小さくする必要がある。本研究では、この様な制約のもとに最適な姿勢制御を実現する制御方式の開発を目的とする。特に、本研究は、宇宙ロボットが作業中に強い力学的非線形性を有するため、線形制御系として制御系を設計した場合、姿勢制御に多くのエネルギを要したり、あるいは多くの時間を要することになり、結果的に宇宙空間での高速な作業が不可能になる問題に着目し、非線形適応制御の有力な方法で優れたロバスト性を有するスライディングモード制御を宇宙ロボットの姿勢制御に適用すること、さらに作業に伴うアームの弾性振動も同時に抑制することを中心に本年度は研究を行った.
本年度は本試験研究の基礎段階であり、理論的な検討と数値シミュレーションおよび制御アルゴリズムの開発、さらに実験装置の設計・製作、さらに基礎実験などを行った。具体的には姿勢制御用離散時間スライディングモード制御系の設計と非線形制御の理論的検討と考察,宇宙ロボットの厳密な非線形モデルの構築と作業中における非制御時および制御時の実時間数値シミュレーションプログラム、アニメーションプログラムの開発,宇宙ロボット本体および周辺機器の設計および製作,実験装置のセットアップ非制御時基礎実験,実験結果の検討および考察,制御プログラムの実装化と制御時基礎実験等を実施した.これらから本研究が提案する離散時間スライディングモード制御が宇宙ロボットの姿勢制御に極めて有効で,特に,従来型の線形制御より優れていることを理論的,実験的に検証できた.

Research Products

• [Publications] 小林信之・斉藤修・野波健蔵: "宇宙ロボットの姿勢制御(第1報スラスターによる制御)" 日本機械学会論文集C編. 59. 1459-1464 (1993)
• [Publications] 小林信之・斉藤修・野波健蔵: "宇宙ロボットの姿勢制御(第2報フィードフォワード・フィードバック協調制御)" 「第3回運動と振動の制御」講演論文集. 313-318 (1993)
• [Publications] 小林信之・野波健蔵 他3名: "宇宙ロボットの姿勢制御(第3報 離散時間スライディングモード制御)" 日本機械学会「AV-Dシンポジウム」講演論文集. 104-107 (1994)