流体制御系における非線形特性の積極的利用に関する研究

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06650190
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 早瀬 敏幸 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (30135313)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 飯村 或郎 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (70006188) ; 林 叡 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (10021982)
• Keywords: 流体制御 / 非線形制御 / コンプライアンス制御 / 油圧マニピュレータ / サーボ系 / 安定性 / カオス / コンピュータ援用制御

Research Abstract

制御対象として油圧モーターで駆動される2自由度マニピュレーターと,強い非常線形特性をもった流体制御要素として,4個のステッピングモータで駆動されるブリッジバルブの実験装置を製作した.対象とした非線形流体制御系の基本的な特性を明らかにするため,系の数学モデルに基づくコンピューターシミュレーションを行った.系のパラメータと非線形特性の関係を明らかにするとともに,非線形制御理論の適用の効果についても検討を行った.また、本研究で対象とする流体制御システムにおいては,従来用いられてきた電磁弁の構造は必ずしも最適なものとはならないので,流体制御要素内部の流れ場の3次元・非定常流動数値解析を行う必要がある.本年度は,基礎的検討として,従来より用いられているスプール式のサーボ弁内の非定常数値解析を行って,その動特性を明らかにした.さらに油圧マニピュレータの制御実験を行って,理論的検討結果の妥当性を検証した.また,上記の油圧制御系は,従来困難であったマニピュレータのコンプライアンスの制御が構造上容易に行える特徴を持つ.来年度は,この点に関しても検討を行う予定である.以上については,主に早瀬が担当した.本研究で対象とする流体制御系の制御性能に大きな影響を及ぼす油圧系特有の非線形振動の問題に関しては主に林が担当し,油圧計に発生するカオス振動に関する数値解析を行った.また,飯村は,力制御において本質的に重要な非定常圧力の計測に関わる問題と固体摩擦が制御性能に与える影響について,数値シミュレーションにより検討を行った.

Research Products

• [Publications] 早瀬 敏幸: "管オリフィス流れの過渡特性に関する数値解析(第2報,定常流にステップ状の圧力変化を与えた場合)" 日本機械学会論文集(B編). 60巻569号. 78-84 (1994)
• [Publications] 早瀬 敏幸: "Control of a Flexible Inverted Pendulum" Advanced Robotics. Vol.8 No.1. 1-12 (1994)
• [Publications] 早瀬 敏幸: "油圧マニピュレーターの非線形制御" 日本機械学会東北支部第29期総会・講演会講演論文集. No.941-1. 124-126 (1994)
• [Publications] 早瀬 敏幸: "Strongly Nonlinear Hydraulic Manipulator Designed for Precise Motion Control" Proceedings or 3rd International Workshop on Advanced Motion Control. 783-790 (1994)
• [Publications] 林 叡: "衝突による不連続非線形特性を有する系の数値計算法" 油圧と空気圧. Vol.25 No.3. 439-445 (1994)
• [Publications] 早瀬 敏幸: "Numerical Analysis of Transient Flow through a Pipe Orifice Starting from Initial Steady Flow" Proceedings of 3rd JSME-KSME Fluids Engineering Conference. 277-282 (1994)
• [Publications] 早瀬 敏幸: "Nonlinear Contrlo of Hydraulic Manipulator" Proceedings of 1st Asian Control Conference. Vol.2. 565-568 (1994)
• [Publications] 林 叡: "Mechanism of Hard Self-Excited Vibration in Poppet Valve Circuit" Proceedings of 4th Triennial International symposium on Fluid Control,Measurement,and Flow Visualization. 641-646 (1994)
• [Publications] 早瀬 敏幸: "非線形特性を積極的に利用した油圧マニピュレーターの制御" 計測自動制御学会東北支部30周年記念学術講演会講演論文集. 191-192 (1994)
• [Publications] 早瀬 敏幸: "油圧サーボ系に発生する微小スティックスリップ振動" 日本油空圧学会 秋期油空圧講演会講演論文集. 137-140 (1994)
• [Publications] 早瀬 敏幸: "スプール弁の動特性に関する数値解析" 計測自動制御学会第9回流体制御シンポジウム講演論文集. 1-6 (1994)
• [Publications] 早瀬 敏幸: "コンピュータを援用した流動場の制御に関する基礎的研究(分布定数系に対するオブザーバーの構成)" 日本機械学会第72期通常総会講演会講演論文集. 発表予定. (1994)
• [Publications] 早瀬 敏幸: "スプール弁内の非定常流に関する数値解析" 日本機械学会論文集(B編). 61巻584号 掲載予定. (1994)
• [Publications] 早瀬 敏幸: "Numerical Analysis of Transient Flow through a Pipe Orifice(Time Constant for Settling Flow)" JSME International Journal. Vol.38,No.2,B 掲載予定. (1994)