柔軟構造系上に搭載された柔軟マニピュレータの運動と振動の同時適応制御(姿勢変動に対するフィードバック補償器のロバストゲインスケジュール)

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08750262
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 西村 秀和 千葉大学, 工学部, 助教授 (70228229)
• Keywords: 位置決め制御 / 振動制御 / 柔軟構造物 / 適応制御 / ロバスト制御 / ゲインスケジュール / モデリング / 非線形性

Research Abstract

当該研究では,柔軟構造系上に腰回り方向に自由度を有し,回転自由な振子が取り付けられたマニピュレータを搭載したタワークレーン形状の実験モデルを制御対象とし,マニピュレータの腰回り方向のテンドン制御により,柔軟マニピュレータの位置決め制御を行うと同時に柔軟構造系に生じる並進振動と振子の振れの制御を行った.特にマニピュレータの姿勢変動および振子長さ変動に適応したフィードバック補償器の最適なゲインスケジュールを設計しロバスト制御性能を向上させることを目的とし,まず,非線形性を考慮した厳密なモデリングを行った.柔軟構造系の振動特性は有限要素モデルを用いて解析し,運動方程式を導出し,この数学モデルに対して,制御系設計のためのモデルの線形化および低次元化を施した.さらにマニピュレータの姿勢変動および振子長さ変動に適応したゲインスケジュールの最適設計を線形行列不等式に基づくH_∞制御により行い,モデルの非線形性を考慮した数値シミュレーションによって本制御手法の妥当性を確認するとともに,モータの制御トルクが制御実験に用いるACサーボモータに対して妥当な数値となっていることを確認した.
つぎに,実験モデルの設計・製作を行い,製作された実験モデルを実験モード解析することによりモデリングの妥当性を検証した.制御実験ではDSP(Digital Signal Processor)内に数値計算によって設計されたゲインスケジュール制御器を実装し,まず,固定制御器で柔軟構造系の振動制御と柔軟マニピュレータの位置決め制御,振子の振れ止め制御が同時に行われることを確認し,さらに振子長さ変動に対するゲインスケジュール制御器による有効性およびロバスト性を検証した.
今後は,マニピュレータに腰回り方向の回転自由度を与え,さらに,マニピュレータの多リンク化を行い,3次元空間でのゲインスケジュール位置決め・振動の同時制御および2自由度制御系設計を行う予定である.