可変構造制御を用いた動的安定な信頼可能制御系の設計法の研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450170
• Research Institution: TOKYO DENKI UNIVERSITY
• Principal Investigator: 古田 勝久 東京電機大学, 理工学部, 教授 (10016454)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岩瀬 雅美 東京電機大学, 理工学部, 助手 (50339074) ; 鈴木 聡 東京電機大学, フロンティア共同研究センター, 助手 (20328537) ; 畠山 省四朗 東京電機大学, 理工学部, 教授 (40138954)
• Keywords: 可変構造制御 / スライディングセクター / 信頼可能制御 / Lazy制御 / VS厳密微分器 / カオス

Research Abstract

1. 前年度の成果として得られたスライディングセクター可変構造制御論による信頼可能制御系設計法を非線形リミットサイクルシステムのクラスに拡張し、システム本来の特性を積極的に活用して制御器から対象プラントへの干渉そのものを最小するというLazy制御を提案した。実機検証例として受動2足歩行の制御へ応用し、その結果、受動歩行本来の自律的な歩容生成を維持しつつ、最小のアシストで歩行の安定性を高めることが可能となることを示した。さらに受動歩行ロボットを開発し、仮想重力補償をベースとする信頼可能制御系を構成することで平地歩行を実現し、理論の有効性を実証した。
2. 信頼可能制御系設計法を実装する際に必要となる微分情報の推定の為に、可変構造制御論を利用した適応型VS微分器の設計法を提案し、良好な微分情報の推定が可能なことを確認した。本成果は、信頼可能制御系に限らずどのようなシステムにおいても利用でき、今後幅広い分野へ応用できる事が期待できる。
3. システムの信頼可能領域を回復する一手段として、カオス的アプローチであるOGY法による手法を示し、受動2足歩行に適用した。本成果は、概して制御的価値の低いと思われていたカオス現象を制御することで、安定領域を拡大できるということを示せた点で意義深い。
4. 拘束力を陽に考慮できる、非線形メカニカルシステムのための非線形最適問題の解法「状態依存Ricatti方程式による拘束力制御法」を示した。これは機構部設計の際に重要なファクターである拘束力を制御系設計段階で考慮でき、入力量や状態量とほぼ対等に工学的感覚に基づいて制御器の設計ができる点が優れている。倒立振子の振上げ制御に適用し、実際に関節への負荷が低い制御が達成されていることを確認できた。

Research Products

• [Publications] K.Furuta: "Super Mechano System -Fusion of Control and Mechanism-"SICE/ICASE Joint Workshop -Control Theory and Applications-, Plenary lecture.. K1-K4 (2001)
• [Publications] Katsuhisa Furuta: "Super Mechano-Systems : Fusion of Control and Mechanism"15th IFAC World Congress on Automatic Control, plenary lecture. (To be appeared In July). (2002)
• [Publications] V.A.Yakubovich, S.Nakaura, K.Furuta: "Tracking Domains for Unstable Plants with Saturating-Like Actuators"Asian Journal of Control. 1・4. 229-244 (2000)
• [Publications] A.Sugiki, S.Hatakeyama, K.Furuta: "On relay feedback and chaotic systems"International Journal of Nonlinear and Robust Control(Special Issue on Control of Oscillatory Systems). 11. 241-252 (2001)
• [Publications] Hiroki Ohta, Masaki Yamakita, Katsuhisa Furuta: "From Passive to Active Dynamic Walking"Interantional journal of robust and nonliner control. 11. 287-303 (2001)
• [Publications] T.Suzuki, K.Furuta, M.Yamakita: "Design of Functional Observer in Input-Output Relation"計測自動制御学会論文集. 37・1. 4-49 (2001)
• [Publications] Kazutaka Uchida, Katsuhisa Furuta: "Constant Torque Walking"nternational Conference on Control Apllications'00. 20-25 (2000)
• [Publications] T.Hoshino, H.Kawai, K.Furuta: "Stabilizationof The Triple Spherical Inverted Pendulum -Simultaneous Design Approach-"Automatisierungstechnik. 48・12. 577-578 (2000)
• [Publications] A.Sugiki, S.Hatakeyam, K.Furuta: "Relay Feedback Designof Chaotic Systems on Piecewise-Linear Feedback"Proceedings of IEEE International Conference on Industrial Electronics, Control and Instrumentation. 718-722 (2000)
• [Publications] S.Suzuki, Y.Pan, K.Furuta, S.Hatakeyama: "Dynamic Impact Shot Control with VSC servo"IEEE International Conference of Industrial Electronics, Control and Instrumentation. 58-63 (2000)
• [Publications] Y.Pan, K.Furuta, S.Suzuki, S.Hatakeyama: "Design of Variable Structure Controller - From Sliding Mode to Sliding Sector"39th IEEE Conference on Decision and Control. 1685-1690 (2000)
• [Publications] Y.Pan, K.Furuta, S.Hatakeyama, S.Suzuki: "Designof Sliding Mode for Chattering-free Variable Structure Control"IEEE International Conference of Industrial Electronics, Control and Instrumentation. 1117-1122 (2000)
• [Publications] Y.Pan, K.Furuta, S.Suzuki, S.Hatakeyama: "Discrete-time Variable Structure Control for Descriptor System"6th IEEE International Workshop on Variable Structure Systems. 65-73 (2000)
• [Publications] Napoleon, Tasuku Hoshino, Katsuhisa Furuta: "Hand over control of unstable object using manipulators-An aproach of continuously switching of controllers"39th IEEE Conference on Decision and Control. 3471-3476 (2000)
• [Publications] S.Suzuki, K.Furuta, Y.Pan, S.Hatakeyama: "Lazy VS-control strategy for passive walking"Proceedings of the 40th IEEE Conference on Decision and Control. 1392-1297 (2001)
• [Publications] S.Suzuki, K.Furuta, Y.Pan, S.Hatakeyama: "Biped walking robot control with Passive Walker Model by New VSC servo"20th American Control Conference. 107-112 (2001)
• [Publications] Yaodong Pan, Satoshi Suzuki, Shoshro Hatakeyama, Katsuhisa Furuta: "Identificationof Continuous Systems Based on Markov parameters of Transformed System"IASTED International Conference Modelling, Identification and Control. 19-22 (2001)
• [Publications] Masami Iwase, Masaki Yamakita, Katsuhisa Furuta: "A LQG Controller Design for Linear Continuous-time Systems Based on Laguerre Series Expansion"Proc. SICE 1st Annual Conference on Control Systems. 679-684 (2001)
• [Publications] S.Suzuki, K.Furuta: "Active virtual gravity drive"SICE/ICASE Joint Workshop -Control Theory and Applications-. 37-42 (2001)
• [Publications] S.Suzuki, K.Furuta: "Active-passive walking by minimum attention control"TITech COE/Super Mechano-Systems Symposium. (In CD-ROM). (2000)
• [Publications] S.Suzuki, K.Furuta: "Enhancement of stabilization for passive walking by chaos control approach"15th IFAC World Congress on Automatic Control. (To be appeared in July). (2002)
• [Publications] 鈴木 聡, 古田 勝久, 畠山 省四朗: "Lazy controlによる能動的受動二足歩行制御"日本シミュレーション学会/第20回シミュレーション・テクノロジー・コンファレンス. 165-170 (2001)
• [Publications] 岩瀬将美, 山北昌毅, 古田勝久: "ラゲール級数展開表現に基づいた連続時間システムのLQG制御器1設計法"第1回制御部門大会予稿. (2001)