実用的な非線形制御系設計法とクレーンシステムへの応用

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12750395
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 劉 康志 千葉大学, 工学部, 助教授 (70240413)
• Keywords: 非線形システム / 非ホロノミック制御 / 車両のステアリング / 水中移動体 / リアプノフ関数 / 大域漸近安定 / Chained formシステム

Research Abstract

平成12年度の研究では,物理系特有の構造特性を生かし,非ホロノミック拘束を仮想入力として捉えることによって,あるクラスの非ホロノミック系に対する実用的な制御方法を提案した.本年度では,このアプローチをさらに発展させ,四輪車両と水中移動体の位置・姿勢決め制御法を開発できた.
本研究のアプローチは,非ホロノミック拘束を定数ノルムを持つ仮想入力として捉えられることに着目するものである。具体的には,定数ノルムに拘束される仮想入力を設計してから実際の制御入力を設計するという二段構えのアプローチを考案した。四輪車両と水中移動体の制御においては,これはすなわち(1)位置を安定化できるように必要な姿勢角とステアリング角を求め,(2)次に実際の姿勢角とステアリング角を必要なものに追従できるようにステアリング速度を求めることと対応している.このアプローチの特徴として,前進速度に大きな自由度を持つ.
ただし,ステップ1においてすべての位置の安定化を図るために,適切なリアプノフ関数を選ぶ必要がある.本研究では,物理的考察により重み付位置に関する2次形式関数をリアプノフ関数とすることでこの問題を解決した.シミュレーションした結果,きわめて優れた成果が得られている.
本研究の成果は,理論的にはいままでの非ホロノミック制御研究になかった,斬新なものであり,また実用上移動体の操縦自動化システムの開発に大きく貢献するものである。さらに,前進速度(これはChained formシステムではGeneratorと対応する)に大きな自由度があることはChained formシステムをより物理的に実現可能な制御則で制御できることを示唆している.現在,この考え方に沿って研究を展開している.

Research Products

• [Publications] 大形明弘, 山本将利, 劉 康志, 斉藤制海: "パラメータ依存リヤプノフ関数の幾何学的方法"計測自動制御学会論文集. 38・3. 137-142 (2002)
• [Publications] 宮崎真理子, 劉 康志, 斎藤制海: "多地域電力システムの周波数制御問題に対するロバスト分散制御法"電気学会論文誌C. 121・5. 953-960 (2001)
• [Publications] K.Z.Liu, A.Kanehara: "Steering control of vehicles by discontinuous control approach"Proc.of 2001 American Control Conference. 1521-1526 (2001)
• [Publications] K.Z.Liu, S.Ouchi: "Nonlinear control approach to linear systems with constant input norm constraint-Application to rotational crane systems"Proceedings of CCC'2000. 440-444 (2000)
• [Publications] 浅野 さやか, 劉 康志, 大形 明弘, 斉藤 制海: "ノンホロノミック水中移動体の安定化制御"第44回自動制御連合講演会予稿集. 568-571 (2001)
• [Publications] K.Z.Liu, A.Ikai, A.Ogata, O.Saito: "A nonlinear switching control method for magnetic bearing systems"Proc.of 2002 IFAC World Conference. (to be published). (2002)
• [Publications] 劉 康志: "線形ロバスト制御"コロナ社. 223 (2001)