2016 Fiscal Year Research-status Report
入出力関係に単調性を有しないヒステリシスのモデリング・高度化制御及びその応用
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15K06152
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
陳 新開 芝浦工業大学, システム理工学部, 教授 (50273347)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | スマートマテリアル / ヒステリシス / 高精度制御 / バイオテクノロジー / ナノテクノロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
単調性を有しないヒステリシスの特性についてさらに研究し、前年度で得られた数式モデルを修正した。具体的には、Play演算子、シフト演算子および入力の多項式などを用いて、ヒステリシスの静的モデルを構築した。続いて、線形システムを提案し、その入力側にヒステリシスの静的モデルを配置することにより、単調性を有しないヒステリシスの動的モデルとして構築した。超磁歪アクチュエータ、圧電アクチュエータ及びIPMCアクチュエータなどの入出力データの一部を用いて、新しいモデルの枠組みでパラメータ同定を行った。そして、ほかの実験データをテストデータとして、計算機シミュレーションを行って、新しいモデルの有効性を確認した。
単調性を有しないヒステリシスを含むシステム（即ち、“サンドイッチシステム”）のロバスト制御ついて、二つの制御法を提案した。一つ目の制御法において、単調性を有しないヒステリシスを線形及び非線形の部分に分けて、非線形部分を外乱と見なした。そして、外乱オブザーバの導入によりヒステリシスの非線形部分を推定し、指定性能を保証できるようなスライディングモード制御を提案した。ナノステージの精密位置制御へ応用し、この手法の簡潔性、実用性などを確認した。また、外乱を加えることにより、提案手法のロバスト性を確認した。
もう一つの制御法において、提案したヒステリシスの新しいモデルを用いて制御則を考案した。まず、適応アルゴリズムを導入することにより、制御器設計に必要なシステムパラメータをオンライン的に推定し、制御則を合成した。そして、IPMCアクチュエータの精密位置制御へ応用した。ここで、制御器設計に必要なシステムパラメータをオフライン的に同定し、この同定値をシステムパラメータのオンライン推定の初期値として設定した。提案手法の有効性、実用性、ロバスト性などを制御実験で確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2016年度において、当初に提出した研究計画に沿って、研究を進めてきた。研究課題２をさらに研究し、単調性を有しないヒステリシスのより良いモデルを完成した。研究課題３を取りあげ、まず、パラメータで特徴づけられたシステムに対して適応制御則を提案した。比較的に満足できる結果が得られた。
研究課題２：単調性を有しないヒステリシスのオンラインロバスト適応制御法を提案し、導電性高分子アクチュエータの出力制御及び超磁歪アクチュエータの高周波出力制御へ応用する。
研究課題３：単調性を有しないヒステリシスを入力側に含む動的システムの適応制御則を提案する。特に、モデルの不確かさを持つ動的システムに対し、そのロバスト制御則を考察する。
研究成果を国際論文誌2編、国際会議論文6編、国内学会発表2編にまとめ、発表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初に提出した研究計画に沿って、引き続き研究課題３を追究し、研究課題４を取り上げ、研究を進めていく。
研究課題３について、前年度で得られた結果に基づいて、外乱などのモデルの不確かさを持つ動的システムに対して、そのロバスト制御法を提案する。それから、閉ループシステムの安定性を解析する。さらに、計算機シミュレーションを行い、提案する制御法の有効性を検証し、パラメータの選択基準などを明らかにする。
研究課題４について、まず、超磁歪アクチュエータで駆動するナノポジショナの数学モデルを定式化する。それから、研究課題３で得られる制御則を利用し、計算機シミュレーションを行い、コントローラの最適パラメータを大まかに選定する。続いて、実験を行い、外部条件を変えながら、提案手法の有効性・ロバスト性・実用性を確認する。さらに、従来の制御法と比較し、提案手法の利点・欠点を明らかにし、実応用を目指していく。
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| Causes of Carryover |
購入を予定していたデータボードが新しい仕様になるため、購入を延期した。また、論文が出版される時期が遅れたため、予定していた研究成果投稿料が発生しなかった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
購入を予定していたデータボードの新しい仕様商品を購入する。また、本年度で発生する研究成果投稿料を支払う。
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Research Products
(13 results)
