2020 Fiscal Year Annual Research Report
Design of predictive control systems with a disturbance estimation mechanism for motion control
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17K06233
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| Research Institution | Akita Prefectural University |
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Principal Investigator |
佐藤 俊之 秋田県立大学, システム科学技術学部, 准教授 (40315635)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
齋藤 直樹 秋田県立大学, システム科学技術学部, 教授 (60315645)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 機械力学・制御 / 制御工学 / モデル予測制御 / 外乱推定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和2年度は，モデル予測制御（MPC）の一種であるPredictive Functional control（PFC）の内部モデルに状態推定器を用いた制御手法（PFC_EBIM）のロバスト安定性と，MPCやPFCの外乱抑圧特性を向上させるための新たな未知入力推定器の設計手法を検討した．PFC_EBIMは制御対象入力側に加わる外乱を能動的に推定し，それが将来時刻に及ぼす影響を考慮して応答を予測するため，間接的に外乱を打ち消すことができる．また，未知入力推定器は外乱オブザーバと異なり逆モデルを必要とせず，また，通常の状態推定器と異なり外乱波形を事前に仮定する必要がない．
PFC_EBIMのロバスト安定性を検討するにあたり，非構造的な不確定性に対する安定性を考えた．非構造的な不確定性を仮定する場合には，閉ループ系の伝達関数表現を用いてスモールゲイン定理に基づく安定性の解析をおこなう．ここでは制御対象に含まれる不確定性を乗法的誤差と仮定した．次に，PFC_EBIM制御系の閉ループパルス伝達関数表現を導出した．これらの結果をスモールゲイン定理に当てはめることにより，閉ループ系が安定となるための十分条件を導出した．
次に新たな未知入力推定器の設計手法を検討した．この未知入力推定器は多入力多出力系に容易に適用でき，外乱オブザーバよりも優れた外乱抑圧特性を示すことが示されているものの，設計パラメータの数が多く，それらの最適値を見出すことが難しい．そこで，メタヒューリスティックの一種である人工蜂コロニーアルゴリズムを用いて未知入力推定器を設計する方法を構築した．ステップ状波形の外乱を仮定し，推定される外乱波形のオーバーシュートや整定時間といった評価基準に加えて，サンプリング周期毎に振動的にならないよう極配置領域をも考慮した評価関数を構成することで，効率的に未知入力推定器を設計できるかを検討した．
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