2018 Fiscal Year Research-status Report
Advanced Control for Servo Mechanism Driven by Smart Material-Based Actuators
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18K04212
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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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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | スマートマテリアル / アクチュエータ / ヒステリシス / サーボ機構 / 高度化制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
まず、リレーやplay operatorなどを参考にし、入力に関するnon-smooth型非対称記憶要素を考案した。そして、外部及び内部の環境に依存する時変密度関数を開発し、密度関数と記憶要素の累積によってヒステリシスを表す静的モデルを提案した。それから、入出力の位相差を考察し、これを表現できるような非線形ダイナミックスを構成した。これらの準備に基づき、非線形ダイナミックスとヒステリシスの静的モデルを併せ、パラメータによって特徴づけられた動的モデルを合成した。
続いて、non-smooth最適同定法を開発し、その収束性を検証し、圧電・超磁歪アクチュエータの実験によって提案手法の有効性を確認した。
それから、提案した動的ヒステリシスモデルに基づき、その高精度出力制御手法を考案した。具体的には、非線形適応法を導入し、ダイナミックスのパラメータ及び静的ヒステリシスモデルの密度関数パラメータをオンライン的に推定した。
そして、モデルの不確かさに対処できるようなロバスト適応サーボ制御入力の構成法を検討し、閉ループシステムの安定性及び出力誤差を解析した。続いて、提案したロバスト適応制御法の有効性を検証し、パラメータの選択基準などを考察した。
それから、一定負荷の圧電アクチュエータ及び超磁歪アクチュエータの高精度出力制御へ応用した。さらに、従来の制御法と比較し、提案手法の汎用性・長所・短所を明らかにした。
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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
2018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。研究目的の前半の研究課題１及び研究課題２を取り込んで、比較的満足できる結果を得ることができた。
研究課題１：新型アクチュエータの入出力関係を考察するうえ、負荷と出力の干渉関係も研究し、サーボ制御設計に利用できるような動的数式モデルを構築し、オンライン同定アルゴリズムを提案する。
研究課題２：提案した動的ヒステリシスモデルに基づき、ヒステリシスの近似逆を求めずに、オンラインロバスト適応制御法を提案する。そして、一定負荷の圧電アクチュエータ及び超磁歪アクチュエータに対し、それらの高精度出力制御を実現する。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初に提出した研究計画に沿って、研究課題３及び研究課題４を取り上げて、研究を進めていく。
研究課題３において、提案した動的ヒステリシスモデルを入力側に含む動的システムに対して、その非線形ロバスト適応制御法を設計する。まず、適応アルゴリズムを提案し、制御則を構成できるような必要最小限のパラメータをオンライン的に推定する。そして、これらの推定に基づき、設計パラメータでシステムの出力誤差を高精度で制御できるようなロバスト制御則を合成する。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において、圧電アクチュエータや超磁歪アクチュエータなどで駆動されるサーボ機構に対し、高度な出力制御を実現する。まず、ナノステージをモデル化する。そして、研究課題３で得られた結果をナノステージの出力位置決めサーボ制御へ応用し、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。それから、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。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由：2018年12月に海外出張で生じた旅費は2018年度中に会計処理が完了できなかった。
使用計画：既に2018年12月の海外出張の旅費に全額を支出した。
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