2021 Fiscal Year Research-status Report
Perfect Tracking Control by PWM-Type Input
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19K04438
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| Research Institution | Utsunomiya University |
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Principal Investigator |
平田 光男 宇都宮大学, 工学部, 教授 (50282447)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 雅康 宇都宮大学, 工学部, 助教 (10456692)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | PWM型入力系 / 完全追従制御 / 不安定零点 / 量子化誤差 / 動的量子化器 / 二重積分系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
モーションコントロールの制御対象として取り扱うことの多い二重積分系は，零次ホールド離散化すると不安定零点を生ずる。しかし，申請者らの最近の研究により， PWM（Pulse width modulation）型入力系の場合，PWMパルスの生成方法を工夫すると，その不安定零点を安定化できることがわかった。そこで本研究では，PWM型入力系において安定な逆モデルに基づく完全追従制御を達成するための具体的な設計法を確立することを目的とする。
前年度までの2年間で，二重積分系及び４次の高次システムに対する基本的な設計法を確立した。また，現実のPWM型入力では避けることのできない時間分解能に起因する量子化誤差を低減するには，動的量子化器が有効であるが，この動的量子化器の設計問題と不安定零点の安定化問題との間に接点があることを見いだし，具体的な設計法を提案した。
今年度は，昨年度検討を行った量子化誤差の問題を引き続き検討し，理論的考察を深めた。具体的には，まず，制御入力の振幅方向に量子化誤差のある場合の従来法をそのまま時間分解能に起因する量子化誤差がある場合に適用しただけでは，ある程度の性能向上は望めるものの，PWM型入力系のポテンシャルを充分生かし切れていないことを明らかにした。そして，この問題を解決するために，PWM型入力系を多入力線形系へ厳密線形化した上で動的量子化器を適用する方法を提案した。さらに，この方法をガルバノスキャナの終端状態制御に適用し，数値実験を通してその有効性を示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
今年度も新型コロナの影響で，研究協力者である大学院生の入校が制限されたことなどから，実機実験を当初の予定通り進めるのが難しかったため，引き続き「理論の拡張可能性」を中心に検討を行った。昨年度，完全追従制御のために必要とされたPWM型入力系の不安定零点安定化問題は，量子化誤差の影響を低減する動的量子化器の設計に対しても有用であることを明らかにしたが，今年度の研究によって，昨年度の方法では十分な性能が得られないことを明らかにした。そして，この問題を解決するユニークかつ新たな方法を考案し，その内容を，オンラインで開催された国際会議で発表した。このように，「理論の拡張可能性」において大きな進展が見られた。一方で，ガルバノスキャナを用いた実機実験については，新型コロナの影響で実施できていないことから，上記を総合的に考え，やや遅れている，と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
完全追従制御で必要となる不安定零点の安定化問題は，PWM型入力の時間分解能に起因する量子化誤差の影響を低減するためにも有効であることを示した。そして，ガルバノスキャナの制御問題へこの方法を適用し，数値実験でその有効性を示した。しかし，その際に用いた制御法は，量子化誤差低減の効果に焦点を当てたため，終端状態制御を用いた。しかし，完全追従制御系においても，現実の世界では，時間分解能に起因する量子化誤差は存在する。したがって，完全追従制御系においても，この量子化誤差の影響をできるだけ低減することが求められることから，完全追従制御系に動的量子化器を導入する新たな方法を検討する。ガルバノスキャナの実機を用いた有用性の検証については，実機実験の実施を検討するが，それが難しい場合は，実機実験に近い結果が得られるよう，より詳細なモデルを用いたシミュレーションや，制御器を実機としたHILS（Hardware In The Loop Simulator）環境などを活用する。最後に，これら一連の研究を論文にまとめ，ジャーナルに投稿する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルスの影響で，学会が全てオンライン形式の実施となったため，出張費がかからず，次年度への繰り越し額が生じた。これらについては，学会参加の旅費やオープンアクセスジャーナルの論文掲載料，英文校閲料として使用する。
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