2020 Fiscal Year Research-status Report
Modeling and control introduced a fractional-order transfer function for highly precise positioning device with a flat damper
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19K14931
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| Research Institution | Akita National College of Technology |
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Principal Investigator |
櫻田 陽 秋田工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (90442681)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 精密位置決め装置 / 積層型圧電素子 / 平面減衰機構 / 分数階微分 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ナノテクノロジーを支える基盤技術として，ナノスケールでの位置決め技術が必要不可欠であり，多くの分野において重要な要素である．これらの精密位置決めを行う動力源として積層型圧電素子を用いられることが多く，精密位置決めに適した推力発生素子である．PZTは，精密に変位をコントロールすることが可能であるが，変位が小さく，推力発生方向以外からの外力に比較的弱いことから，素子を保護し且つ変位を一方向に拘束しながら拡大する機構と組み合わせた精密位置決め装置として応用されることが多い．また，ナノスケールでの位置決めは，精密な駆動信号を高速に制御するため，変位拡大機構にも数kHzオーダーの高速な動作が求められる．高速な動作は，高い共振振幅を有する周波数特性も併せ持つため，高精度な位置決め性能を実現するためには，変位量を維持しながら，高い共振振幅を抑制しなければならない．本研究では，積層型圧電素子と変位拡大機構を組み合わせた精密位置決め装置を高速高精度に位置決めするために，高周波数で非常に高い共振振幅を抑制する減衰機構を検討し，精密位置決め装置と減衰機構を合わせたシステム全体を制御手法の開発を進めている．従来までにない位置決め方向に対しせん断に作用する薄く平面状の減衰機構について，高周波数における特性を明らかにする試験機を作成し，変位と力の新たなヒステリシス特性の知見を得た．非線形性を有する制御対象であることを明らかにできたので，現在，適用する制御アルゴリズムについて検討を進めている．
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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
平面減衰機構について，測定サンプルを多くし，変位と力のヒステリシス特性および周波数依存性についての現象の把握が進んだ．
非線形性を有する制御対象であることを明らかにできたので，現在，適用する制御アルゴリズムについて検討を進めている．
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| Strategy for Future Research Activity |
精密位置決め装置の周波数特性の実験から，一般的なバネ・マス・ダンパーの１自由度振動系では，表現できない特性を確認したので，バネ定数と減衰係数に対し新たな手法の一つとして分数階微分の考え方を導入し，適用する制御アルゴリズムについて検討を進める．また，制御コントローラをDSPに実装することを想定し，分数階微分の項に関わる離散化の手法を並行して進める．
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| Causes of Carryover |
参加予定のカンファレンスおよび精密工学会講演会がweb開催になったため，予算の旅費の執行が滞りましたが，参加web講演会を多くし，聴講者の方々からのコメントを頂く機会を多くすることができた．測定サンプルを多くし，現象の把握が進みましたので，その知見をもとに制御アルゴリズムの検討を進めていく．装置の構造と制御の両面からシステムとして制御性能を向上することを目指し，実験と検証を繰り返していく．最終的に制御性能の改善のために精密位置決め装置の再試作することを検討し，計画性をもった研究費の使用を進める．
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