MIMO data-driven controller auto-tuning method for next generation high-precision motion systems

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K21076
• Project/Area Number (Other): 18H05902 (2018)
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund (2019); Single-year Grants (2018)
• Review Section: 0302:Electrical and electronic engineering and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Ohnishi Wataru 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (60823888)
• Project Period (FY): 2018-08-24 – 2020-03-31
• Keywords: 制御工学 / 精密位置決め / データ駆動制御器設計 / 複数入出力系

Outline of Final Research Achievements

Precision positioning devices are always required to have higher positioning performance. The tuning parameters of a controller increase as high performance is pursued, so the data-driven tuning method that enables the design of easy-to-use and high-performance controllers is required. In this study, we have proposed the following methods:
1-1) a data-driven design method for a controller with multiple sensors, 1-2) decoupling control of high-precision positioning stages by using redundant actuators, 1-3) frequency response data-based disturbance observer automatic tuning by linear matrix inequality, 2-1) experimental verification of the feedforward control method for systems with unstable zeros, 2-2) a new feedforward that relaxes trade-offs between on-sample error and inter-sample error.

Free Research Field

制御工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

高分解能エンコーダの低下価格化に伴い，駆動側だけでなく負荷側にもセンサがつけられるフルクローズド制御が普及しつつある。また，剛体の自由度を超える数のアクチュエータを持つ装置も増えている。ところが，１入力１出力系から多入出力系になると制御器が複雑になり調整パラメタが増えるため，組み合わせ爆発を起こし，制御器調整が難しくなる。そのため，単純な制御器を用いるか，熟練の作業員が経験的に調整することが一般的であった。本研究は，周波数応答の取得，システム同定そして固定構造の制御器設計の流れを自動化するものであり，経験に基づくことなく，最大の性能を引き出す制御器を最適化に基づき設計することができる。