2023 Fiscal Year Research-status Report
台車型倒立振子の特性値再測定を要しないカスケード型LADRCの安定解析とその応用
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21K14190
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| Research Institution | Kurume National College of Technology |
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Principal Investigator |
田中 諒 久留米工業高等専門学校, 制御情報工学科, 准教授 (60772423)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 台車型倒立振子 / カスケード型LADRC / 目標値応答 / ラウス安定判別法 / ジュリー安定判別法 / 極零配置図 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，制御対象を台車型倒立振子，制御器をカスケード型LADRCとし，この制御系に対する安定解析および制御系の安定性を理論的に保証する，カスケード型LADRCパラメータの調整方針を明らかにすることを目的としている．ここで，当初の研究計画では，制御入力を台車の水平方向にかかる外力としていたが，これを車載モータへの駆動電圧に変更した．この変更は台車型倒立振子の仕様により配慮できるようにしたためである．なお，制御出力は台車の変位と振り子の角度であり，振り子の角度を直立させつつ，台車を任意の目標位置へ移動させることの制御目標は，当初の研究計画と同じであり，本質は不変である．従来のPD制御とは異なり，本研究で用いるカスケード型LADRCは，制御対象の特性値再測定なしに設計でき，極めて優れた頑健性を有することから，種々の制御対象に対して広く応用でき，より広い学術，科学技術あるいは社会などへの波及効果が期待できる．
上記を踏まえ，令和４年度計画のうち，前年度時点で未達であった，離散時間系における，①速応性と制御入力の関係，②安定/不安定領域の可視化については，車載モータの駆動電圧が定格電圧以内とする不等式制約条件を満足する，振り子の角度の絶対値に重み時間を付けた時間積分値とする評価指標が最小となるカスケード型LADRCパラメータの組を一意に導出する，令和３年度計画の枠組みと同様の手法により達成できた．本研究成果の一部を，計測自動制御学会年次大会(SICE2024)へ論文投稿を終え，採択された場合には成果発表の予定である．
令和５年度計画はモデル不確かさに対する頑健性の確認及び実機実験を予定している．令和６年度中の完遂を目指して日々研究に精進する．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
前記【研究実績の概要】のとおり，連続時間系，離散時間系とも，LADRCパラメータの調整方針を定め終えたところであるが，令和６年度は実機実験に向けた準備状況にあるからである．それでも，連続時間系における安定解析と同様の解析と検証方法が可能であるものと見込んでおり，当初の研究計画どおりに遂行できるものと思われる．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究における今後の研究の推進方策としては，未達事項である，実際の台車型倒立振子を用いた実機実験をとおして，①実験環境の構築とモデリング，②カスケード型LADRCとPD制御(従来法)との比較・評価，③振り子を手で突いたときの頑健性の確認，④台車に錘を負荷したときの頑健性の確認，⑤斜面上での姿勢制御の検討を行う予定である．なお，これら①～⑤に加え，国際会議での研究成果発表および学術論文誌への掲載に向けて，論文執筆も並行して遂行を予定している．
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| Causes of Carryover |
本研究において，次年度使用額が生じた理由は，研究の進捗がやや遅れており，国際会議などでの研究発表が一部未実施の状況にあり，その分の旅費が未使用となっていること，および本研究成果を和文もしくは英文論文誌への投稿に向けて，論文掲載料，別刷代，英文校閲料分が未使用のため，次年度使用額が生じている．今後の使用計画であるが，令和６年度では，令和４年度実施分の研究成果について，国際会議(SICE2024)への投稿を終えており，採択された場合には，学会参加費，英文校閲料，往復渡航費，宿泊費が必要となるため，令和５年度実施分の研究成果の発表分を含め，請求した助成金の使用を予定している．また，本研究成果を和文もしくは英文論文誌にまとめたく，論文掲載料，別刷り代，英文校閲料が必要となるため，こちらも請求した助成金の使用を予定している．その他，実機実験で必要となる，錘などの一部消耗品の調達を予定しており，こちらも請求した助成金の使用を予定している．
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