2013 Fiscal Year Research-status Report
モデル予測制御に基づく環境負荷性能と動作性能を両立する機械制御系設計
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25420191
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Akita Prefectural University |
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Principal Investigator |
佐藤 俊之 秋田県立大学, システム科学技術学部, 准教授 (40315635)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
齋藤 直樹 秋田県立大学, システム科学技術学部, 准教授 (60315645)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 機械力学・制御 / 制御工学 / モデル予測制御 |
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| Research Abstract |
平成25年度では主に，モデル予測制御手法の選定と制御問題の定式化，モデル予測制御補償器のクローズドフォーム表現の導出とその応用，モデル予測制御則の計算プログラムの作成をおこなった．
モデル予測制御手法には，根本的な考え方は共通しているものの，使用する制御対象モデルの表現や操作量の形式などが異なる多くの派生アルゴリズムが存在する．そこで本研究の遂行にあたって，操作量の差分を用いた拡大系に基づく制約付き多変数モデル予測制御手法と，オンライン最適化が不要で高速な実行が可能な予測関数制御手法を選定した．前者はオンライン最適化が必要である反面，種々の制約を考慮した制御をおこなえるため，サンプリング時間に比較的余裕がある場合に適しており，後者は高速なサンプリングが必要な場合に適している．そこでこれらそれぞれを用いて，1軸サーボ系および2リンクマニピュレータの位置制御問題の定式化をおこなった．
一般に予測関数制御手法では制約を陽に取り扱わないため，その制御則を線形時不変補償器の形で表現できる．そこで，補償器のクローズとフォーム表現を導出した．また，この表現と臨界制御系設計手法を組み合わせることで，予測関数臨界制御系という制御系設計方法を考案し，1軸サーボ系に適用することでその有効性を検証した．
制約付き多変数モデル予測制御手法はその制御入力計算にオンラインで二次計画問題の求解が必要となる．この二次計画問題を解くにはいくつか方法があるが，本研究では元の主問題を双対問題に変換し，これをHildrethのアルゴリズムを用いて解くアプローチを採用した．このアルゴリズムはシンプルでコーディングしやいメリットがある．二次計画問題ソルバをコーディングした後，これに基づいてモデル予測制御シミュレーション用のMATLAB/Simulinkプログラムを作成した．
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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
平成25年度は研究開始の年度であったため，今後の研究を遂行するための下準備的な実施内容が主であった．そのため，研究実施計画に則って比較的順調に実施することができたと考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度の実施計画では，線形行列不等式による目標値整形によるモデル予測制御系設計問題の定式化とプログラム作成，実験装置の製作とシステム同定，などを予定していた．しかし，平成25年度で予測関数臨界制御手法の開発に成功し，制約付き多変数系モデル予測制御系の定式化とシミュレーション用プログラムが完成したため，これらの予定のうち，線形行列不等式による定式化とプログラム作成の必要性は少なくなった．そこで平成26年度は，この内容の代わりに，メカトロニクス制御に適した制約付き多変数系モデル予測制御系設計方法の開発に変更する．一方，実験装置の製作とシステム同定に関しては研究計画どおりに実施する．
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