非線形摩擦を有する機械システムの連続時間モデル同定

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25820078
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Research Institution: Nara National College of Technology
• Principal Investigator: 酒井 史敏 奈良工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (80342533)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: システム同定 / 非線形摩擦 / 学習制御

Research Abstract

本研究では，非線形摩擦をもつ機械システムを対象として，摩擦補償器の設計にも役立つ連続時間システム同定法を提案し，実機を用いた有効性の検証を行うを目的としている．本年度は試行の繰り返しにより，与えられた目標軌道に追従させる反復学習制御を利用した連続時間システム同定法を拡張することで，機械システムのパラメータと非線形摩擦のパラメータを同時に同定可能であることを明らかにするために，以下の2項目について研究を進めた．
(1)クーロン摩擦モデルに基づく摩擦補償器を含めたサーボ系を対象とし，射影型反復学習制御に基づく連続時間システム同定法の拡張を行った．利用した摩擦モデルは速度に依存して切り替わるため，摩擦が作用するシステムは複数のアフィンシステムとして捉えることができ，入出力信号を2値化信号を含めた部分空間へ射影することで線形システムのパラメータと摩擦モデルのパラメータを推定することができることを明らかにした．
(2)より現実の現象に近い非線形摩擦モデルとして，リレー，不感帯，飽和の3つの非線形要素の組み合わせによる非線形摩擦モデルを考え，静摩擦および動摩擦のパラメータを同時に同定するアルゴリズムについて検討を行った．
また，提案手法の有効性を実機により検証するための実験装置として，送りねじ駆動機構を構築し，既存の手法等を用いて構築した実験装置の基本特性を明らかにした．今後は提案手法を実機に適用し有効性を検証するとともに，新たな摩擦補償器の設計方法を提案するための理論構築を行う予定である．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

現在までの研究では，クーロン摩擦が作用するサーボ系の数値例に基づき，サーボ系の連続時間線形モデルおよび摩擦モデルのパラメータを推定することに焦点をあてている．Karnopp摩擦モデルのように複数の非線形要素の組み合わせで表される摩擦モデルのパラメータを分離して同定することはできておらず，解決すべき課題が残されている．

Strategy for Future Research Activity

今後は，本予算で購入した送りねじ駆動機構を用いて提案手法の有効性および同定精度について検証を行う．現実に生じる非線形摩擦と利用している摩擦モデルの特性が完全に一致することないため，送りねじ駆動機構の駆動条件等により，同定される線型モデルおよび非線形摩擦モデルにどのような影響が生じるのかについての検討も行う．また，同定と同時に得られる摩擦補償器の特性についての考察も行う予定である．