2013 Fiscal Year Research-status Report
冗長アクチュエータ系の自己最適化によるスケーラビリティ獲得の研究
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25870010
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Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | Kitami Institute of Technology |
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Principal Investigator |
星野 洋平 北見工業大学, 工学部, 助教 (90374579)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 機械力学・制御 / 大規模スケーラブル除振システム / 最適出力分配 |
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| Research Abstract |
この研究の目的は、冗長性を有するアクティブ除振装置を連続的に稼動しながら必要に応じてアクチュエータの数を増減する能力つまりスケーラビリティを獲得し、劣化したアクチュエータを交換しながら連続的に運用したり、除振台が支持する負荷に合わせてアクチュエータの数を増減することを可能とし、さらに自動的に各アクチュエータに対して最適に負荷を分散する方法を構築することである。平成２５年度には、おおよその位置に配置されたアクチュエータの正確な位置を制御系が自ら推定する自己位置推定法、さらに適切な出力分配割合を自動的に導出する最適出力分配法の基礎的研究を行った。すべてのアクチュエータの配置を同時に推定するのは大変難しいことが分かったため、１台ずつをおおよその位置に追加挿入して発生力を段階的に変化させることで、追加された正確な位置を、テーブルに作用する力とモーメントのつり合いから、その都度同定する方法を採用した。これを再帰的に繰り返すことで、全ての配置を同定可能な方法を計画どおり構築できた。副次的な成果として、この方法を実機で実現するためには、全アクチュエータの有効受圧面積の推定が必要であることが分かったため、この方法についても構築し、さらに出力分配割合を動的に変化させる方法についても数学的基礎を構築した。また、実験装置についても、計画に合わせてマイコンを制御器としたアクチュエータ２台を構成した。得られた成果はこの研究の根幹を成す重要な成果である。加えて、有効受圧面積の推定と、動的な最適出力分配法への拡張といった大変有用な副次的な成果も得られた。この研究に関する成果は、当該研究分野の主要な会議であるMovic 2014国際会議へのアブストラクトが採択されフルペーパーの査読中であり、日本機械学会機械力学・計測制御部門主催のD&D 2014への講演申込みを行い採択が決定している。
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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
平成２５年度には、自由度数の少ない実験装置の構築と、アクチュエータの配置の自己推定法を構築し、これを元に最適出力分配を行う冗長システムの自己最適化法の構築を計画していた。アクチュエータの配置の自己位置推定法については、すべてのアクチュエータの位置を同時に推定する方法の構築は困難であり、アクチュエータを１台ずつ適当な位置に追加挿入し、追加する毎に追加アクチュエータの正確な位置を同定する方法を採用することで困難を回避し、配置の自己位置推定法を実現した。この方法の有効性を数値シミュレーションにより確認した。計測器等が理想的な場合を想定した数値シミュレーションによれば、真値の０．００１％オーダーの精度で追加されたアクチュエータの位置を推定できることが分かった。さらに、アクチュエータの自己位置推定法を元にした最適出力分配を行う方法を構築し、この方法を導入して制御系を自動的に再構成することが可能であることを示した。したがって当初の計画を十分達成したと言える。加えて、装置を実現する上で大変有用な有効受圧面積の推定法を導出でき、さらに動的な最適出力分配を可能とするように従来手法の数学的な拡張を行うことができた。これらについては、大変有用なだけでなく大変広範な応用範囲が考えられる重要な成果であり、当初の計画以上の有用な成果が得られたと考えられる。試験用低自由度実験装置の構築については、当初想定していた部品をすべて購入して接続し、構成の確認を行ったところ、電気系統の部品が不足していることが分かり、現段階では十分な動作ができるとは言えず装置の改良を進めているところであり、若干の遅れがあるが、平成２６年度中には完成し、実験を行う予定である。以上が、研究の達成度を「おおむね順調に進展している。」と評価した理由である。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２６年度前半中にアクチュエータ数が２脚の低次元実験装置を完成させ、大規模実験装置の構築に対する知見を得る。具体的には、配置済みのアクチュエータによって除振台の傾斜角と変位に対する追従制御系を実現し、その閉ループ系に対して追加アクチュエータの発生力を外力として与えて段階的に上昇させ、力のつり合い状態を複数実現させる実験を行う。そして力とモーメントのつり合いから、各段階ごとのつり合い状態における全アクチュエータの発生力を計測し、最小二乗法を適用して、追加アクチュエータの正確な位置を推定する方法とその精度の実験的な検証を遂行する。
そして、平成２６年度中に、構築済みの２脚のアクチュエータに加えて６脚のアクチュエータに対してマイコンを搭載する改修を行い、最終的に８脚３自由度の大規模実験装置を完成させる。そして、構築したアクチュエータの自己位置推定法ならびに自己最適化法の妥当性ならびに精度の実験的な検証を行う。さらに、アクチュエータ数を減少させる場合、アクチュエータを交換する場合を想定した数値シミュレーションを行い、冗長性を有するアクティブ除振装置を連続的に稼動しながら必要に応じてアクチュエータの数を増減するスケーラビリティ獲得法の実現に向けた研究を遂行する。研究が計画より順調に進んだ場合には、計画を前倒しし、平成２６年度中にスケーラビリティ獲得法の実験による検証、平成２７年度に計画されている破損アクチュエータの検出法の構築を開始する。
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