負荷側エンコーダ情報を用いた２慣性系の精密な力制御

• Project/Area Number: 16J02698
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Control engineering/System engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 山田 翔太 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2018: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2017: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2016: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 力推定 / センサレス / 力制御 / 協働ロボット / 2慣性系 / モーションコントロール / 外力推定 / ロバスト性 / 位置制御 / 非線形性補償 / バックラッシ / バックドライバビリティ

Outline of Annual Research Achievements

精密な力制御のためには，精密な力の推定が必要となる．本研究では，駆動側及び負荷側エンコーダを用いる場合に2慣性系のモデル化誤差及び測定誤差の影響を低減するために，モータ側パラメータを用いて軸トルクを推定する手法と伝達部パラメータを用いて軸トルクを推定する手法という，2つの従来手法における軸トルク推定値を合成し，正確な負荷側外力推定を可能にするアルゴリズムを提案した。更に，システムが軸トルクセンサを持っている場合は，2つの従来手法から推定される軸トルク推定値だけで無く，軸トルクセンサから得られる軸トルクセンサ値を用いることができる。この3つの値をモデル化誤差やセンサの測定誤差を考慮して合成することで更なる推定精度の向上が期待できる。これらの値を合成する割合を負荷側外力推定値の分散が最小になるようにオンラインで最適化する手法を提案し，従来手法よりも正確な推定を実現した。10000回といった統計的なシミュレーションによって，提案法の優位性を確認し，また実験によってもその優位性を確認した。

本研究の前半部分は，オーストラリアのケアンズで開催された国際会議the 27th International Symposium on Industrial Electronics (ISIE)にて発表を行い，軸トルクセンサの利用に関しては，アメリカ，ミルウォーキーで行われた国際会議The 2018 American Control Conferenceに発表，最小分散推定を実現するために合成する割合を決めるゲイン設計法に関しては奈良で行われた，The SICE Annual Conference 2018 (SICE 2018)で発表をした。なお，本研究内容はIEEE Transactions on Industrial Electronicsに投稿を検討中である。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Precise Joint Torque Control Method for Two-inertia System with Backlash Using Load-side Encoder (2019)
  • Author(s): Shota Yamada, Hiroshi Fujimoto
  • Journal Title: IEEJ Journal of Industry Applications Volume: 8 Pages: 74-82
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Proposal of State-Dependent Minimum Variance Estimation of Load-Side External Torque Considering Modeling and Measurement Errors (2018)
  • Author(s): Shota Yamada and Hiroshi Fujimoto
  • Organizer: 2018 IEEE International Symposium on Industrial Electronics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Joint Torque Control for Backlash Compensation in Two-Inertia System (2018)
  • Author(s): Shota Yamada and Hiroshi Fujimoto
  • Organizer: The 2018 American Control Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Minimum Variance Estimation of Load-side External Torque Using Load-side Encoder and Torque Sensor (2018)
  • Author(s): Shota Yamada and Hiroshi Fujimoto
  • Organizer: The SICE Annual Conference 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Piecewise Affine (PWA) Modeling and Switched Damping Control of Two-Inertia Systems with Backlash (2018)
  • Author(s): Shota Yamada, Michael Ruderman, and Hiroshi Fujimoto
  • Organizer: The 15th International Workshop on Advanced Motion Control (AMC2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Proposal of State-Dependent Minimum Variance Estimation of Load-Side External Torque Considering Modeling and Measurement Errors (2018)
  • Author(s): Shota Yamada and Hiroshi Fujimoto
  • Organizer: 2018 IEEE International Symposium on Industrial Electronics (ISIE2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Precise External Torque Estimation for Two-Inertia System Considering Modeling Errors (2018)
  • Author(s): Shota Yamada and Hiroshi Fujimoto
  • Organizer: The 2018 American Control Conference (ACC2016)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Human-Machine Interactive Control for Geared Mechatronic Systems by Using Load-side Encoder (2017)
  • Author(s): Shota Yamada, Hiroshi Fujimoto
  • Organizer: The 3rd IEEJ international workshop on Sensing, Actuation, Motion Control, and Optimization
  • Place of Presentation: 長岡技術科学大学（新潟県長岡市）
  • Year and Date: 2017-03-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Model-Based Longitudinal Vibration Suppression Control for Electric Vehicles with Geared In-Wheel Motors (2017)
  • Author(s): Shota Yamada, Thomas Beauduin, Hiroshi Fujimoto, Takeshi Kanou, and Etsuo Katsuyama
  • Organizer: IEEE Int. Conf. Advanced Intelligent Mechatronics (AIM2017)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Control-Oriented Modeling and Experimental Modal Analysis of Electric Vehicles with Geared In-Wheel Motor (2017)
  • Author(s): Thomas Beauduin, Shota Yamada, Hiroshi Fujimoto, Takeshi Kanou, and Etsuo Katsuyama
  • Organizer: IEEE Int. Conf. Advanced Intelligent Mechatronics (AIM2017)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Design of Load-side External Force Observer with a Load-side Encoder Considering Modeling Errors (2017)
  • Author(s): Shota Yamada and Hiroshi Fujimoto
  • Organizer: The 43rd annual conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON2017)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] インホイールモータ車両の実験モード解析に基づく高帯域前後制振制御 (2017)
  • Author(s): 山田翔太，トーマスベドウィン，藤本博志，狩野岳史，勝山悦男
  • Organizer: 自動車技術会2017年秋季大会
• [Presentation] Proposal of High BackDrivable Control Using Load-Side Encoder and Backlash (2016)
  • Author(s): Shota Yamada, Hiroshi Fujimoto
  • Organizer: The 42nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society
  • Place of Presentation: Florence, Italy
  • Year and Date: 2016-10-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Joint Torque Control for Backlash Compensation in Two-Inertia System (2016)
  • Author(s): Shota Yamada, Hiroshi Fujimoto
  • Organizer: 2016 IEEE International Symposium on Industrial Electronics
  • Place of Presentation: SanJose, America
  • Year and Date: 2016-06-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 負荷側エンコーダ情報及びバックラッシを利用した位置制御に基づく高バックドライバビリティ制御の提案 (2016)
  • Author(s): 山田翔太，藤本博志
  • Organizer: 平成28年メカトロニクス制御研究会/精密サーボシステムと制御技術
  • Place of Presentation: 電気学会会議室（東京都千代田区）