| 研究課題/領域番号 |
20K04356
|
|---|
| 研究種目 |
基盤研究(C)
|
| 配分区分 | 基金 |
|---|
| 応募区分 | 一般 |
|---|
| 審査区分 |
小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
|
|---|
| 研究機関 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 |
|---|
研究代表者 |
巳谷 真司 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主幹研究開発員 (00747446)
|
|---|
| 研究分担者 |
安田 進 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主幹研究開発員 (30450711)
篠崎 慶亮 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主任研究開発員 (10435802)
茂渡 修平 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 研究開発員 (60769537)
西下 敦青 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主事補 (80904739)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
|
| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
|
| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
|
|---|
| キーワード | 擾乱数学モデル / 低擾乱駆動機構 / 機械式冷凍機 / 擾乱抑制 |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
人工衛星を用いた天文・地球観測の高感度化等で用いられる機械式冷凍機は、冷却サイクル周波数に同期した高調波の振動擾乱力を発生する。この高調波擾乱を発生させる内部要因は内部の非線形性が要因であるとされながらも根本的な低減方法が十分に解明されていない。
冷凍機内部のどのようなメカニズムで高調波擾乱力が起こるのかを明らかにし、得られた知見により、今後の標準となり得る擾乱数学モデルの構築を行う。また、構造設計と駆動手法の工夫によって、高調波擾乱が発生しない機械式冷凍機の運転が可能な原理を試作実証する。
|
| 研究実績の概要 |
音波変位の歪みを除去する目的のKLIPPELのミラーフィルタ法（KLIPPEL CONTROL SOUND (KCS)法）をVCMの実験装置に適用し同定したThiele Small（TS）パラメータを、KLIPPELのNonlinear Loudspeaker Systemsの電気特性モデルに代入し発生擾乱を解析した。得られた高調波擾乱の値は僅かであり、実験で計測される高調波擾乱と乖離しているためモデル外の増幅要因が存在することの根拠となる。疑わしいのはVCMの機械特性であり、2022年度では、機械剛性による擾乱力増幅の影響を確認するために、VCM構造共振の２次以上モードを500Hz以上にシフトさせる設計の高剛性治具を作成し、擾乱を評価することとした。治具試作の結果、300Hz以下の2次以上の共振ピークが消失することを伝達関数取得により確認した。このVCM機械剛性を挙げた実験装置の擾乱計測の結果、2次以上の擾乱力が、基本波の1%以下となり、KLIPPELの電気特性モデルから推定される結果と近くなることを確かめた。また、計測の過程において、dSPACEからの駆動信号の入力電圧の波形に歪が発生していることが判明した。ファンクションジェネレータに変更することによって入力信号の歪を消し去ることができている。また、このモデル化のアプローチと並行して、モデル誤差により生じる高調波擾乱を、繰り返し制御手法を基としたアクティブコントロールにより低減する方法に取り組んでいる。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
これまでの検討から、高調波擾乱力が大きくなる要因に関してほぼ明らかになってきたことは、電気的特性によるTSパラメータの非線形性により生じる非常に僅かな高調波擾乱が発端となり、機械的特性（構造共振）が高調波擾乱を大きく増幅しているということである。このため、計画当初に考えていた、TSパラメータの非線形性を小さくするアプローチでは、僅かな電気的モデル化誤差も許容されないこととなり、発生する高調波擾乱を低く抑えることは難しいと考える。現在は、これまでのアプローチの検討を整理し、電気・機械特性のモデルから高調波擾乱を推定する方法をまとめようとしている。また、モデル誤差により生じる高調波擾乱を、繰り返し制御手法を基としたアクティブコントロールにより、加速度出力信号を入力駆動信号にフィードバックすることにより低減する方法に取り組んでいる。
|
| 今後の研究の推進方策 |
当初計画の、ストロークパラメータの非線形依存性の少ないショートリング組み込みボイスコイルモータを設計するというアプローチでは、擾乱低減達成の見込みが少ないことが明らかになった。最終年度では、これまで得られた知見、特に、電気・機械特性のモデルの構築方法と、擾乱力をアクティブコントロール手法で低減する方法についてまとめていく。アクティブコントロール手法に関しては、力フィードバックでは低減できているが、依然、加速度フィードバックでは低減できていない。高調波擾乱発生要因の切り分け検討で用いた構造数学モデルを詳細に分析することで、加速度フィードバックが上手くいかない理由や、成功するための改善方法について考察を深めていく。
|
