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適応制御系の省エネルギー効果の理論的解明と実験検証

研究課題

研究課題/領域番号 20K04361
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
研究機関豊橋技術科学大学

研究代表者

内山 直樹  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10273327)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワード省エネルギー化 / 産業機械 / 適応制御 / 制御工学 / Mechanical control
研究開始時の研究の概要

適応制御法は制御器パラメータの調整機構を有し、産業機械の性能向上を目的とした応用等が期待されている。産業機械は世界中の工場で昼夜を問わず利用されるため、動作性能の向上のみならず、環境・ 省資源問題のために省エネルギー化も重要な課題である。本研究では、制御器パラメータが適切に調整されることによる省エネルギー効果について理論的に解明することを主な目的とする。また、省エネルギー化のために有効な適応制御法の設計法を示し、産業機械を対象とした実験検証を行い、有効性と実用性を確認する。

研究成果の概要

地球環境・省資源問題の重要性が指摘され、幅広い分野での学術研究が期待されている。適応制御法は制御器パラメータの調整機構を有し、産業機械の制御性能向上を目的とした応用が期待されているが、本研究では、この省エネルギー効果に関する検討を行った。適応制御系における制御器パラメータの調整機構により制御入力の変動を抑制しつつ目標動作への追従性能を向上できることが分かり、この結果として省エネルギー効果が得られることを確認した。新たな被覆動作計画法および単純適応制御法を提案し、目標動作への追従性能および省エネルギー効果を得ることができ、有効性を実験的に確認した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

日本国内において産業機械分野のモータ消費電力量は全分野の5割以上を占めており、また、日本の産業機械生産額は大きな世界シェアを維持していることなどから、有効な省エネルギー化技術を国内において提案・実用化できれば、地球規模での環境・省資源問題に大きく貢献できる。本研究において、適応制御系における制御器パラメータの調整機構により制御入力の変動を抑制し、省エネルギー効果が得られることを確認し、学術的意義を有する。また、ソフトウェアの変更により省エネルギー化が可能な本研究成果を市販の産業機械に応用することで、社会的にも貢献できると考える。

報告書

(5件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 6件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 8件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Simple adaptive contouring control for feed drive systems using jerk-based augmented output signal2024

    • 著者名/発表者名
      Nyobuya Haryson Johanes、Halinga Mathias Sebastian、Uchiyama Naoki
    • 雑誌名

      The International Journal of Advanced Manufacturing Technology

      巻: 130 号: 9-10 ページ: 4985-5001

    • DOI

      10.1007/s00170-024-12987-0

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Time and energy optimal trajectory generation for coverage motion in industrial machines2023

    • 著者名/発表者名
      Halinga Mathias Sebastian、Nshama Enock William、Schafle Tobias Rainer、Uchiyama Naoki
    • 雑誌名

      ISA Transactions

      巻: 138 ページ: 735-745

    • DOI

      10.1016/j.isatra.2023.03.025

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Simple adaptive control for industrial feed drive systems using a jerk-based augmented output signal2023

    • 著者名/発表者名
      Nyobuya Haryson Johanes、Halinga Mathias Sebastian、Uchiyama Naoki
    • 雑誌名

      The International Journal of Advanced Manufacturing Technology

      巻: 128 号: 7-8 ページ: 3613-3626

    • DOI

      10.1007/s00170-023-12059-9

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Generation and experimental verification of time and energy optimal coverage motion for industrial machines using a modified S-curve trajectory2023

    • 著者名/発表者名
      Halinga Mathias Sebastian、Nyobuya Haryson Johanes、Uchiyama Naoki
    • 雑誌名

      The International Journal of Advanced Manufacturing Technology

      巻: 125 号: 7-8 ページ: 3593-3605

    • DOI

      10.1007/s00170-023-10912-5

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A Kinematically Constrained Reparameterization Approach to Optimal Time and Jerk Motion of Industrial Machines2021

    • 著者名/発表者名
      Min Set Paing, Enock William Nshama, Naoki Uchiyama
    • 雑誌名

      IEEE Access

      巻: 9 ページ: 97843-97854

    • DOI

      10.1109/access.2021.3095847

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A Trade-off Between Energy Saving and Cycle Time Reduction by Pareto Optimal Corner Smoothing in Industrial Feed Drive Systems2021

    • 著者名/発表者名
      Enock William Nshama, Mathew Renny Msukwa, Naoki Uchiyama
    • 雑誌名

      IEEE Access

      巻: 9 ページ: 23579-23594

    • DOI

      10.1109/access.2021.3056755

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Enhanced Motion Accuracy in Industrial Feed Drive Systems Using Simple Adaptive Control with a Jerk-Based Augmented Signal2023

    • 著者名/発表者名
      Haryson Johanes Nyobuya, Mathias Sebastian Halinga, Naoki Uchiyama
    • 学会等名
      22nd IFAC World Congress
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Energy-Optimal Coverage Motion Trajectory Generation for Industrial Machines2023

    • 著者名/発表者名
      Mathias Sebastian Halinga, Haryson Johanes Nyobuya, Naoki Uchiyama
    • 学会等名
      22nd IFAC World Congress
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Generation of Time and Energy Optimal Coverage Motion for Industrial Machines Using a Modified S-Curve Trajectory2023

    • 著者名/発表者名
      Mathias Sebastian Halinga, Haryson Johanes Nyobuya, Naoki Uchiyama
    • 学会等名
      2023 IEEE/SICE International Symposium on System Integration
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Energy-Optimal Coverage Motion Trajectory Generation for Industrial Machines2023

    • 著者名/発表者名
      Mathias Sebastian Halinga, Haryson Johanes Nyobuya, Naoki Uchiyama
    • 学会等名
      IFAC World Congress 2023
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Enhanced Motion Accuracy in Industrial Feed Drive Systems Using Simple Adaptive Control with a Jerk-Based Augmented Signal2023

    • 著者名/発表者名
      Haryson Johanes Nyobuya, Mathias Sebastian Halinga, Naoki Uchiyama
    • 学会等名
      IFAC World Congress 2023
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Towards the automation of outdoor industrial machines; cranes, excavators and mobile robots2022

    • 著者名/発表者名
      Naoki Uchiyama
    • 学会等名
      The 5th International Conference on Applied Science and Technology 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Simple Adaptive Control Using Augmented Output Signal with Acceleration for Industrial Feed Drive Systems2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Sato, Naoki Uchiyama
    • 学会等名
      2022 IEEE/SICE International Symposium on System Integration (SII)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Case studies on control system design for industries in Japan2021

    • 著者名/発表者名
      Naoki Uchiyama
    • 学会等名
      International Virtual Workshop on Intelligent Mechatronic System Applications
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Robust Simple Adaptive Control with Augmented Output Signal and Friction Compensation for Industrial Feed Drive Systems2021

    • 著者名/発表者名
      Shogo Harada, Naoki Uchiyama
    • 学会等名
      IEEE International Conference on Industrial Technology
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2025-01-30  

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