| 研究課題/領域番号 |
21K03934
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
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| 研究機関 | 信州大学 |
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研究代表者 |
酒井 悟 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (90400811)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | 油圧アーム / 非線形モデル予測制御 / 油圧ロボット / ポート・ハミルトン系 / モデリング / カシミール関数 / 非線形制御 / 機械力学・制御 / 和圧 / ポートハミルトン系 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
変化の遅い系(例：化学プラント，船舶)への実装から変化の速い系(例：剛体アーム)へ
の実装へと高速化が進展するモデル予測制御には，安全性保証のため，油圧アームへの実
装が期待されている．しかし変化の非常に速い非線形圧力ダイナミクスの存在によって計
算時間が許容されず，油圧アームへの実装は未解決である．
そこで，非線形動力学の特徴を駆使して，近似を介さず厳密に，かつ，高速に，モデル予測制御の油圧アームへの実装を解決する手法を提案して，提案手法の有効性を実験的に明らかとする．
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| 研究成果の概要 |
遅い系(プラント，船舶)から速い系へと高速化するNMPCには油圧アーム実装が期待されているものの，非線形圧力ダイナミクスよって計算時間が許容されなかった．動力学特徴を駆使した等価変換・低次元化A（4次->3次)・低次元化B・特殊無次元化より，厳密かつ高速に実装する提案法の有効性を示す．許容値1msを下回ることを確認しつつ，P4(従来法)・C4(等価変換)・C3(C4＋低次元化A)・C2(C4＋低次元化AB)・P4*(P4無次元化)・C4*(C4無次元化)・C3*(C3無次元化)・C2*(C2無次元化)の各ケースの計算時間・計算誤差を比較した．一般アクチュエータモデル解析から，実装条件を示した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
変化の遅い系(例：化学プラント，船舶)への実装から変化の速い系(例：剛体アーム)への実装へと高速化が進展するモデル予測制御には，対人対物安全性保証のため，油圧アームへの実装が期待されている．しかし変化の非常に速い非線形圧力ダイナミクスの存在によって計算時間が許容されず，油圧アームへの実装は未解決であった．しかし，提案解法は，近似を介さず「厳密に，かつ，高速に」モデル予測制御の油圧アームへの実装を解決する点が学術的意義である．
安全性を保証するNMPCの油圧アームへの実装が可能となったため，建設・農業・災害救助・地雷除去のおける作業機と作業者の新しい協働への道が開けたことが社会的意義である．
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