| 研究課題/領域番号 |
21K04105
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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21040:制御およびシステム工学関連
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| 研究機関 | 長岡技術科学大学 |
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研究代表者 |
小林 泰秀 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (50272860)
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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: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
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| キーワード | 定常発振制御 / ロバスト制御 / H∞制御系設計 / 模擬管路部 / 進行波音場制御 / 周波数応答関数行列計測手法 / 熱音響システム・シミュレータ / 進行波型熱音響システム / 振幅依存性を含む周波数応答計測 / 能動的な進行波音場制御 / H∞制御系設計に基づく模擬管路部の構成 / 二入出力系の熱音響コア部に基づく安定性解析手法 / 定常発振制御系の安定性解析と補償器設計手法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
圧力振幅を目標値に保持する定常発振制御に基づき、一端に既知の管路が接続された1入出力系の熱音響コア部に対し、熱音響システムの自励発振周波数と圧力振幅を推定する手法が提案されている。これを発展させ、コア部に接続される管路を模擬する熱音響システム・シミュレータの開発を目指す。すなわち(i)測定管路長の共振特性を理論的に考慮する二次振動系に基づく安定性解析を行い周波数範囲を拡大、(ii)加振周波数の代わりに管路長を掃引することで常に共振を利用し小規模音源で大振幅加振を可能とし、(iii)一端の反射を抑制することで、両側に任意の管路が接続される2入出力系の熱音響コア部に対し、同手法を拡張する。
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| 研究成果の概要 |
模擬管路部の開発：熱音響コアの高温側に接続された管路部も合わせてコア部とする1入出力系の場合、目標とする管路部の誤差を最小化するH∞御系設計問題に帰着させて補償器設計を行う手法を提案し、管路長に応じてコアと組み合わせたシステムが実際の発振可否及び周波数を概ね再現することを実験的に示した。
コアの周波数応答関数行列計測手法の開発：コアの片側を進行波音場かつ圧力振幅を目標値とする定常発振制御系の安定性解析を行い制御系のパラメータ決定に関して理論的保証を与えると共に同手法で取得した周波数応答関数行列に基づいてコア両側に接続される管路部モデルと合わせて発振可否、周波数、圧力振幅を推定する手法を開発した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
熱音響システムに関する研究は応用物理学的なものがほとんどで、物理モデルの誤差を考慮した研究は少ない。本研究成果は、モデル化が困難な場合でもその周波数応答計測に基づいてシステム全体の発振予測を可能とするもので、熱音響システムの実用可能性を高める社会的意義がある。
制御工学の応用において振動現象は通常抑制対象であり、熱音響システムや振動発電など共振の維持・促進への応用はほとんどない。定常発振制御系の安定性に理論的保証を与えることは、この点で制御工学分野の発展に貢献する学術的意義がある。
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