構造系と制御系の同時最適設計方法の開発と実用化

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05402034
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 長松 昭男 東京工業大学, 工学部, 教授 (70016640)
• 研究分担者: 山口 正勝 東京工業大学, 工学部, 教務職員 (90220277) ; 梶原 逸朗 東京工業大学, 工学部, 助手 (60224416) ; 大熊 政明 東京工業大学, 工学部, 助教授 (60160454)
• キーワード: 振動 / 制御 / 最適設計 / モード解析 / H^∞ノルム

研究概要

モード解析による構造系と制御系の最適設計法、および両者の同時最適設計法の開発を行った。この中で、出力定数フィードバック系とH^∞制御系に対する構造系と制御系の同時最適設計を、コンプレックス法により実行する方法を提案した。本方法により、閉ループ系の周波数特性の高性能化とロバスト安定性の向上が実現できることを示した。本研究で設定した同時最適化問題では、実システムで定義される2次形式評価関数および外乱から制御量までのH^∞ノルムを目的関数として採用している。これらは、設計変数に対して不連続関数となるが、目的関数の感度を用いずに設計変数の最適解を探索するコンプレックス法を用いることにより、同時最適化を可能にしている。また、構造系の質量を最適化問題に導入することにより、制御性能と質量のバランスのとれた設計を実現している。提案する同時最適化方法により、基礎モデルの時刻歴応答特性および周波数応答特性の最適化を実現し、本手法の有効性を実証している。さらに、アクチュエータとセンサーの配置を設計変数に加え、遺伝的アルゴリズムに基づいて構造系と制御系の同時最適化を行う方法を開発し、より高性能な統合システムの実現に貢献できることを明らかにしている。

研究成果

• [文献書誌] 梶原逸朗,辻岡一明,長松昭男: "コンプレックス法による構造系と制御系の同時最適設計" 日本機械学会論文集(C編). 59. 2124-2131 (1993)
• [文献書誌] Kajiwara,I.,Nagamatsu,A.: "Optimum Design of Optical Pick-Up by Elimination of Resonance Peaks" Trans.ASME,Journal of Vibration and Acoustics. 115. 377-383 (1993)
• [文献書誌] Kajiwara,I.,Tsujioka,K.,Nagamatsu,A.: "Approach for Simultaneous Optimization of a Structure and Control System" AIAA Journal. (掲載決定). (1994)
• [文献書誌] 梶原逸朗,長松昭男: "モード解析による構造系と制御系の最適設計" 日本機械学会論文集(C編). 60. 368-373 (1994)
• [文献書誌] 辻岡,梶原,浅井,長松: "構造系とH^∞制御系の同時最適設計" 日本機械学会,第71期全国大会講演論文集. 930-63. 195-197 (1993)
• [文献書誌] Kajiwara,I.,Nagamatsu,A.: "H^∞ Control System by Modal Analysis for Suppression of Structural Vibration" Proceedings of the 12th International Modal Analysis Conference. 591-597 (1994)