構造系と制御系の統合最適設計による情報機器の追従制御機構の性能向上

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07455102
• 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: 辻岡 一明 東京工業大学, 工学部, 助手 (10251646) ; 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 / サーボ / 最適設計 / 遺伝的アルゴリズム

研究概要

振動制御系と位置決め制御機構の高性能化を達成するために、構造系と制御系の統合設計法の提案および開発を行った。本方法は、遺伝的アルゴリズムと感度解析法を用いた非線形計画法に基づいており、制御性を考慮した構造最適化および構造系と制御系の統合最適化の両方を実行可能である。構造系と振動制御系の統合最適化では、制御系としてH^∞制御系を採用し、遺伝的アルゴリズムを用いて構造物形状と制御則、さらにセンサーおよびアクチュエーターの配置最適化を行うことにより、高性能な周波数整形を可能にした。構造系とサーボ系の統合最適化では、周波数領域と時間領域の性能に対応するために2種類のサーボ系を導入した。すなわち、1入出力系に対して用いられる動的補償器と、多入力系に対して設計されるLQI制御系である。サーボ性を考慮した構造最適化では、制御対象の固有振動数と固有モードをサーボに適した周波数応答が実現されるように最適化する方法を開発した。構造系と動的補償器の統合最適化では、着目する全てのモードの安定性を維持しながら、サーボ性能を左右する主要な極の配置を最適化し、閉ループ系に要求される周波数特性を達成することを可能にした。構造系とLQI制御系の統合最適化では、閉ループ系の安定性を維持しながら、目標入力に対する時間領域での高速追従性能を実現した。本研究で提案・開発した方法を簡易構造の位置決めデバイスの統合設計に適用し、その有効性と実用性を検証している。

研究成果

• [文献書誌] 辻岡一明、梶原逸朗、長松昭男: "構造系とH^∞制御系の同時最適設計" 日本機械学会論文集(C編). 61. 967-974 (1995)
• [文献書誌] 梶原逸朗、他4名: "振動問題における構造物の形状最適設計" 日本機械学会論文集(C編). 61. 2662-2667 (1995)
• [文献書誌] 辻岡一明、梶原逸朗、長松昭男: "遺伝的アルゴリズムを用いた構造系とH^∞制御系の統合最適設計" 日本機械学会論文集(C編). 61. 2704-2711 (1995)
• [文献書誌] Tsujioka, K., Kajiwara, I., Nagamatsu, A.: "Integrated Optimum Design of Structure and H^∞ Control System" AIAA Journal. 34. 159-165 (1996)
• [文献書誌] Kajiwara, I., Nagamatsu, A., Seki, K., Kotani, Y.: "Integrated Optimum Design of Structure and Servosystem with Dynamic Compensator" AIAA, 37th SDM Conference,. (発表予定). (1996)