位置決め制御系における構造と制御の統合最適設計法の開発と情報機器の性能向上

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08455111
• 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: 情報機器 / 制御 / 振動 / サーボ / 最適設計 / 遺伝的アルゴリスム

研究概要

構造物の動特性の性能向上を図るために、トポロジを考慮した任意形状最適化を可能にする構造最適設計法を開発した.本手法では、設計変数としてFEM要素の板厚、節点座標および要素の有無を採用している.最適化手法として遺伝的アルゴリズムを用いることにより、これらの設計変数の最適化を実現している.そして、時間領域特性と周波数領域特性を考慮した制御系の最適化手法を開発した.周波数領域の制御方法として、位相補償による動的補償器を用いて高次モードの安定性を保ちながら追従誤差を最小にする制御系設計法を提案した.次に、時間領域の制御方法として、LQI制御理論を用いた制御系設計法を開発することにより、アクセス時間の短縮を実現する最適設計を可能にした.ここで、設計変数としては動的補償器のパラメーター、LQI理論における重み係数行列とした.
さらに、アクセスサーボの高性能化を実現するために、構造系と制御系の統合最適設計法の開発を行った.本手法では、サーボ系のループゲイン、アクセス時間、構造系の不確定性に対するロバスト性能、構造系の質量および形状を用いて最適化における目的関数および制約条件を定義している.そして、要求される設計仕様を含めて統合最適化問題の設定を行い、構造系と制御系の両設計変数に関する感度解析手法を確立させ、実現可能な性能とそのときの最適な両設計変数を決定する手法の開発およびプログラミングを行った.最適化手法としては、逐次二次計画法および遺伝的アルゴリズムを用い、連続設計変数と離散設計変数の同時最適化、ならびに大域的な最適解の探索を可能にしている.
上述の方法を用いて、位置決め制御機構の設計および試作を行い、シミュレーションおよび実験により提案手法の有効性を検証した.

研究成果

• [文献書誌] Tsujioka,K.,et al: "Integrated Optimum Design of Structure and H^∞ Control System" AIAA Journal. 34,1. 159-165 (1996)
• [文献書誌] 梶原逸朗、他2名: "遺伝的アルゴリズムによる構造物の位相形状最適化" 日本機械学会論文集(C編). 62,597. 1731-1738 (1996)
• [文献書誌] Kajiwara,I.,et al.: "Integrated Optimum Design of Structure and Servosystem with Dynamic Compensator" Proceeding of AIAA 37th SDM Conference. CP962. 1005-1015 (1996)
• [文献書誌] 曽根原 努、他4名: "モード解析を用いたトラックキャブのH^∞ロバスト振動制御" 自動車技術会論文集. 27,4. 83-87 (1996)
• [文献書誌] Kajiwara,I.,et al: "Concurrent Optimum Design of Structure and H^∞ Control System by Genetic Algorithm" Proceedings of JSME 3rd MOVIC. 3. 327-332 (1996)
• [文献書誌] Kajiwara,I.,et al.: "An Integration of Experimental State-Space Modeling Based on ERA and H^∞ Control Design" JSME International Journal. (掲載決定). (1997)
• [文献書誌] 長松昭男,他4名: "音・振動のモード解析と制御" コロナ社, 258 (1996)