超軽量宇宙構造物の能動制御に関する研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12450396
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 大久保 博志 大阪府立大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40094502)
• 研究分担者: 得竹 浩 大阪府立大学, 大学院・工学研究科, 助手 (80295716) ; 村松 鋭一 大阪府立大学, 大学院・工学研究科, 講師 (40273809) ; 東 久雄 大阪府立大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50316006)
• キーワード: 宇宙構造物 / 能動制御 / 知的構造システム / スマート構造 / 圧電材料 / 制御系設計 / 振動制御 / 異常診断

研究概要

宇宙アンテナの反射鏡など、展開・組み立てによって軌道上で構築されるの柔軟構造物の形状や振動を、センサ,アクチュエータを用いてアクティブに精密制御する技術についての基礎研究を行った。
1.超軽量宇宙構造の能動制御システムについての研究
超軽量宇宙アンテナへの応用を目的として、柔軟な構造システムの振動を減衰させるため、構造上に配置したセンサおよびアクチュエータを用いる知的構造システムについての研究を行った。
2.制御系と構造系の同時最適設計
圧電素子を装着したはりモデルを対象として、構造系と制御系の統合設計法、アクチュエータの最適配置問題など制御系設計法についての研究を行った。BMI問題としての定式化と、非線形項の緩和法についての研究を行った。
3.受動型制振システムによる振動制御実験
圧電材料と電気回路を結合した受動型の制振システムについての実験研究を行った。構造の振動モードと電気回路の固有振動数がほぼ一致するように電気回路のインダクタンスを設計し、抵抗を適切に調整することにより、最適な減衰制御を実現できることを示した。
4.スマート構造制御システムの異常診断
オブザーバを用いる解析的冗長性を利用した異常診断法についての研究を行った。モデル誤差として、切り捨てられた剰余モードの影響、パラメータ誤差などによる未知外乱の影響について検討し、モデル誤差に対してロバストな異常診断アルゴリズムを開発し、数値シミュレーションによってその有効性を実証した。次年度には、実験装置を用いた実証研究ができる見通しができた。
5.実験室モデルを用いた制御実験
軽量柔軟なはりモデルを制御対象として、圧電素子をアクチュエータとする制御実験装置を用いた制御の予備実験を行った。はりモデルとしては、0.3mm×30mm×450mmのステンレス材を水平支持するものと、垂直懸架する装置の2種の実験装置を用いた。

研究成果

• [文献書誌] H.Okubo, H.Ichikawa: "Robust Pole Assignment for Vibration Control of Flexible Structures"Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 12・1. 3-9 (2001)
• [文献書誌] H.Okubo, Y.Tai, E.Muramatsu, H.Tokutake: "Robust Fault Detection for Smart Structure Control"Proceedings of the 11th International Conference on Adaptive Structures and Technologies. 134-141 (2001)
• [文献書誌] A.Legowo, H.Okubo, E.Muramatsu, H.Tokutake: "Application of Moving Horizon Method to States Estimation from Flight Test Data"Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences. 44・145. 150-154 (2001)
• [文献書誌] 小池崇文, 大久保博志, 得竹浩: "圧電素子を用いた柔軟構造物の受動型制振"日本機械学会 Dynamics & Design Conference CD-ROM 論文集. paper-427 (2001)
• [文献書誌] 鯛佑樹, 吉澤万水, 大久保博志: "スマート構造物制御系の異常診断"日本機械学会2001年年次大会講演会講演論文集. V. 363-364