可変拘束非線形複合システムの制御法

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14205063
• 研究機関: 東京電機大学
• 研究代表者: 古田 勝久 東京電機大学, 理工学部, 教授 (10016454)
• 研究分担者: 岩瀬 将美 東京電機大学, 理工学部, 助手 (50339074) ; 鈴木 聡 東京電機大学, フロンティア共同研究センター, 助手 (20328537) ; 畠山 省四朗 東京電機大学, 理工学部, 教授 (40138954)
• キーワード: 可変拘束システム / 投影法 / 状態依存線形化 / 状態依存リカッチ方程式 / 非線形最適化問題 / 倒立振子 / 歩行・走行 / 厳密可変構造微分器

研究概要

1.投影法(PJ法)を用いて、非線形複合システムにおける内在的な拘束力(内力)や、衝突時のインパルス拘束力を統一的に扱うモデリング手法を提案した。本手法によれば各サブシステムの内力はシステムの状態量や入力量と対等に扱うことができ、後述する最適制御設計時に内力を考慮して制御器を設計することができる。
2.非線形システムの安定化制御器設計法として、状態に依存して線形化した擬似状態空間モデルを用い、最適制御問題を状態依存リカッチ方程式(SDRE)を用いて時々刻々解くことで、制御入力を計算する手法を確立した。本理論を回転型倒立振子の振上げ/倒立安定化制御に適用した結果、振子部を激しく強打しても"おきあがりこぶし"の様に再び振上がる頑強な制御を実現できた。
3.1と2を組み合わせ、非線形システムに対しても内力を陽に扱える制御器設計法を提案した。同上の振子振上げ制御においては、上記2でのロバスト性に加え、従来よりも関節に作用する力を抑えたソフトな振上げが実現できることを確認し、本理論の有効性を示した。
4.上記SDREに基づく非線形制御法をサーボ問題に拡張し、参照軌道が与えられた場合の非線形システムのサーボ系構成方法を示した。スカラーロボットに適用し、その有効性を確認した。
5.機構と環境との拘束が可変になるシステムとして走行運動を取り上げ、受動歩行を基礎としたエネルギー制御により準受動走行制御法が実現できることを解析で明らかにし、可変拘束非線形システムの一制御法を示した。
6.可変拘束検証機として製作予定の歩行/走行ロボットの為の要素技術として、FPGAによるモーションコントロール装置の開発に取り組んだ。高速演算モータドライバ、CGの表示可能なハプティックインターフェイス、ビジュアルサーボシステムの基本動作を実現した。
7.種々理論の実装時に必要となる微分情報(速度、加速度など)を推定する機構として、適応型厳密可変構造微分器を提案した。入力信号と推定精度について理論的検証を行うとともに、上記種々の実機検証において既にオブザーバとして活用し、理論の有効性を示した。

研究成果

• [文献書誌] Katsuhisa Furuta: "Super Mechano-Systems : Fusion of Control and Mechanism (Plenary Lecture)"15th IFAC World Congress on Automatic Control, 21st-26th July 2002, Barcelona, SPAIN. (CD-ROM). (2002)
• [文献書誌] R.Gabasov, F.M.Kirillova, E.A.Ruzhitskaya, K.Furuta: "Stabilization in Large of an Inverted Pendulum"Journal of Computer and Systems Sciences international. 42・1. 13-19 (2003)
• [文献書誌] 神藤良康, 岩瀬将美, 畠山省四朗, 古田勝久: "Gopinath-Budinのアルゴリズムを用いた連続時間モデルの直接同定法"計測自動制御学会講演論文. 39・2. 159-167 (2003)
• [文献書誌] S.Suzuki, K.Furuta: "Enhancement of stabilization for passive walking by chaos control approach"15th IFAC World Congress on Automatic Control, 21st-26th July 2002, Barcelona, SPAIN. (CD-ROM). (2002)
• [文献書誌] M.Iwase, M.Yamakita, K.Furuta: "ALQG Controller Design for Linear Continuous-time Systems based on Input-Output Data"15th IFAC World Congress on Automatic Control, 21st-26th July 2002, Barcelona, SPAIN. (CD-ROM). (2002)
• [文献書誌] T.Takahashi, K.Furuta, S/Hatakeyama, S.Suzuki, A.Sugiki: "Swing-up control of inverted pendulum by periodic input"15th IFAC World Congress on Automatic Control, 21st-26th July 2002, Barcelona, SPAIN. (CD-ROM). (2002)
• [文献書誌] Seiichi Kobayashi, Satoshi Suzuki, Katsuhisa Furuta: "Adaptive VS Differentiator"7th IEEE International Workshop on Variable Structure Systems (VSS'2002), Sarajevo, Bosnia and Herzegovina. 35-45 (2002)
• [文献書誌] Satoshi Suzuki, Katsuhisa Furuta, Takeshi Hayakawa: "ADAPTIVE IMPACT SHOT CONTROL BY PENDULUM-LIKE JUGGLING SYSTEM"Proceedings of the Sixth International Conference Motion and Vibration Control(MOVIC2002). 361-366 (2002)
• [文献書誌] Satoshi Suzuki, Katsuhisa Furuta, Yaodong Pan: "Walking control by chattering-free VS servo using passive walking trajectory"International Journal of Control, in the 65th birthday special issue for Professor V.Utkin. (Now printing). (2003)
• [文献書誌] T.Kobayashi, T.komine, S.Suzuki, M.Iwase, K.Furuta: "Swing-up and Balancing Control of Acrobot"SICE Annual Conference 2002. (CD-ROM). (2002)
• [文献書誌] I.Arai, Y.Kurota, S.Suzuki, K.Furuta: "Application of Virtual Internal Model to Remote Manipulation"SICE Annual Conference 2002. (CD-ROM). (2002)
• [文献書誌] S.Terashima, M.Iwase, K.Furuta, S.Suzuki, S.Hatakeyama: "A design of servo controller with SDRE for nonlinear systems"SICE Annual Conference 2002, no.0099 in CD-ROM. (CD-ROM). (2002)
• [文献書誌] 黒田 幸宏, 小林 誠一, 鈴木 聡, 古田 勝久: "振動台上の振子の制御"第45回自動制御連合講演会. 2P1-H2 (2002)
• [文献書誌] M.Iwase, H.Iikubo, S.Hatakeyama, K.Furuta: "An Identification Method for Continuous-time Transfer Functions based on Nonlinear Optimization"Proc. of IECON'02,Nov.5-8 in Spain. (CD-ROM). (2002)
• [文献書誌] M.Iwase, Y.Shiino, S.Hatakeyama, K.Furuta: "On a Continuous-time Systems Identification Using Optimization Method"Proc. of SICE Annual Conference 2002. 1918-1922 (2002)