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2018 年度 実績報告書

人間と環境に優しい家庭用プラグイン安全ACモータドライブシステムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 17H03212
研究機関長岡技術科学大学

研究代表者

宮崎 敏昌  長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (90321413)

研究分担者 大石 潔  長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (40185187)
横倉 勇希  長岡技術科学大学, 工学研究科, 助教 (70622364)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワードマトリックスコンバータ / モータドライブ
研究実績の概要

平成30年度は、2つの研究グループについて、以下の成果を得た。「パワーエレクトロニクス」研究グループでは、単相三相マトリックスコンバータによるモータドライブシステムの実機検証を前年度から引き続き実施しし、モータドライブシステムの構築を実施し、75%程度の完成度を見た。また、モータドライブシステムの問題点である、高調波抑制について、前年度の理論解析結果を受けて、終端状態制御を応用した新しい高調波抑制制御法について検討を行った。次に、「モーションコントロール」研究グループでは、ギア出力軸力制御とモータ軸加速度制御による高バックドライバビリティ制御法を開発した。まず、ギア出力軸のトルクセンサからロボット関節軸のトルクを取得する手法の開発とその実装法を確立した。次に、この取得手法を用いて、ギア出力トルクフィードバックを実装し、パワーアシストの作業を考慮するギア出力トルク制御系の実機実験を行い、その有効性、有用性を評価検証した。また、モータ軸加速度制御系は、並行して実機実験を行い、制御系の設計法及び実装法を開発する。上記の技術を集約して、ギア出力軸力制御とモータ軸加速度制御による零スチフネス制御構造を持つACモータドライブシステムの有効性を実機実験により評価検証を行った。上記の研究に関して、国内口頭発表5件、国際会議での発表4件、学術論文1編の成果を得た。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

当初の予定では、平成30年度において、2つの研究グループの成果をまとめて、「家庭用小型軽量安全AC モータドライブシステム」のプロトタイプを作製する予定であった。平成29年度までの進捗状況から十分に可能と予測していた。しかしながら、モータドライブに使用するコンバータ装置の破損とその修復に多くの時間を使用してしまったため、「パワーエレクトロニクス」研究グループにおいて、モータドライブシステムが完成に至らなかった。また、研究を進める上でこれまで検証していた手法よりも高性能化が可能であると予測できる、高調波抑制制御法についてその基礎的内容の検証を進めることになったため、当初目的より遅れてしまう結果となった。「モーションコントロール」研究グループでは、ギア出力軸力制御とモータ軸加速度制御による高バックドライバビリティ制御法
を開発する。まず、ギア出力軸のトルクセンサからロボット関節軸のトルクを取得する手法の開発とその実装法を確立でき、既存の実験装置へ応用することで、ギア出力トルクフィードバックを実装し、パワーアシストの作業を考慮するギア出力トルク制御系
の実機実験を行い、その有効性、有用性を評価検証した。また、モータ軸加速度制御系は、並行して実機実験を行い、制御系の設計法及び実装法を開発した。
上記の結果より、現時点において当初目標の「家庭用小型軽量安全AC モータドライブシステム」のプロトタイプ完成には到達しておらず、進捗がやや遅れている。

今後の研究の推進方策

今後は、平成31年度(令和顔年度)の達成目標である、パワーアシストシステムのプロトタイプ完成を目指して、研究を進める。
平成30年年度に到達できなかった課題については、年度当初より研究グループの区別なく、最優先課題として取り組んでおり、年度前半に達成を予測している。また、パワーアシストシステムの機械的な基礎設計をすでに終えているので、部材の準備を前倒しで進めることで、モータドライブシステムの実現と同時に、結果の統合ができるようにスケジュールを変更する。
以上の方針で、研究を進める。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 4件)

  • [雑誌論文] Smooth Human Interaction Control using Torsion Torque Controller and Motor-side Normalization Compensator Focusing on Back-forward Drivability2019

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Kawai, Yuki Yokokura, Kiyoshi Ohishi, Toshimasa Miyazaki
    • 雑誌名

      IEEJ Journal of Industry Applications

      巻: 8 ページ: 322-333

    • DOI

      https://doi.org/10.1541/ieejjia.8.322

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Contact control of two inertial systems based on velocity damping by equivalent disturbance compensator2019

    • 著者名/発表者名
      鈴木駿介,川合勇輔,横倉勇希,大石潔,宮﨑敏昌
    • 学会等名
      IEEJ SAMCON2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Force Impulse Control Based on Resonance Ratio Control for Antibouncing Motion2019

    • 著者名/発表者名
      川合勇輔,横倉勇希,大石潔,宮﨑敏昌
    • 学会等名
      IEEJ SAMCON2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Kicking-out Force Control with Compensation of Torsional Torque in Leg Robot using Bi-articular Muscle2019

    • 著者名/発表者名
      富山健太,宮崎敏昌
    • 学会等名
      IEEJ SAMCON2019
    • 国際学会
  • [学会発表] High-precision Kicking Force Control Based on Joint Torque Feedback of Leg Robot with Bi-articular Muscle2019

    • 著者名/発表者名
      富山健太,宮崎敏昌
    • 学会等名
      Mechatronics 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] 単相三相マトリックスコンバータにおける弱め磁束制御に着目した制御性能の比較2018

    • 著者名/発表者名
      中川晴貴,鶴岡勝弘,大石 潔,横倉勇輝,宮崎敏昌
    • 学会等名
      電気学会東京支部新潟支所研究発表会
  • [学会発表] スナバ回路を利用した単相-三相マトリックスコンバータによるAC速度サーボシステムの検討2018

    • 著者名/発表者名
      鶴岡勝弘,大石潔,横倉勇希,宮崎敏昌,阿部晃大
    • 学会等名
      電気学会産業応用部門大会
  • [学会発表] 高応答バックフォワードドライバビリティのための負荷側速度オブザーバを用いたねじれトルク制御系の広帯域化2018

    • 著者名/発表者名
      川合勇輔,横倉勇希,大石潔,宮﨑敏昌
    • 学会等名
      電気学会産業応用部門大会
  • [学会発表] 外乱にロバストな二慣性系のねじれトルク制御の為の等価外乱補償器2018

    • 著者名/発表者名
      鈴木駿介,川合勇輔,横倉勇希,大石潔,宮崎敏昌
    • 学会等名
      電気学会 メカトロニクス制御研究会
  • [学会発表] 二関節筋機構を有するレッグロボットの瞬発的な蹴り出し力制御のための関節モデリング2018

    • 著者名/発表者名
      富山健太,宮崎敏昌
    • 学会等名
      電気学会 メカトロニクス制御研究会

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公開日: 2019-12-27  

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