振動の完全予測を可能にする準能動制振と予測制御の統一制御理論に向けた研究

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H01619
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 槙原 幹十朗 東北大学, 工学研究科, 教授 (60392817)
• 研究分担者: 中原 健志 九州産業大学, 理工学部, 准教授 (00334516) [辞退] ; 亀山 正樹 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (30302178)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 振動制御 / 準能動制振 / 予測制御 / 圧電 / 宇宙構造物

研究実績の概要

(A) 不変量に関する詳細特性を明らかにした．具体的には，不変性の精度・電気漏れの影響を定量的に調べた．予測値と実測値を定量的に比較することによって，不変量の特性の中でも，特に予測誤差・予測間隔の影響・温度依存性・計算負荷への影響を精査した．影響・温度依存性・計算負荷への影響を明らかにするために複数の計測によって電荷の計測値を比較することで詳しい知見が得られた．事前予想とは異なり，不変量の変動幅が大きかったので，それに対応して制御理論を一部見直した．具体的には，制御の更新ステップをアダプティブにした．この理論改修によって不変量の価値が高まった．
(B) 制御エネルギ消費の減少量を定量的に明らかにした．数値シミュレーションを援用して，予測精度のエネルギ消費を調査した．制御考慮のモデル次元が高過ぎて計算負荷が多大になったので，制御モデル次元の低減・制御間隔の閑散化の対策を取った．この対策は制御性能と相反する措置であるために多くの試行錯誤を必要とした．オンライン計算負荷が多大であったので，オフライン計算やルックアップテーブルを拡充することで対応した．
(C) エネルギ回生型準能動制振の制振効果の向上量を定量的に明らかにした．様々な外乱入力・ノイズに対するロバスト性を定量的に明らかにした．予測値と実測値をリアルタイムに比較する計測系とプログラムを完成させた．これまでに制作した実験装置によって，提案手法の予測精度を明らかにした．複雑な構造物でも高い制振効果を証明することができた．

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] The University of Manchester/University of Chester/Aston University(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: The University of Manchester/University of Chester/Aston University
  • 他の機関数: 1
• [雑誌論文] Adaptive and Robust Operation with Active Fuzzy Harvester under Nonstationary and Random Disturbance Conditions (2021)
  • 著者名/発表者名: Hara Yushin、Otsuka Keisuke、Makihara Kanjuro
  • 雑誌名: Sensors 巻: 21 ページ: 3913～3913
  • DOI: 10.3390/s21113913
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comprehensive predictive control for vibration suppression based on piecewise constant input formulation (2021)
  • 著者名/発表者名: Takamoto Ikuya、Abe Mizuki、Hara Yushin、Otsuka Keisuke、Makihara Kanjuro
  • 雑誌名: Journal of Intelligent Material Systems and Structures 巻: 33 ページ: 901～917
  • DOI: 10.1177/1045389X211038703
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-sensing state estimation of switch-controlled energy harvesters (2020)
  • 著者名/発表者名: Hara Yushin、Yamamoto Yuta、Makihara Kanjuro
  • 雑誌名: Journal of Intelligent Material Systems and Structures 巻: 31 ページ: 2326～2341
  • DOI: 10.1177/1045389X20943944
  • 査読あり
• [雑誌論文] Predictive Switching Vibration Control Based on Harmonic Input Formulation (2020)
  • 著者名/発表者名: Takamoto Ikuya、Abe Mizuki、Hara Yushin、Nakahara Takeshi、Otsuka Keisuke、Makihara Kanjuro
  • 雑誌名: Sensors and Actuators A: Physical 巻: 315 ページ: 112271～112271
  • DOI: 10.1016/j.sna.2020.112271
  • 査読あり
• [雑誌論文] Piezoelectric energy enhancement strategy for active fuzzy harvester with time-varying and intermittent switching (2020)
  • 著者名/発表者名: Hara Yushin、Zhou Meng、Li An、Otsuka Keisuke、Makihara Kanjuro
  • 雑誌名: Smart Materials and Structures 巻: 30 ページ: 015038～015038
  • DOI: 10.1088/1361-665X/abca08
  • 査読あり
• [雑誌論文] 宇宙構造物のためのセルフパワード制振 (2020)
  • 著者名/発表者名: 槙原 幹十朗
  • 雑誌名: 日本航空宇宙学会誌 巻: 68 ページ: 205～209
  • DOI: 10.14822/kjsass.68.7_205
  • 査読あり
• [学会発表] Optimization of Electromechanical Dynamic Vibration Absorber for Flexible Space Structure (2021)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, T., Li, A., Goto, K., Hara, Y., Otsuka, K., and Makihara, K.
  • 学会等名: Proceedings of the 18th International Conference on Flow Dynamics
  • 国際学会
• [学会発表] Enhancing Piezoelectric Harvested Energy of an Advanced Switching Interface by Tunable Switching Intervals (2021)
  • 著者名/発表者名: Zhou, M., Hara, Y., Jia, Y., Shi, Y., Soutis, C., Kurita, H., Narita, F., Otsuka, K., and Makihara, K.
  • 学会等名: Proceedings of the 18th International Conference on Flow Dynamics
  • 国際学会
• [学会発表] Battery-Less Soft Sensor of Spacecraft Vibration with Advanced Piezoelectric Energy Harvester (2021)
  • 著者名/発表者名: Hara, Y., Li., A., Zhou, M., Otsuka, K., and Makihara, K.
  • 学会等名: Proceedings of the 72nd International Aeronautical Congress (IAC)
  • 国際学会
• [学会発表] Model Predictive Control for Switching Vibration Suppression Using Future Trajectory (2021)
  • 著者名/発表者名: Makihara, K., Abe, M., Hara, Y., and Otsuka, K.
  • 学会等名: Proceedings of the 72nd International Aeronautical Congress (IAC)
  • 国際学会
• [学会発表] SICE回路を用いた振動エネルギハーベスティングのロバストな制御則の提案 (2021)
  • 著者名/発表者名: 周蒙，原勇心，高本育弥，大塚啓介，槙原幹十朗
  • 学会等名: 日本機械学会東北支部第56期総会講演会
• [学会発表] ファジィ適応制御を用いた間欠スイッチングハーベスタ (2021)
  • 著者名/発表者名: 原勇心，周蒙，大塚啓介，槙原幹十朗
  • 学会等名: 第63回構造強度に関する講演会
• [学会発表] Robustness Evaluation of Structural Vibration Estimation by Self-Sensing Harvester (2020)
  • 著者名/発表者名: Hara, Y., Saito, K., Takamoto, I., An, L., and Makihara, K.
  • 学会等名: Proceedings of the 15th International Conference on Motion and Vibration Control (MOVIC)
  • 国際学会
• [学会発表] Intellectual Power Generation by Stand-Alone Active Harvester with Digital Control Unit (2020)
  • 著者名/発表者名: Hara, Y., Mori, E., Li., A., and Makihara, K.
  • 学会等名: Proceedings of the 15th International Conference on Motion and Vibration Control (MOVIC)
  • 国際学会
• [学会発表] Vibration Suppression Integrating Semi-Active Control and Model Predictive Control Based on Harmonic Input (2020)
  • 著者名/発表者名: Takamoto, I., Abe, M., Hara, Y., Nakahara, T., and Makihara, K.,
  • 学会等名: Proceedings of the 15th International Conference on Motion and Vibration Control (MOVIC)
  • 国際学会
• [学会発表] 予測制御理論に基づく効果的な準能動制振 (2020)
  • 著者名/発表者名: 髙本育弥，阿部瑞樹，中原健志，槙原幹十朗
  • 学会等名: 日本機械学会東北支部第55期総会講演会
• [備考] 槙原・大塚研究室
  • URL: http://web.tohoku.ac.jp/makihara/www-j/index-j.htm