| 研究課題/領域番号 |
18K02925
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| 研究機関 | 仙台高等専門学校 |
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研究代表者 |
菅谷 純一 仙台高等専門学校, 総合工学科, 教授 (30154454)
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| 研究分担者 |
上町 俊幸 石川工業高等専門学校, 電気工学科, 准教授 (50280334)
大場 譲 仙台高等専門学校, 総合工学科, 准教授 (80455104)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | Ｘ－Y型倒立振子 / PID制御 / 振り上げ制御 / 立位制御 / 非線形制御 / シーケンス制御 / PBL学習 |
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| 研究実績の概要 |
まず、ＰＩＤ制御とＸ－Ｚ型振り子制御システムを連結・一体化した「２自由度振り子制御体系的制御実験支援システムの開発」を設計・製作し、その実験を通して立位制御や振り上げ制御結果の妥当性を確認する予定であったが、全体としてＸ－Ｚ型振り子制御システムの設計手順の検討どまりに終わった。以前作成したＰＩＤ型教育用制御実験支援ツールや２次元振子制御器（Ｘ－Ｙ型の平面における制御）をもとにＸ－Ｚ型振り子制御システムのＰＩＤ制御の段取りと実際の公開講座用等に用いる小型Ｘ－Ｚ制御器の製作については決めて製作等実験は次年度へ持ち越した。制御方式やモータの駆動回路に関してのノーハウは共同研究者での課題となった。
このＸ－Ｚ型振り子制御システムに装着するための振り子の代わりに昨年度製作した慣性ロータ型倒立振子について電気学会東北支部等の国内学会において発表を行った。また、海外での出前授業や公開講座の可能性の検討を行うためＫＭＩＴにおいてその打ち合わせも行った。
共著ではあるがそこで行われた国際学会（The 4th CEAST2018 Conference）でシーケンス制御キットを用いたグローバルＰＢＬ学習教育（Proposal of Global PBL Education for Engineers using Sequence Learning KitKuniaki YAJIMA, Yoshihiro TAKEICHI, Akihiro NITTA, Noppadol Maneerat,Junichi SUGAYA, Jun SATO）について発表した。
なお、Ｘ－Ｚ軸振子装着および液面装着における実機製作の設計および製作は共同研究者である上町が担当する。さらに、ＰＩＤ制御方式や他の非線形制御方式のソフトウェア化ならびに制御結果の妥当性のチェックをしてもらう。制御則の理論的構築や設計等はこれまでの研究蓄積によって展開していく。液面制御などの非線形性や曖昧な部分に関してはそれを不確かな制御システムとみなして新たな非線形制御則の適用も試みる。
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| 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
Ｘ－Ｚ型振り子制御システム実現への検討に時間がかかり、代替えでＸ－Ｙ型慣性ロータ型振子制御システムの振上げ制御器を搭載する実機用のモータ注文の経費検討や特注先での見積もりが遅れたこともあり、製作までに至っていないことが主な理由である。
ただし、概要でも記した通り、製作設計についての段取りはほぼ決定していて本年度に3次元も想定した実験器を製作することになった。これは箱型のＸ－Ｙ－Ｚ型振り子制御システム枠をあらかじめ製作し、そこにＸ－Ｚ型を載せて平面上を動かすという着想によるものである。当初提案した構造ではきちんと動かないことが判明し、どのようにその点をクリアーするかに時間をとられたことも遅れの一因となった。全体の構造や構成が決まらないと部分は動いても全体のシステムの挙動が損なわれることを防ぐためにやむを得ない検討となってしまった。
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| 今後の研究の推進方策 |
全体の3次元制御システムの構成等は目鼻がついたので、まずＸ－Ｚ型り子制御システムについてすでにあるＸ－Ｙ型振り子制御システムを縦置きにして使うことで様々な制御方式が検討できることとすでにモータ・エンコーダ等は装着されたボールねじ式２軸制御システムなので、その動かすための実験とＰＩＤ制御や非線形制御実験も可能である。
また、一方で、Ｘ－Ｚ型振り子制御システムの子機の製作を共同研究者中心で行うこととなった。これは出前授業のために持ち運びや輸送等を前提としたものである。
異動の関係で3者が別々の高専ななってしまったので一層コミュニケーションを取り合い必要に応じて打ち合わせと進捗状況の確認を行う予定である。また、製作完了時には国内外の学会発表も実施予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
Ｘ－Ｚ型も含むＸ－Ｙ－Ｚ型3次元振り子システム製作用の3次元箱型の枠とモータ選定に時間がかかり、その購入予定が3か月ほど遅れたため、再検討して中途なＸ－Ｚ型を購入するよりは残予算を繰り越してまとまった金額でモータ等を購入した方が購入しやすいし変更も聞きやすいとの判断で次年度へ一部科研費の繰越となった。具体的にはＸ－Ｚ型制御用小型版に装着するエンコーダ付きモータや3次元制御用フレーム等を４月早々に関係業者に見積もりを依頼し注文・購入する予定である。
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