| 研究課題/領域番号 |
20K04545
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| 研究機関 | 名古屋工業大学 |
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研究代表者 |
前田 佳弘 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70769869)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 精密サーボ / フィードフォワード制御 / 周波数応答 / 非線形要素 |
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| 研究実績の概要 |
2021年度は，制御設計に際してプラントが有する非線形性の影響を合理的に考慮するためのプラント周波数応答関数（FRF: Frequency Response Function）推定法の構築を目的に，FRF推定誤差要因となる出力センサの量子化誤差と雑音の影響低減法の検討と，次年度の実機評価に向けた実験システムの構築を行った。
1. FRF推定誤差低減方法の検討
(a)出力センサの高逓倍率化，(b)出力オーバーサンプリング，(c)FRF補正アルゴリズムの3つの方法について理論的な原理検討とシミュレーションによる原理検証を行った。(a)は高逓倍率化するほど量子化誤差による等価雑音レベルが低下し，1～2bitでも高分解能化できれば5～10dB程度の比較的大きな推定誤差低減が可能であった。(b)はサンプリング周期を短縮するほど量子化誤差や雑音の影響が低下するが，量子化誤差による等価雑音の変化は主に高周波数領域（ナイキスト周波数付近）で生じるため，サンプリング周期が十分に小さい条件からのオーバーサンプリングの効果は極小であった。雑音についてはサンプリング周期を1/10倍することで推定誤差を10dB程度低減できるが，雑音レベルが出力信号レベルに対して十分に小さいケースでは効果は小さいことが確認された。(c)は2020年度に構築したアルゴリズムについて，位置決め入出力信号波形の違いによって離散フーリエ変換起因の推定誤差が生じることが確認されたため，高精度推定のための位置決め入出力信号の取得条件を理論的に明らかにし，その有効性をシミュレーションにより検証した。
2. 実験システムの構築
出力センサの逓倍率やサンプリング周期を広範囲で変更可能な実験システムを新規構築し，1のシミュレーション検討に対応した実機実験の準備が完了した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
位置決め入出力信号を用いたFRF推定における推定誤差低減法については当初計画より前倒しで着手・進行し，2021年度で理論及びシミュレーション検討は半年ほど前倒しで完了した。その中で，FRF補正アルゴリズムにおける高精度推定のための位置決め入出力信号取得条件の明確化は，独創技術である位置決め入出力信号を用いたFRF推定法の実用性・有用性を高め，当初計画以上の研究成果を得た。
一方，実験システムの構築については，出力センサ信号に重畳する雑音と，出力センサと制御コントローラ間の通信遅れにより，当初は出力センサの高逓倍率化とサンプリング周期の短縮化の実験評価を十分に広い条件で行えないことが懸念されたが，制御コントローラメーカや産学共同研究先との技術相談に基づいて適切な改造を迅速に検討・実行できたため，2022年度の実機実験に向けて余裕を持って実験システムを構築できた。
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| 今後の研究の推進方策 |
最終年度となる2022年度は，構築したプラントFRF推定法について5-1で挙げた3つの推定誤差低減法を実験により評価し，それぞれの有効性ならびに効果的な組み合わせ方法を明らかにする。
続いて，推定FRFに対する線形プラントモデルのパラメータ同定を行う。そこでは，量子化誤差や雑音によるFRF推定誤差によって最適化アルゴリズムによるパラメータ探索が局所最適解に陥り，パラメータ同定誤差が生じることが懸念されるため，大域最適解への収束性を考慮したパラメータ同定法を構築する。
最後に，同定線形プラントモデルに基づいてフィードフォワード制御を設計し，非線形性を有するプラントに対するシンプルな線形モデルベースフィードフォワード制御の有効性を，位置決め性能実験により実証する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
次年度使用が生じた理由は，学会がオンライン開催形式となることによる旅費支出の減少，現在査読中のジャーナル論文の論文掲載料が未支出のためである。
次年度は，研究成果発表のための旅費・参加費・論文掲載料と，実験備品の購入に助成金を使用する予定である。
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