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2011 年度 実績報告書

劣駆動系の非線形制御理論の新展開と体系化

研究課題

研究課題/領域番号 22560452
研究機関岡山県立大学

研究代表者

忻 欣  岡山県立大学, 情報工学部, 教授 (70293040)

キーワード非線形制御 / ロボット / 劣駆動システム / エネルギー制御 / 振り上げ制御 / 安定性解析 / 多自由度システム / 安定化制御
研究概要

制御入力の数が一般化座標数(自由度)より少ない劣駆動系では、アクチュエータの数が全駆動系に比べて少ないため、コスト、重量、信頼性の点で優れている。しかし、そのような劣駆動系には強い非線形性があるため、劣駆動系の制御に関する研究は挑戦的な課題である。本年度では、劣駆動系に対して、全体のエネルギーと駆動関節角度および角速度を制御するというエネルギー制御法の適応範囲について調査し、主な研究成果としては、以下のものを挙げる。
1.部分エネルギーを用いた可変長振子の軌道追従制御とその動作解析
本研究では、パラメータ励振系の一例として広く知られる2自由度1入力の可変長振子を対象とし、それを任意の姿勢から、ある目標軌道へ追従させる制御問題を扱った。まず、従来のエネルギー制御法を用いて設計される追従制御則には回避しにくい特異点が存在することを示した。次に、系全体のエネルギーの代わりに、可変長振子の回転による運動エネルギーと位置エネルギーのみを用いたエネルギー制御による追従制御則を提案するとともに、その制御則に特異点が存在しないことを示し、その可変長振子の動きに関する解析を行った。
2.3リンク劣駆動ロボットの目標縮退姿勢への制御とその動きに関する解析
これまで、目標縮退姿勢への制御ではすべてのリンクがまっすぐ伸びたような縮退姿勢への制御がよく研究されているのに対し、2つのリンクが一致したような縮退姿勢への制御はあまり報告されていない。そこで、根元関節のみ非駆動の3リンク劣駆動ロボットを対象とし、任意の初期状態から、その縮退姿勢の1つであるリンク1が上向き、リンク2と3が下向きの平衡点の任意の近傍へ近づける制御則の設計と動きに関する解析を目的とし、エネルギー制御法を適用できるための条件を明らかにした。

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

当初の計画を達成するとともに、一般化自由度数と入力数の差が2であるロボットの振り上げ制御に関する解析ならびに2自由度の劣駆動ロボットの強安定化という新しい研究内容も順調に行っている。

今後の研究の推進方策

当初の計画を実行するとともに、劣駆動系におけるいくつかの中核的な制御問題に挑戦する。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (7件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] A unified solution to swing-up control for n-link planar robot with single passive joint based on virtual composite links and passivity2012

    • 著者名/発表者名
      Xin Xin, Jinhua She, Yannian Liu
    • 雑誌名

      Nonlinear Dynamics

      巻: 67 ページ: 909-923

    • DOI

      DOI:10.1007/s11071-011-0033-3

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis of the energy-based swing-up control for the double pendulum on a cart2011

    • 著者名/発表者名
      Xin Xin(忻欣)
    • 雑誌名

      International Journal of Robust and Nonlinear Control

      巻: 21 ページ: 387-403

    • DOI

      DOI:10.1002/rnc.1601

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Equivalent-input-disturbance approach---Analysis and application to disturbance rejection in dual-stage feed drive control system2011

    • 著者名/発表者名
      Jinhua She, Xin Xin, Yaodong Pan
    • 雑誌名

      IEEE/ASME Transactions on Mechatronics

      巻: 16 ページ: 330-340

    • DOI

      DOI:10.1109/TMECH.2010.2043258

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Teaching sampled-data Hoo control theory using arm robot experiment system2011

    • 著者名/発表者名
      Jinhua She, Xin Xin, Yasuhiro Ohyama
    • 雑誌名

      IEEJ Transactions on Electrical and Electronics Engineering

      巻: 6 ページ: 585-593

    • DOI

      DOI:10.1002/tee.20699

    • 査読あり
  • [雑誌論文] New Results of Energy-Based Swing-up Control for a Rotational Pendulum2011

    • 著者名/発表者名
      Seiji Tanaka, Xin Xin, Taiga Yamasaki
    • 雑誌名

      The SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration (SICE JCMSI)

      巻: 4 ページ: 394-400

    • 査読あり
  • [学会発表] Swing-up control for a two-link underactuated robot with a fiexibie elbow joint : New results beyond the passive elbow joint2011

    • 著者名/発表者名
      Xin Xin
    • 学会等名
      Proceedings of the 50th IEEE Conference on Decision and Control
    • 発表場所
      Orlando, USA
    • 年月日
      2011-12-13
  • [学会発表] Acrobotの強安定化器の存在性と設計法2011

    • 著者名/発表者名
      重里昂佑, 忻欣, 山崎大河
    • 学会等名
      第20回計測自動制御学会中国支部学術講演会論文集
    • 発表場所
      岡山市
    • 年月日
      2011-11-26
  • [学会発表] 3リンク劣駆動ロボットのエネルギーと駆動関節の同時制御:劣駆動度2の場合2011

    • 著者名/発表者名
      小田晋太郎, 忻欣, 山崎大河
    • 学会等名
      第20回計測自動制御学会中国支部学術講演会論文集
    • 発表場所
      岡山市
    • 年月日
      2011-11-26
  • [学会発表] Set-point control for folded posture of 3-link underactuated gymnastic planar robot : Beyond the Swing-up control2011

    • 著者名/発表者名
      Xin Xin, Yannian Liu, Jinhua She, Lei Guo
    • 学会等名
      Proceedings of the 18th IFAC World Congress
    • 発表場所
      Milano, Italy
    • 年月日
      2011-09-01
  • [学会発表] Trajectory tracking control of pendulum with variable length by partial energy shaping2011

    • 著者名/発表者名
      Xin Xin, Tatsuya Shinji, Taiga Yamasaki
    • 学会等名
      Proceedings of the 18th IFAC World Congress
    • 発表場所
      Milano, Italy
    • 年月日
      2011-09-01
  • [学会発表] New Results of Energy-Based Swing-up Control for a Rotational Pendulum2011

    • 著者名/発表者名
      Seiji Tanaka, Xin Xin, Taiga Yamasaki
    • 学会等名
      Proceedings of the 18th IFAC World Congress
    • 発表場所
      Milano, Italy
    • 年月日
      2011-09-01
  • [学会発表] Swing-up and Stabilizing Control for two-link underactuated robot with flexible elbow joint2011

    • 著者名/発表者名
      Xin Xin
    • 学会等名
      Proceedings of the 30th Chinese Control Conference
    • 発表場所
      Yantai, China
    • 年月日
      2011-07-22
  • [図書] シミュレーション辞典(リアプノフ安定の頁を執筆する)2012

    • 著者名/発表者名
      日本シミュレーション学会
    • 総ページ数
      415
    • 出版者
      コロナ
  • [備考]

    • URL

      http://cosmos.c.oka-pu.ac.jp/~xxin/

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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