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2014 年度 実績報告書

非整数階微積分の工学応用

研究課題

研究課題/領域番号 23560076
研究機関兵庫県立大学

研究代表者

黒田 雅治  兵庫県立大学, 大学院工学研究科, 教授 (60344222)

研究期間 (年度) 2011-04-28 – 2015-03-31
キーワード制御工学 / 振動制御 / フィードバック制御 / 実験 / 1センサ法 / 複数センサ法
研究実績の概要

まず、分数階微積分の定義式を離散化することで、アルゴリズム化した。そのアルゴリズムをデジタル信号処理器(DSP)にダウンロードすることにより、センサからのアナログ信号を分数階微積分できるようにした。
つぎに、このアルゴリズムと1つのセンサを用いて分数階微分センサを実現した(1センサ法)。一方、複数のセンサを用いて、その出力信号の一次結合から分数階微分応答を求める手法も構築した(複数センサ法)。1センサ法では、センサは1つで済む長所があるが、アルゴリズムは複雑になり、長大なタップ数を要するFIRフィルタによる実装形態から、DSPには高速演算性能が求められる短所がある。それに対して、複数センサ法では、センサを複数必要とする短所があるが、計算アルゴリズム自体は簡単な積和演算であり、DSPに高性能さは必要としない長所がある。
最後に、非整数階微分応答のPIDフィードバックを用いて、柔軟片持ち梁の振動制御実験を行なった。片持ち梁上に設置した複数の加速度計から求めた変位と速度の情報から、複数センサ法で分数階微分応答を計測した。その結果,構造物に付けるセンサの配置によって測定精度が変化することが判明した。また、片持ち梁の先端におもりを付加して、パラメータ変動を与えた。通常の(つまり、整数階の)PIDフィードバックと比較して、分数階PID制御は、同等の制御性能を達成しつつ、制御対象のパラメータ変動に対して安定性を損なうことの無いロバスト安定性を備えていることが実験より判明した。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (8件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Vibration Control Using Fractional Derivative Feedback2014

    • 著者名/発表者名
      Kuroda, M.
    • 雑誌名

      Congress Abstracts of 17th U.S. National Congress on Theoretical and Applied Mechanics

      巻: 1 ページ: D-15-980

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Vibration Control Using Fractional Derivative Feedback2014

    • 著者名/発表者名
      Kuroda, M. and Matsubuchi, H.
    • 雑誌名

      Proc. of 8th European Nonlinear Dynamics Conference (ENOC 2014)

      巻: 1 ページ: Paper-ID 415

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 非整数階微分を用いた振動制御(第2報:PD制御の拡張とその制御効果の検証)2015

    • 著者名/発表者名
      松淵博基,吉谷尚樹,黒田雅治
    • 学会等名
      日本機械学会 D&D 2015
    • 発表場所
      弘前大学(青森)
    • 年月日
      2015-08-25 – 2015-08-28
  • [学会発表] 非整数階微分を用いた振動制御(第3報:柔軟構造物の変位・速度情報を用いた分数階微分応答の計測)2015

    • 著者名/発表者名
      吉谷尚樹,松淵博基,黒田雅治
    • 学会等名
      日本機械学会 D&D 2015
    • 発表場所
      弘前大学(青森)
    • 年月日
      2015-08-25 – 2015-08-28
  • [学会発表] Vibration Control Experiment using Fractional PID Feedback2015

    • 著者名/発表者名
      Kuroda, M., Matsubuchi, H. and Yoshitani, N.
    • 学会等名
      ASME 2015 International Design Engineering Technical Conferences & Computers and Information in Engineering Conference (IDETC/CIE 2015)
    • 発表場所
      Boston (USA)
    • 年月日
      2015-08-02 – 2015-08-05
  • [学会発表] 非整数階PID制御による振動制御実験2015

    • 著者名/発表者名
      黒田雅治
    • 学会等名
      2014年度力学系の応用研究集会
    • 発表場所
      京都大学(京都)
    • 年月日
      2015-03-28 – 2015-03-29
  • [学会発表] 非整数階微分を用いた振動制御(第1報:理論解析および数値計算による検討)2014

    • 著者名/発表者名
      松淵博基,荒木 望,黒田雅治
    • 学会等名
      日本機械学会 D&D 2014
    • 発表場所
      上智大学(東京)
    • 年月日
      2014-08-26 – 2014-08-29
  • [学会発表] Vibration Control Using Fractional Derivative Feedback2014

    • 著者名/発表者名
      Kuroda, M., Matsubuchi, H. and Araki, N.
    • 学会等名
      ASME 2014 International Design Engineering Technical Conferences & Computers and Information in Engineering Conference (IDETC/CIE 2014)
    • 発表場所
      Buffalo (USA)
    • 年月日
      2014-08-17 – 2014-08-20
  • [学会発表] Vibration Control Using Fractional Derivative Feedback2014

    • 著者名/発表者名
      Kuroda, M. and Matsubuchi, H.
    • 学会等名
      8th European Nonlinear Dynamics Conference (ENOC 2014)
    • 発表場所
      Vienna (Austria)
    • 年月日
      2014-07-06 – 2014-07-11
  • [学会発表] Vibration Control Using Fractional Derivative Feedback2014

    • 著者名/発表者名
      Kuroda, M.
    • 学会等名
      17th U.S. National Congress on Theoretical and Applied Mechanics
    • 発表場所
      Michigan (USA)
    • 年月日
      2014-06-15 – 2014-06-20
  • [備考] 非整数階微積分の工学応用、非線形工学に関する基礎的研究

    • URL

      http://www.eng.u-hyogo.ac.jp/outline/faculty/kuroda/index.html

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公開日: 2016-06-01  

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