| 研究課題/領域番号 |
24560553
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 芝浦工業大学 |
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研究代表者 |
陳 新開 芝浦工業大学, システム工学部, 教授 (50273347)
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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | スマートマテリアル / ヒステリシス / 高精度制御 / ナノテクノロジー / バイオテクノロジー |
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| 研究概要 |
まず，入力の閾値を持つ記憶要素を導入した．そして，外部及び内部の環境に依存する密度関数を定義し，密度関数及び記憶要素の累積により複雑なオペレータを構成した．それから，ヒステリシスの状態遷移を表現するため，non-smooth二次フィルタを導入し，定義したオペレータの出力をこのフィルタに通させた．このように得られた信号を非対称・速度依存型ヒステリシスの出力とした．それから，超磁歪アクチュエータ及び圧電アクチュエータを用いて，実験によって提案する非対称・速度依存型ヒステリシスモデルの正確性・合理性を確認した．
続いて，非対称・速度依存型ヒステリシスのオンライン同定法を考察した．本研究では，non-smooth切り替え多様体を導入することにより、non-smooth逐次最適同定法を開発し，ヒステリシスのモデルを特徴付けるパラメータを同定するアルゴリズムを提案した．それから，このアルゴリズムの収束性を解析し，コンピュータシミュレーションによって検証した．
続いて，非対称・速度依存型ヒステリシスの出力を制御するために，適応制御アルゴリズムを提案した．超磁歪アクチュエータ及び圧電アクチュエータ高精度実験によって提案した適応制御手法の有効性を確認した．
制御設計に使える非対称・速度依存型ヒステリシスのモデル提案及びその同定において，本研究は初めての試みである．この得られたモデルを用いることにより，ヒステリシスの出力を高精度で制御するアルゴリズムを構成した．この手法を用いることにより，優れた特性を持つスマートマテリアルの高度化制御が実現可能となり，その生かせる応用領域がより広くなり，バイオテクノロジー・ナノテクノロジーなどの分野においてより高質な成果が得られることが期待できる．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
２０１２年度において，当初に提出した研究計画に沿って研究を進めてきた．研究目的の前半の研究課題１及び研究課題２を取り込んで，比較的満足できる結果を得た．
研究課題１：非対称・速度依存型ヒステリシスの特性について研究し，その数式モデルを構築し，オンライン同定アルゴリズムを提案する．
研究課題２：非対称・速度依存型ヒステリシスのオンライン適応制御法を提案し，超磁歪アクチュエータの高周波出力制御へ応用する．
研究課題１に関する研究成果を論文誌論文１編，国際会議論文４編にまとめ，発表した．さらに，研究課題２に関する研究成果をまとめ，３編の論文を２０１３年度の国際会議に，１編の論文を論文誌に投稿しているところである．
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| 今後の研究の推進方策 |
これからも，当初に提出した研究計画に沿って，下記の研究課題３及び研究課題４を取り上げ，研究を進めていく．
研究課題３：非対称・速度依存型ヒステリシスを含む動的システムの適応制御則を提案する．特に，モデルの不確かさを持つ動的システムに対し，そのロバスト制御則を考察する．
研究課題４：超磁歪アクチュエータで駆動するナノポジショナの高精度位置決め制御を実現する．
研究課題３について，入力側に非対称・速度依存型ヒステリシス及び外乱を含む未知の動的システムの高度化制御を考察し，そのロバスト適応制御則を提案する．それから，閉ループシステムの安定性を解析する．さらに，計算機シミュレーションを行い，提案する制御法の有効性を検証し，パラメータの選択基準などを明らかにする．
研究課題４について，まず、高精度位置決め装置ナノポジショナを作り上げる．そして，ナノポジショナの数学モデルを定式化する．それから，研究課題３で得られる制御則を利用し，計算機シミュレーションを行い，コントローラの最適パラメータを大まかに選定する．続いて，実験を行い，外部条件を変えながら，提案手法の有効性・ロバスト性・実用性を確認する．さらに，従来の制御法と比較し，提案手法の利点・欠点を明らかにし，実応用を目指していく．
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| 次年度の研究費の使用計画 |
（B-A)の額（313，476万円）の内，既に2013年3月に海外出張（研究の打ち合わせ及び資料収集）の時に277，222円を使用した．残っている36，254円について，2013年度の研究費と合わせて，実験消耗品に当てるつもりである．
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