構造系と制御系の同時最適設計方法による光サーボ系の開発

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03452139
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 長松 昭男 東京工業大学, 工学部, 教授 (70016640)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山口 正勝 東京工業大学, 工学部, 教務職員 (90220277) ; 梶原 逸朗 東京工業大学, 工学部, 助手 (60224416) ; 大熊 政明 東京工業大学, 工学部, 助教授 (60160454)
• Keywords: 振動 / 制御 / 最適設計 / 光サーボ / モード解析

Research Abstract

本研究では、光サーボ系の高性能化を目指し、構造系と制御系の同時最適設計法に関する研究を行い、以下の成果を得た。
まず、FEMでモデル化された構造系と制御系を統合的に記述する方法を開発した。そして、システムの低次元化で無視した固有モードの安定性を保障する、構造系と制御系の同時最適化を感度解析により実行する方法を提案した。本手法により、有色雑音の外乱が作用するときの構造系と制御系の同時最適化を実行し、制御系のみの最適化よりも制御性能を大幅に向上できることを明らかにした。さらに、本手法を用いれば、コロケーションが成立しないシステムに対しても同時最適化が可能になることを示し、その有効性を明らかにした。
次に、コンプレックス法による構造系と制御系の同時最適設計法を提案、開発した。構造系の質量と閉ループ系の2次形式評価関数を目的関数の中に同時に考慮し、設計変数として採用したFEMモデルの板厚とフィードバックゲイン行列の同時最適化を可能にした。また、本研究で定義した目的関数は設計変数に対して不連続関数となるが、目的関数の感度を用いない最適化手法としてコンプレックス法を採用することにより、設計変数の最適値の探索を可能にした。本手法により、任意の次元の出力フィードバック系のコントローラを設定でき、コロケーションの成立しないシステムへの適用、および有色雑音外乱に対する同時最適化を可能にした。
上述の提案手本の基礎的検討として、平板の振動制御系の同時最適化を行った結果、制御性能の高性能化を実現し、また解析結果と実験結果は良く一致しており、本手法の有効性が検証された。

Research Products

• [Publications] 梶原 逸朗: "有限要素法を用いた大自由度構造系の自由度縮小によるモデル化と制御系の最適設計" 計測自動制御学会論文集. 28. 383-391 (1992)
• [Publications] 梶原 逸朗: "モード解析と感度解析を用いた連続体構造物の最適振動制御法" 日本機械学会論文集(C編). 58. 2365-2372 (1992)
• [Publications] 梶原 逸朗: "モード解析を用いた連続体構造物のH^∞ロバスト振動制御" 日本機械学会論文集(C編). 58. 3238-3245 (1992)
• [Publications] 梶原 逸朗: "特性行列同定法に基づく最適制御系の設計法" 日本機械学会論文集(C編). 58. 1385-1391 (1992)
• [Publications] Kajiwara,I.: "Optimum Design of Optical Pick-Up by Elimination of Resonance Peaks." Trans.of the ASME,.
• [Publications] Kajiwara,I.: "Simultaneous Optimum Design of Structure and Control System to Assure Stability of Higher Modes." 34th.SDM Conference(AIAA),. (1993)