Lazy制御理論の構築と受動2足歩行制御への適用

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14702040
• Research Institution: Tokyo Denki University
• Principal Investigator: 鈴木 聡 東京電機大学, フロンティア共同研究センター, 助手 (20328537)
• Keywords: lazy制御 / スライディングセクタ / 可変構造制御 / 状態依存リカッチ方程式 / 受動歩行 / 衝突制御

Research Abstract

1.スライディングセクター可変構造制御(Sliding-Sector Variable Structure Control,以下SS-VSC)において、スライディングセクター(SS)を時変なクラスに対応可能なように理論の一般化を行った。これにより摩擦や経年変化といった、状態だけでなく時間にも依存する不確定要素を扱うことができる。本SS-VSCを静止摩擦が支配的な倒立振子の安定化制御問題に適用し、従来のVSCを上回る良好な結果を得、本理論の有効性を確認した。
2.従来のSS-VSCの設計対象を、線形時不変システムから非線形時変システムに拡張する手法を提案した。本手法では、状態に依存して線形化した擬似状態空間モデルに基づき、状態依存リカッチ方程式(SDRE)を用いてSSを時々刻々更新して制御入力を生成する。本理論を倒立振子の振り上げ制御に適用し、従来のSDREに基づく制御よりも入力量を概略半分にでき、かつ同等の性能を維持できることを実証した。これによりlazy制御の目指す入力量最小化を達成する理論の枠組みを得た。
3.lazy制御理論を歩行制御へ適用する前準備として、受動歩行を自律的歩行パターン生成器とするサーボ系により、平地での準受動的歩行に取り組んだ。その結果、目標信号の加速度の次元まで追従可能で、かつチャタリングの発生しないサーボ系の設計方法を示し、その収束性を理論的に証明した。本サーボ理論を実歩行器に適用し、良好な歩行結果を得た。
4.遊脚接地時の衝突が歩行安定性に重要な役目を果たすことから、衝突力の制御法を検討した。衝突現象を模擬するためのボール振子型衝突試験装置を考案し、前述のサーボ系と参照軌道実時間予測・修正法と組み合わせることで、所望のエネルギーを衝突を介して対象物体に与えることのできる衝突現象制御方を提案し、実機試験により理論の有効性を確認した。

Research Products

• [Publications] S.Suzuki, K.Furuta: "Enhancement of stabilization for passive walking by chaos control approach"Proceedings of 15th IFAC World Congress on Automatic Control, 21st-26th July 2002, Barcelona, SPAIN. (In CD-ROM). (2002)
• [Publications] T.Takahashi, K.Furuta, S.Hatakeyama, S.Suzuki, A.Sugiki: "Swing-up control of inverted pendulum by periodic input"Proceedings of 15th IFAC World Congress on Automatic Control, 21st-26th July 2002, Barcelona, SPAIN. (In CD-ROM). (2002)
• [Publications] Seiichi Kobayashi, Satoshi Suzuki, Katsuhisa Furuta: "Adaptive VS Differentiator"7th IEEE International Workshop on Variable Structure Systems (VSS'2002) Sarajevo, Bosnia and Herzegovina. 35-45 (2002)
• [Publications] Satoshi Suzuki, Katsuhisa Furuta, Takeshi Hayakawa: "ADAPTIVE IMPACT SHOT CONTROL BY PENDULUM-LIKE JUGGLING SYSTEM"Proceedings of the Sixth International Conference on Motion and Vibration Control(MOVIC2002). 361-366 (2002)
• [Publications] Satoshi Suzuki, Katsuhisa Furuta, Yaodong Pan: "Walking control by chattering-free VS servo using passive walking trajectory"International Journal of Control, in the 65th birthday special issue for Professor V.Utkin. (Now printing). (2003)
• [Publications] T.Kobayashi, T.Komine, S.Suzuki, M.Iwase, K.Furuta: "Swing-up and Balancing Control of Acrobot"SICE Annual Conference 2002. (no.0691 in CD-ROM). (2002)
• [Publications] I.Arai, Y.Kurota, S.Suzuki, K.Furuta: "Application of Virtual Internal Model to Remote Manipulation"SICE Annual Conference 2002. (no.0676 in CD-ROM). (2002)
• [Publications] S.Terashima, M.Iwase, K.Furuta, S.Suzuki, S.Hatakeyama: "A design of servo controller with SDRE for nonlinear systems"SICE Annual Conference. (no.0099 in CD-ROM). (2002)
• [Publications] 黒田 幸宏, 小林 誠一, 鈴木 聡, 古田 勝久: "振動台上の振子の制御"第45回自動制御連合講演会. 2P1-H2 (2002)