海洋プラットホーム上の機械システムのロバスト制御

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16560696
• Research Institution: Tokyo University of Marine Science and Technology
• Principal Investigator: 戸田 勝善 東京海洋大学, 海洋科学部, 助教授 (70262342)
• Keywords: マニピュレータ / ロバスト制御 / 動揺ベース / 機械システム / 海洋プラットホーム

Research Abstract

本年度は,まず昨年度設計・製作を行った実験システムにおいて電源部の改良,モータ電流をモニタするためのADボートの追加等,ハードウェアの変更を行った.それに基づいて,モータトルク指令電圧と実トルクとの関係等,実験用マニピュレータ部の駆動系に関する基本特性の計測および解析を行い,駆動系モデルを求めた.
つぎに,昨年度予備試験として一部行ったパラメータ同定実験について実験方法,パラメータ同定方法を改良して行った.パラメータ同定の対象は2リンクマニピュレータ部である.同定実験として,マニピュレータの水平平面内運動実験および鉛直面内運動実験を行った.前者では,各一方の関節を固定して1リンクの状態とし,一定トルクでの加速度運動の運動軌跡を計測することで,各慣性項および粘性摩擦項のパラメータ同定を行った.パラメータ推定方法として,シミュレーションおよび実験による運動軌跡の残差の二乗和を最小とする非線形最小二乗法を用いた.その際の初期値として,設計図等から得られる概算値を用いた.後者の鉛直面内運動実験では,水平実験と同様に各一方の関節を固定して一定トルクを与え,トルクと重力トルクが釣り合う位置を計測することで,重力項に関する同定を行った.パラメータ推定方法には線形最小二乗法を用いた.これらによって得られたパラメータはどれもシミュレーションと実験結果が良く一致した.さらに,実験で得られたパラメータ以外については,リンクの軸間距離については設計図より,質量等は分解して実測することにより求めた.これらの結果から,運動方程式における基底パラメータがすべて得られた.
さらに,得られたパラメータの妥当性を検証するために2つの実験を行った.1つは,重力項の検証を行うための重力補償制御実験である.重力補償制御を行うことで,任意の姿勢でマニピュレータが静的に平衡状態となることを確認した.2つめは,状態フィードバックによるシステムの線形化および線形化システムに対するLQ最適制御を用いた位置決め制御実験である.実験とシミュレーションの結果はほぼ一致することを確認し,得られたパラメータの妥当性を検証できた.しかし,一部のパラメータと駆動系モデルについて若干のチューニングが必要であった.