2017 Fiscal Year Annual Research Report
三自由度振動アクチュエータとそのセンサレス制御に関する研究
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16J00413
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
加藤 雅之 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | リニア振動アクチュエータ / リニア共振アクチュエータ / 多自由度アクチュエータ / ベクトル制御 / 三自由度振動アクチュエータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでに，機械的な共振を活用して並進三軸の独立駆動を実現する三自由度共振アクチュエータについて，磁気回路を共有しているために軸間の干渉が確認され，任意の周波数で振動させる場合に弊害となることがわかっていた．空間内を動く制振用デバイスとして機能させるためには，各軸に厳密な振幅制御・力制御ができることが重要である．
そこで，今年度は三自由度共振アクチュエータに適した新しい推力制御法を構築した．従来の制御法では，X，Z軸の駆動に使用するコイルとY,Z軸の駆動に使用するコイルを分離し，計5つのコイルで推力を制御していた．今年度提案した推力制御法では，制御するコイル数を4つに減らし，新規に数学モデルを構築し，従来の座標変換手法を三次元的に拡張した．新規にモデルを構築する際に，平面内の回転を表す回転行列ではなく，オイラー角を利用した空間内の回転行列を適用した．一般的な3相交流とは異なり，とある位相差を定義した特殊な4相交流電流により，各軸方向の推力を正確に出力可能であることを明らかにした．これにより各軸方向に独立な推力制御を行うことができ，任意の周波数で動作可能であると予想される．
実用化を考えた場合に，負荷に対するロバストな制御が重要となるため，一軸に振動する簡易な共振アクチュエータを用いて負荷センサを要しない制御手法を提案した．推定された負荷の大小に応じて制御量を補正する制御を実装し，過渡的な負荷変動に対してその駆動振幅を大幅に低下させることなく応答できることを実験的に確認した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は機械的な共振を利用し三軸方向に独立に駆動可能な三自由度共振アクチュエータの制御性を向上させるために，新しい推力制御法を提案した．通常の三相交流で動作するモータとは異なり，特殊な4相交流という全く新しい概念を利用し制御性を大幅に向上させることができたため．
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| Strategy for Future Research Activity |
特殊な4相交流を使用するため，インバータを含めた制御回路の設計を行う必要がある．また，各相の電流の切り替えも従来手法とは異なるため，インバータのスイッチングパターン理論を新たに構築していく． また，一軸の簡易モデルにて負荷推定手法の有効性が確認できたため，三軸用にチューニングし実際の挙動を明らかにしていく．
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