2017 Fiscal Year Research-status Report
実稼働出力応答による加振力の時間領域推定に関する研究
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16K06159
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
日野 順市 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 教授 (10173189)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | モード解析 / 伝達経路解析 / 加振力推定 / 時間領域推定 / 非定常入力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
加振入力の推定について，正則化手法を用いた直接的な手法および拡大カルマンフィルタによる間接的な手法について検討している。今年度は，両手法とも加速度応答を用いてインパルス加振力を復元することにした。
直接的な推定手法で用いている正則化パラメータの決定にはTikhonovの正則化パラメータと特異値分解を組み合わせた。そこでは，L曲線法を利用した最適点を求めるため最大曲率を数値的に計算した。研究室での多自由度振動系および片持はりの実験装置を用いた推定実験においても概ね良好な結果を得ることができた。その際に，推定入力を復元するための数学モデルの採用モードについての考察を行った。応答振動に含まれる全てのモードを用いれば精度の良い推定が可能であるが，実際の構造では全振動モードを利用することは現実的ではないので，応答の振動数成分の次数をパワースペクトルの大きさから決定することを提案した。
カルマンフィルタによる手法では，変位応答から加速度応答に変更したことにより，応答に対する推定入力の時間遅れが解消された。また，重みに係数に対しても推定結果がロバストになった．多自由度振動系に対する実験データについても満足の行く結果が得られた。ただし重み係数の決定には課題が残り，推定加振力と実際の加振力の比較を行うための手法を検討する必要がある。上記の直接的な手法で用いているL曲線法を利用することも検討する必要があるが，今年度は各時間刻みの推定値の変化を最小にする規範を用いて計算をオフラインで実行した。しかしながら，オンライン推定の実現はできなかった。
上記の2つの手法の夏季までの結果は，平成29年8月に開催された日本機械学会機械力学計測制御部門のD&D2017講演会において発表を行った。その後の結果については，平成30年度のD&D2018およびICSV25で発表する予定である。
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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
正則化手法を用いた直接的な推定手法については，逆システムの構築のための正則化法として，Tikhonovの正則化において，推定入力と出力の誤差ノルムを用いたL曲線法を利用して正則化パラメータの決定を曲率を利用することで定量的な評価が可能になり，自動的に最適点が決定できるようになった。多自由度振動系および片持はりモデルの実験においても良好な結果が得られた。当初の研究計画には無かったが，実際的な構造に適用するために。推定入力を再構成するための採用モード数の検討を行った。その際に，採用モード数に加えて，加振点と応答点についても考察を行った。それにより，当初予想していなかった直達項の影響が疑われる結果が得られたため，考察を行い検討を進める必要があると考えている。
カルマンフィルタによる間接的な推定手法については，計画に記述した問題であるトレンドの発生等は，加速度応答を利用することでほぼ発生しておらずシミュレーションでは十分な推定値を得ることができてたが，ノイズを含めたシミュレーションおよびモデル実験では，インパルス力の推定は良好に行うことが可能になった。しかしながら，本来加振力が無い時刻においても加振力をゼロと推定することができないという問題が生じた。この原因は，拡大カルマンフィルタは加振力と状態量である変位および速度を推定しているが，変位において偏差が生じていることが分かった。これは加速度を測定値としているためであると思われる．もともと変位のみでは上手く行かなかったので，簡便に加速度と変位を組み合わせることを考えた。これにより，偏差はかなり少なくなることが分かった。しかし，現実には変位を用いることは困難が予想されるので，これとは別の解決方法を模索したいと思っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
正則化法を用いる直接的な手法では，加振点近傍の応答信号を用いた場合に推定入力の精度が悪化するという問題が生じた。加振点と応答点が離れている場合は十分な精度の推定が行えている。理論的な推定入力の再構成式から考えると，加振力と応答が直接関係する直達項の存在を考慮できていないことが原因の1つではないかと考えている。当初は，入力点が不明の場合に対応して，加振力と加振点の推定を行いたいと考えていたが，加振点の推定を行うためには，加振点によらず精度の良い加振力の推定が必要になることから，直達項を考慮した推定アルゴリズムを考えることが必要である。直接法の連続使用に関しては，プログラム上の問題のみと考えており，実現はそれほど難しくはないと考えている。
拡大カルマンフィルタを用いる手法では，加振力の存在しない時刻で推定加振力偏差が生じる問題では，振動応答の偏差が原因であることが分かったので，振動応答の偏差を無くするための手法を考える。現在は，オフラインではある程度は実現できているが，オンラインで可能なアルゴリズムの改良を検討する。また，拡大カルマンフィルタでは，システム行列を構成する必要があるが，本研究の当初の目的は，実稼働状態の振動応答から離散時間系のシステム行列を同定することである。したがって，理論値の利用は本来の趣旨からは十分では無い。カルマンフィルタのシステム行列を求めるシステムの実現問題について再検討を行う。
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| Causes of Carryover |
物品費での差額が残金として残った。少額のため翌年分の助成金の使用計画と合算し当初の予定通り進める。
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Research Products
(5 results)
