バイアスモーメンタム方式の制振構造を持つ多自由度懸垂物体のダイナミクス特性の解明

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ロープやワイヤーで懸垂された吊り荷を扱う機械システムでは制振が要求される場合が多く，様々な手法が研究されている．しかしねじれ振動と揺れ振動が同時に生じる多自由度懸垂物体の制振に関する研究は僅少である．本研究ではモーメンタムホイールでバイアス角運動量を付加し，そのジャイロ効果を利用してより少ない制御入力でねじれ振動と揺れ振動を同時に減衰させる，バイアスモーメンタム方式に基づく制振手法を提案する．本手法は装置の小型化・簡易化・耐故障性向上の面で優れ，成層圏気球や小型飛翔体吊り荷の高効率・高精度な制振を可能とする．本研究では二通りのアクチュエータ構成を想定し，ダイナミクスの定式化と制御系設計を行い，本手法で多自由度懸垂物体の制振が可能であることを実証する．また懸垂物体パラメータと制振装置仕様が制振性能へ及ぼす影響を分析し，搭載機器の小型・軽量化のための最適設計条件を解明すること目指す．令和４年度は主として①運動モデル・制御則の改良および線形近似モデルの導出，②数値解析による制振機能の確認と制御パラメータが制振性能に及ぼす影響の分析，③実験装置の改修と動作確認，の点について研究を進めた．改良した運動モデルによって，物体の角速度の値をフィードバックする制御則を新たに構築できた．また線形近似による簡易な運動モデルを導出し，シミュレーションで厳密な運動モデルとそれほど差がないことを確認した．条件を変えながら制振のシミュレーションを行い比較・分析した結果，最適な制御ゲインの選択により理想的な制振効果が得られることが確認された．制振実験にむけて実験装置を制作して動作確認を行い，基本的な機能が達成できることを確認した．以上の成果について国外１件の学会にて研究成果発表を行った．