台車型倒立振子の特性値再測定を要しないカスケード型LADRCの安定解析とその応用

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本研究では，制御対象を台車型倒立振子，制御器をカスケード型LADRCとし，この制御系に対する安定解析および制御系の安定性を理論的に保証する，カスケード型LADRCパラメータの調整方針を明らかにすることを目的としている．ここで，当初の研究計画では，制御入力を台車の水平方向にかかる外力としていたが，これを車載モータへの駆動電圧に変更した．この変更は台車型倒立振子の仕様により配慮できるようにしたためである．なお，制御出力は台車の変位と振り子の角度であり，振り子の角度を直立させつつ，台車を任意の目標位置へ移動させることの制御目標は，当初の研究計画と同じであり，本質は不変である．従来のPD制御とは異なり，本研究で用いるカスケード型LADRCは，制御対象の特性値再測定なしに設計でき，極めて優れた頑健性を有することから，種々の制御対象に対して広く応用でき，より広い学術，科学技術あるいは社会などへの波及効果が期待できる．上記を踏まえ，令和３年度計画のうち，前年度時点で未達であった，連続時間系における，①速応性と制御入力の関係，②安定/不安定領域の可視化については，車載モータの駆動電圧が定格電圧以内とする不等式制約条件を満足する，振り子の角度の絶対値に重み時間を付けた時間積分値とする評価指標が最小となるカスケード型LADRCパラメータの組を一意に導出することで達成できた．本研究成果の一部を，計測自動制御学会年次大会(SICE2023)へ論文投稿を終え，採択された場合には成果発表の予定である．令和４年度計画はこれの離散時間系に対する安定解析であり，連続時間系における安定解析手法と同様に達成できるものと思われるが，現時点で理論解析中であるため，未達の状況にある．令和５年度計画である，実機実験による本提案手法の有効性の確認と合わせて，令和５年度中の完遂を目指して日々研究に精進する．