曲線軌道における液体搬送タンクの2軸回転系によるアクティブ制振制御

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1. スロッシング(液面振動)モデルの構築(1) 制御系設計用モデル(機械力学的等価モデル)曲線軌道搬送において,円筒型容器内のスロッシング現象を表す非線形の球面振子型モデルを構築した後,そのモデルを観測点において線形化した双対振子型モデルを構築した.2次元矩形タンクが回転した場合の液面挙動を単振子型モデルによって表現した.(2) シミュレーション用モデル(流体力学的厳密モデル)直線軌道搬送において,2次元矩形型タンクおよび3次元直方体型タンクを対象に,そのタンク内液体のスロッシング現象を連続の式を支配方程式とし,圧力方程式を境界条件として境界要素法(BEM)を用いて液面の時間応答を解くシミュレータを構築した.2次元矩形タンクが回転する場合の液面挙動をナビエ・ストークスの方程式を差分化して解くシミュレータを構築した.2. 制御系設計および制御結果(1) 搬送制御系:曲線軌道における円筒型液体タンクの搬送制御を液面振動抑制を考慮して設計した,制御系設計には双対振子型モデルを用い,タンク位置に関してはサーボ系,液面に関してはレギュレータ系としたフィードバック部と,液面振動を抑制するためにPreshaping法により導出したフィードフォワード入力部から成る2自由度制御系を構築した.制御ゲインは,液面振動振幅の絶対値を加算した評価指数を最小となるようにシンプレックス法を用いて決定した.制御シミュレーションおよび実験において良好な搬送結果を得た.(2) 回転制御系:直線軌道における直方体型タンクの搬送制御を進行方向にタンクを回転させることによりスロッシングを積極的に制振させることができた.制御系には搬送制御系と同様な2自由度制御系およびH∞制御理論を適用した.