階層構造を有する補償機構による拘束システムの実効的制御に関する研究

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現実の制御系は,アクチュエータの飽和要素,制御対象の保護のための制限など,多くの拘束条件を有する拘束システムである.このような拘束条件の存在を無視して設計された制御系は,制御性能の著しい劣化,不安定化,また最悪の場合,機器の破損を招く事態に陥る.本研究では,複数の補償器を切り換えながら適用するスイッチング制御系,制御系への目標値参照入力の整形機構であるリファレンスガバナの実現といった,拘束システムに対する具体的な制御系設計法を提案した.また拘束システムに対しては,えられた制御系の性能解析に関しても,十分な手法が確立されているとはいえない.このような観点から,消散性の概念にもとづいた,拘束システムの入出力ゲインの解析法を提案した.本研究の特徴として,制御系設計においては,安定性などの基本的な要求を通常のフィードバック補償器が達成し,拘束条件が引き起こす悪影響の抑制を,スイッチング機構,リファレンスガバナといった,上位の補償機構が達成する,階層構造が挙げられる.また入出力ゲインの解析は,制御系の記述として,区分的線形システム表現を積極的に活用し,さらに消散性の概念を適用する際,蓄積関数のクラスを区分的に二次なものにまで拡張したことにより可能となっている.さらにこれら理論的研究成果の有効性を,実システムヘの適用により,検証した,制御対象として,DCモータにより構成される位置決め制御系,およびモデルヘリコプタを利用した姿勢制御系を構築した.いずれの制御対象も,制御入力にくわえ,動作状態に依存した拘束条件を有し,通常のフィードバック制御では,十分な制御性能を達成することが困難である.これら制御対象に,提案手法によるりファレンスガバナを実装し,拘束条件下での高速・高精度な制御性能が確認された.しかしながらその一方,制御対象の質量などを故意に変動させた場合,リファレンスガバナを併合した制御系においても,拘束条件の達成が困難であることが,併せて明らかとなった.今後の理論的研究の課題としては,モデルの不確かさを陽に考慮した,拘束システムに対する制御手法のロバスト化が挙げられる.