Design of an Optical Servosystem using a Simultaneous Optimization of Structure and Control System

采用结构和控制系统同步优化的光学伺服系统设计

基本信息

  • 批准号:
    03452139
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 3.2万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)
  • 财政年份:
    1991
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    1991 至 1992
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This study proposes a new design concept that takes into consideration the construction of a mechanism that consists of a structural system and a control system. Firstly, a method for structural dynamic optimization is proposed using sensitivity analysis of resonance and anti-resonance frequencies. The sensitivity of the anti-resonance frequency is newly defined. An approach for eliminating the resonance peak from the frequency response function (FRF) is proposed using this sensitivity, modifying both the frequencies of this resonance and the neighboring anti-resonance bottom to the same value. Optimum design of an optical actuator for a compact disk player is performed practically by eliminating resonance peaks which deteriorates its servo control function. The player, with this optimized actuator, shows an excellent performance of sound playback. Next, an approach is presented for simultaneous optimum design of structure and control system. The design variables of both structure and control parameters are optimized simultaneously by the sensitivity analysis in order to minimize the response dur to disturbances of both white noise and colored noise under the constraining condition that the system is stable against high order natural modes. Three kinds of model are adopted in this approach, namely the original spatial model by FEM, the reduced modal model for designing control system and the original modal model for assuring stability of the system. Validity and usefulness of the presented approach are verified by an experiment of vibration control with a steel plate.
本研究提出了一种新的设计理念,考虑了由结构系统和控制系统组成的机构的构建。首先,提出了一种利用共振和反共振频率的灵敏度分析进行结构动态优化的方法。新定义了反谐振频率的灵敏度。提出了一种利用这种灵敏度从频率响应函数(FRF)中消除谐振峰值的方法,将该谐振和相邻反谐振底部的频率修改为相同的值。用于光盘播放器的光学致动器的优化设计实际上是通过消除劣化其伺服控制功能的共振峰值来进行的。具有优化执行器的播放器表现出出色的声音播放性能。接下来,提出了结构和控制系统同时优化设计的方法。通过灵敏度分析同时优化结构和控制参数的设计变量,以在系统对高阶自然模态稳定的约束条件下,最小化对白噪声和有色噪声干扰的响应。该方法采用三种模型,即有限元法的原始空间模型、用于设计控制系统的简化模态模型和用于保证系统稳定性的原始模态模型。通过钢板振动控制实验验证了该方法的有效性和实用性。

项目成果

期刊论文数量(39)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
梶原 逸朗: "特性行列同定法に基づく最適制御系の設計法" 日本機械学会論文集.
梶原逸郎:《基于特征矩阵辨识法的最优控制系统设计方法》日本机械工程学会论文集。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
梶原 逸朗: "感度解析による構造系と制御系の最適設計" 土木学会,システム最適化に関するシンポジウム講演論文集. 2. 45-52 (1991)
Ituro Kajiwara:“使用灵敏度分析进行结构和控制系统的优化设计”日本土木工程师学会,系统优化研讨会论文集 2. 45-52 (1991)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Kajiwara, I., Nagamatsu, A., Inagaki, T., and Okuma, M.: "Modelling and Optimum Design of the Control System based of the Identification of Spatial Matrices" Trans. JSME. Vol. 58, No. 549(C). 1385-1391 (1992)
Kajiwara, I.、Nagamatsu, A.、Inagaki, T. 和 Okuma, M.:“基于空间矩阵辨识的控制系统建模与优化设计”Trans。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Kajiwara,I.: "Optimum Design of Optical Pick-Up by Elimination of Resonance Peaks." Trans.of the ASME,.
Kajiwara,I.:“通过消除共振峰来优化光学拾取器设计。”
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
梶原 逸朗: "有限要素法を用いた大自由度構造系の自由度縮小によるモデル化と制御系の最適設計" 計測自動制御学会論文集. 28. (1992)
Ituro Kajiwara:“使用有限元方法和控制系统优化设计通过降低大自由度结构系统的自由度进行建模”,仪器与控制工程师学会汇刊 28。(1992 年)。
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  • 发表时间:
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    0
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  • 通讯作者:
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  • 资助金额:
    $ 3.2万
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  • 资助金额:
    $ 3.2万
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    05402034
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    1993
  • 资助金额:
    $ 3.2万
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  • 批准号:
    05555266
  • 财政年份:
    1993
  • 资助金额:
    $ 3.2万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Developmental Scientific Research (B)
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  • 批准号:
    05650233
  • 财政年份:
    1993
  • 资助金额:
    $ 3.2万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
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  • 批准号:
    62420042
  • 财政年份:
    1987
  • 资助金额:
    $ 3.2万
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  • 财政年份:
    1973
  • 资助金额:
    $ 3.2万
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