逆問題を応用したH_∞サーボ系設定法の開発と磁気浮上制御への応用に関する研究

本研究課題は,平成5-6年度の科研(一般C)の研究課題「逆問題を応用したロバスト制御系設計法の開発と磁気浮上制御への応用に関する研究」の延長上にあり,その先行研究で明らかになった「浮上体の柔軟性に起因する高次振動モードの発生」とその原因である「浮上体モデルの非構造的な不確かさ」への対策を立てるのが主目的である。具体的には,柔軟構造体の制振制御に有効とされるH_∞制御理論をY字型鉄片の磁気浮上制御に応用し,柔軟浮上体に対する浮上制御技術を確立した.特に,モデルの非構造的な不確かさの同定と,それに関連する周波数重みの選定法を明らかにした.まず,浮上体モデルの不確かさの同定には,可同定性を満足する2つの異なる補償器を安定化した閉ループ系の出力信号解析より制御対象の開ループ特性を求める「閉ループ同定法」を用いた.この様な補償器の設計には,簡単なパラメータ調整のみで安定化補償器が設計できるILQ設計法が,同定作業を簡単化する上で非常に有効であった.これをもとにH_∞混合感度設計の2つの周波数重みを選定した.まず,不確かさを考慮する相補感度関数の重みについては,システム同定の一般的特徴にもとづき周波数帯を低域,中域,高域に分け,各領域に応じて適切な形を定めた.もう一方の感度関数の重みについては,ILQ制御を用いた場合の感度関数を参考にした.磁気浮上サーボ系に通常の1自由度H_∞制御系を用いると,ロバスト安定性の要請より必然的に制御系の帯域幅が広くなりすぎ不安定性が生じた.これを回避するため,目標値追従特性がロバスト安定性とは独立に指定できる2自由度制御系の構成でサーボ系を設計した.その結果,目標値の大きな変更にも対応でき,スピルオーバも抑制できる実用的なサーボ系が設計できた.なお,本研究のもう一つの目的である「逆問題を応用したH_∞サーボ系設計法の開発」については,今年度内にその具体的な成果を出すまでには至らなかった。

本研究課題は,平成5-6年度の科研(一般C)の研究課題「逆問題を応用したロバスト制御系設計法の開発と磁気浮上制御への応用に関する研究」の延長上にあり,その先行研究で明らかになった「浮上体の柔軟性に起因する高次振動モードの発生」とその原因である「浮上体モデルの非構造的な不確かさ」への対策を立てるのが主目的である。具体的には,柔軟構造体の制振制御に有効とされるH_∞制御理論をY字型鉄片の磁気浮上制御に応用し,柔軟浮上体に対する浮上制御技術を確立した.特に,モデルの非構造的な不確かさの同定と,それに関連する周波数重みの選定法を明らかにした.まず,浮上体モデルの不確かさの同定には,可同定性を満足する2つの異なる補償器を安定化した閉ループ系の出力信号解析より制御対象の開ループ特性を求める「閉ループ同定法」を用いた.この様な補償器の設計には,簡単なパラメータ調整のみで安定化補償器が設計できるILQ設計法が,同定作業を簡単化する上で非常に有効であった.これをもとにH_∞混合感度設計の2つの周波数重みを選定した.まず,不確かさを考慮する相補感度関数の重みについては,システム同定の一般的特徴にもとづき周波数帯を低域,中域,高域に分け,各領域に応じて適切な形を定めた.もう一方の感度関数の重みについては,ILQ制御を用いた場合の感度関数を参考にした.磁気浮上サーボ系に通常の1自由度H_∞制御系を用いると,ロバスト安定性の要請より必然的に制御系の帯域幅が広くなりすぎ不安定性が生じた.これを回避するため,目標値追従特性がロバスト安定性とは独立に指定できる2自由度制御系の構成でサーボ系を設計した.その結果,目標値の大きな変更にも対応でき,スピルオーバも抑制できる実用的なサーボ系が設計できた.なお,本研究のもう一つの目的である「逆問題を応用したH_∞サーボ系設計法の開発」については,今年度内にその具体的な成果を出すまでには至らなかった。