超高精度回転制御系における角度依存性外乱の除去に関する研究

回転系では、回転角度に依存する外乱による回転むらが発生し、回転系の速度制御に当たって、超高精度制御系の実現に際して大きな問題となってきた。本研究では、この種の外乱が回転角度に関して周期性を持つという特徴に注目し、「角度領域」という概念を導入し、この新しい領域で繰返しコントローラを設計することにより、この種の外乱を完全に除去し、超高精度回転制御系を実現することを目的としている。研究は理論と実験の両面から行なった。まず、理論の面において、時間領域から「角度領域」への変換条件を明らかにし、「角度領域」における制御対象の数学モデルを導いた。また、2自由度繰返し制御系の構造を用いて「角度領域」における角度依存性外乱を除去する超高精度回転制御系を構成し、制御系の設計法を提案し、その有効性はシミュレーションにより検証した。次に、実験による検証を行なった。実験装置はDCモータ2台を用いて作成した。その中の1台を負荷用モータとして使い、回転角度に依存する外乱を発生させた。残りの1台は制御用モータとして使い、系が一定な速度で回転するように制御を施した。本実験で使用したDCサーボモータ及びそのドライバは安川電機製ミナーシャモータUGRMEM‐02MAとその駆動用制御装置Servopack CPCR-FR01RB-R2Mであった。実験は従来提案した手法と本研究で提案した手法を比較しながら行なった。実験結果より以下のことが確認できた:従来の時間領域での設計法では回転速度の目標設定値は基準目標設定値からずれると外乱除去効果が劣化してしまう。これに対して、本研究で提案した手法を用いると角度依存性外乱は回転速度の目標設定値と関係なく完全に除去できる。

回転系では、回転角度に依存する外乱による回転むらが発生し、回転系の速度制御に当たって、超高精度制御系の実現に際して大きな問題となってきた。本研究では、この種の外乱が回転角度に関して周期性を持つという特徴に注目し、「角度領域」という概念を導入し、この新しい領域で繰返しコントローラを設計することにより、この種の外乱を完全に除去し、超高精度回転制御系を実現することを目的としている。研究は理論と実験の両面から行なった。まず、理論の面において、時間領域から「角度領域」への変換条件を明らかにし、「角度領域」における制御対象の数学モデルを導いた。また、2自由度繰返し制御系の構造を用いて「角度領域」における角度依存性外乱を除去する超高精度回転制御系を構成し、制御系の設計法を提案し、その有効性はシミュレーションにより検証した。次に、実験による検証を行なった。実験装置はDCモータ2台を用いて作成した。その中の1台を負荷用モータとして使い、回転角度に依存する外乱を発生させた。残りの1台は制御用モータとして使い、系が一定な速度で回転するように制御を施した。本実験で使用したDCサーボモータ及びそのドライバは安川電機製ミナーシャモータUGRMEM‐02MAとその駆動用制御装置Servopack CPCR-FR01RB-R2Mであった。実験は従来提案した手法と本研究で提案した手法を比較しながら行なった。実験結果より以下のことが確認できた:従来の時間領域での設計法では回転速度の目標設定値は基準目標設定値からずれると外乱除去効果が劣化してしまう。これに対して、本研究で提案した手法を用いると角度依存性外乱は回転速度の目標設定値と関係なく完全に除去できる。