一般産業用油圧サーボ系へのロバスト制御理論応用に関する研究

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コンプライアンス制御は,力センサにより検出された作業対象物と接触する際に発生する発生力を,物理的関係を用いて変位に変換し,入力に加えることでシステムを柔軟に制御する手法である.コンプライアンス制御には作業対象物の状態をマス,バネ,ダンパ系として扱い,それをラプラス変換することで得られる伝達関数を使用して発生力を変位に変換するインピーダンス制御がある.本研究では前年度までに,電気・油圧サーボ機構を一般産業用油圧機器,特に油圧式バックホーへ応用するにあたり,インピーダンス制御の剛性の変調に加速率到達則を適用したスライディングモード制御則を用いたスライディングモード変調法(SMC変調法)を適用することで,シリンダ駆動力の安定性向上を実現した.本年度は,インピーダンスモデルから求めることのできる仮想速度,仮想加速度を導入することで更なる性能の向上を試みるとともに,一般産業用油圧機器へのロバスト制御理論への応用に対する総合的な評価を行った.以下に本研究で得られた結果を要約して述べる.(1)インピーダンス制御は好ましいパラメータ設定をすれば目標値応答特性は向上するが,適切な慣性質量,粘性摩擦係数,剛性の3つの自由設計パラメータを設定する必要性があるため,目標とする応答性能を得るためにはパラメータ設定が困難であり,比較的扱いにくい制御系であるといえる.また,微小変動を伴う作業においては微小な位置目標に追従できず適応は困難であった.(2)インピーダンス制御においてインピーダンスモデルから求められる仮想速度,仮想加速度をフィードバックした速度・加速度併用型インピーダンス制御の適用は,単一なインピーダンス制御に比べ優れた位置/力制御が可能となることを明らかにした.(3)さらに速度,加速度状態フィードバックを用いたSMC変調法の適用は,対象物との接触作業,微小変動を伴う作業の両方において単一のSMC変調法に比べ優れた位置/力応答を示し,一般産業用油圧機器へのロバスト制御手法として有効であることを明らかにした.