摩擦オブザーバを用いた空気圧サーボ系の制御

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空気圧サーボ系は、万一衝撃が加わった場合でも空気の圧縮性により緩和・吸収できる能力を備えていることから、安全性が要求される医療・福祉用機器などに応用されている。しかし、その特性のため、摺動部に生じる摩擦の影響を受けやすく、一般に高精度な制御を実現するためには何らかの対策を必要とする。近年・製造形態の多様な変化により、空気圧サーボ系の一層の機能の高度化に対する期待が高まっている。しかし、機能や精度の向上を追求すれば、それに伴ってセンサ数が増してコストが上昇し、低コストが特徴である空気圧の優位性が薄れることになる。一方、空気圧サーボ系の高性能化において障害となる摩擦は、潤滑剤の状態や温度などによって多様に変化し、的確に補償することは容易ではない。そこで、本研究では、位置決めのための空気圧サーボ系にオンラインで摩擦を推定するための非線形オブザーバを導入し、摩擦の影響を低減化することにより制御性能の向上を図った。本年度は、圧力制御系を内部ループとする位置制御系を設計し、これに昨年度設計を行った摩擦オブザーバを付加することにより制御系を構成した。この位置制御系の性能を実験により検証した結果、定常偏差±0.1mm程度の空気圧サーボ系としては満足できる精度が実現できた。また、加速度センサ、速度センサを使わず低コストで制御系を構成した場合でも、摩擦オブザーバと速度オブザーバの併用により制御性能を維持できることを確認した。