Jerk最小化軌道と適応型摩擦補償によるテーブル駆動装置の高速・高精度位置決め

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複数の機構振動が問題となるボールねじ駆動テーブル装置を対象に,高速・高精度位置決めを実現するJerk最小軌道法による位置指令生成を行った。そこでは,平成17年度の研究成果である制御対象に対する高精度線形モデルを基に既約分解表現に基づく2自由度制御系を適用すると共に,非線形摩擦に対する外乱オブザーバを併用した位置決め制御系を構成した。本研究で提案するJerk最小軌道法は,最適制御理論に基づく位置指令生成法であり,評価関数を工夫することで位置指令を構成する全周波数成分の中から任意の周波数成分を除去し,かつ加速度の微分値である加加速度を最小とする目標軌道を生成できる。そこで,位置決め精度に影響を与えるものの,フィードフォワード補償器による制振制御ではフィルタ遅れに伴う応答遅れが顕著となる低周波数の機構振動を対象に,その周波数成分に対する最小化条件を付加したJerk最小軌道法を用いて制振位置指令の生成を行った。得られた目標軌道は,設定した移動時間で目標位置に到達する位置指令の中で,抑制対象とする機構振動に対応した周波数成分を排除しつつ加加速度を最小とする位置指令であった。本手法の有効性を検証するため,供試ボールねじ駆動テーブル装置を用いた実験を実施した。産業界でよく用いられる台形波加速度指令に基づく位置指令と比較した結果,提案手法は機構振動を十分に抑制でき,高速かつ高精度な位置決め制御を実現できることを明らかにした。