Design of advanced control for underactuated mechanical systems

平成30年度において，平成29年度に引き続き，劣駆動システムについて以下のように研究を行った。2自由度劣駆動システムについて，まず，フライホイール型倒立振子の運動軌跡追従制御に関して，inverse motion手法という制御則を導出し，シミュレーションによりその有効性を検証し，従来の手法に比べ，本手法のロバスト性が非常に優れていることが分かった。また，シミュレーションにおいて，制御対象の各種パラメータがそれぞれ5%および10%変動させても，本手法の制御性能はほとんど変わらないことがわかった。それから，その研究成果をさらに車輪型倒立振子などの2自由度劣駆動システム制御に拡張することを試み，この手法が計測ノイズにも強いことがわかった。3リンクを持つ劣駆動システムについて，全運動空間における運動軌道の設計法について共同で新たに提案した。この手法を用いることにより，従来の安定化制御問題を追従制御に変換し，3自由度劣駆動鉄棒ロボットの運動制御が容易に実現できるだけでなく，システムの動特性も簡単に解析できるという特徴を持っている。特有構造を持つ劣駆動システムとして，TORAシステムが宇宙空間で広く用いられる。この種のシステムの安定化問題は非常に難しく，従来から機械制御分野の難問としてクローズアップされてきている。本研究は座標変換手法を導入して新しい安定化制御則を打ち出した。その手法の有用性を，さらにバネにより結合される2リンクマニピュレーターに拡張し，非常に優れた結果を得た。研究を行っているうちに，劣駆動システムの有限時間安定化の可能性を発見した。これにより劣駆動システムの動特性を大幅に向上させる可能性が出てきた。ディスカッションを重ねた結果，有限時間安定化のシステム構成がきまり，制御則の導出ができた。

平成30年度において，平成29年度に引き続き，劣駆動システムについて以下のように研究を行った。2自由度劣駆動システムについて，まず，フライホイール型倒立振子の運動軌跡追従制御に関して，inverse motion手法という制御則を導出し，シミュレーションによりその有効性を検証し，従来の手法に比べ，本手法のロバスト性が非常に優れていることが分かった。また，シミュレーションにおいて，制御対象の各種パラメータがそれぞれ5%および10%変動させても，本手法の制御性能はほとんど変わらないことがわかった。それから，その研究成果をさらに車輪型倒立振子などの2自由度劣駆動システム制御に拡張することを試み，この手法が計測ノイズにも強いことがわかった。3リンクを持つ劣駆動システムについて，全運動空間における運動軌道の設計法について共同で新たに提案した。この手法を用いることにより，従来の安定化制御問題を追従制御に変換し，3自由度劣駆動鉄棒ロボットの運動制御が容易に実現できるだけでなく，システムの動特性も簡単に解析できるという特徴を持っている。特有構造を持つ劣駆動システムとして，TORAシステムが宇宙空間で広く用いられる。この種のシステムの安定化問題は非常に難しく，従来から機械制御分野の難問としてクローズアップされてきている。本研究は座標変換手法を導入して新しい安定化制御則を打ち出した。その手法の有用性を，さらにバネにより結合される2リンクマニピュレーターに拡張し，非常に優れた結果を得た。研究を行っているうちに，劣駆動システムの有限時間安定化の可能性を発見した。これにより劣駆動システムの動特性を大幅に向上させる可能性が出てきた。ディスカッションを重ねた結果，有限時間安定化のシステム構成がきまり，制御則の導出ができた。