Design of advanced control for underactuated mechanical systems

欠驱动机械系统先进控制设计

• 批准号: 17F17791
• 负责人: しゃ 錦華
• 金额: $ 0.7万
• 依托单位: Tokyo University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-11-10 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17F17791/
• 关键词: 劣駆動システム; inverse motion; 運動軌道計画; 有限時間安定化; フライホイール型倒立振子; 車輪型倒立振子; 鉄棒ロボット; TORAシステム; 3リンク鉄棒ロボット; inverted trajectory; 軌道追従

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。

In 2009, the company was founded in 1999. 2 degrees of freedom inferior motion system, the control of the motion trajectory of the inverted oscillator, inverse motion method and the control principle are derived, the effectiveness of the system is demonstrated, and the performance of the system is very excellent compared with the control method. In addition, the control system of the invention can be changed from 5% to 10% in the case of various types of objects, and the control performance of the invention can be changed from 5% to 10% in the case of objects. The results of this research are as follows: 1. The wheel-type inverted oscillator has two degrees of freedom, and the system has two degrees of freedom. 2. The system has two degrees of freedom, and the system has two degrees of freedom. 3. The design method of motion orbit in the whole motion space This method is used to solve the problem of stabilization and control, to solve the problem of tracking and control, to solve the problem of motion control of three-degree-of-freedom inferior iron rod, and to solve the problem of simplified analysis of dynamic characteristics of system. Special structures are used in outer space. The stability of these systems is very difficult, and it is difficult to solve the problem of mechanical separation. In this study, coordinate transformation methods were introduced and new stabilization rules were developed. The utility of the method is very good. The possibility of finite-time stabilization of the dynamic system was discovered. The dynamic characteristics of the system are greatly improved. As a result, the finite time stability of the system structure is reduced, and the control principle is derived.

项目成果

Linyi University/Universities of Shandong(中国)

临沂大学/山东大学（中国）

Dynamic Properties Analysis and Motion Planning for Underactuated Wheeled Acrobot

• DOI: 10.1109/isie.2018.8433799
• 发表时间: 2018-06
• 期刊: 2018 IEEE 27th International Symposium on Industrial Electronics (ISIE)
• 作者: A. Zhang;Jinhua She;Jianlong Qiu;Chengdong Yang;Xinghui Zhang;Guochen Pang

Linyi University/Hunan Univ. Science & Technology(中国)

临沂大学/湖南科技大学（中国）

Design of motion trajectory and tracking control for underactuated cart-pendulum system

欠驱动小车摆系统运动轨迹及跟踪控制设计

• DOI: 10.1002/rnc.4502
• 发表时间: 2019
• 期刊: International Journal of Robust and Nonlinear Control
• 影响因子: 3.9
• 作者: Ancai Zhang;Jinhua She;Jianlong Qiu;Chengdong Yang;Fawaz Alsaadi
• 通讯作者: Fawaz Alsaadi

Stabilizing control of underactuated inertia wheeled pendulum using coordinate transformation and Lyapunov function method

坐标变换和Lyapunov函数法欠驱动惯性轮摆的稳定控制

• 发表时间: 2018
• 作者: Ancai Zhang;Jinhua She;Jianlong Qiu;Xinghui Zhang;and Guochen Pang
• 通讯作者: and Guochen Pang