Trajectory Planning and Control for Underactuated Dual Collaborative Overhead Crane Systems

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クレーン系の制御に対して、以下の研究成果を得ている。1. フレキシブルなロープを有するクレーン系を対象とし、ばね付き柔軟関節を介した剛体リンクによるクレーン系の動力学モデルを構築した。それに基づいて、系全体のエネルギー関数に着目して、構造的に実現が容易な非線形制御法を提案するとともに、ロープの曲がりを効果的に抑制し、負荷の振れがうまく除去できることを示している。2. 速度信号を必要としない2台のクレーン系の飽和出力フィードバック協調的な制御に関する研究を行った。コストを考慮すると、クレーン系は一般的に速度センサーを取り付けず、位置信号を差分処理すれば、ノイズ信号を増幅しやすい。また、既存のほとんどのクレーン制御方法では、アクチュエータのトルク制限が陽に考慮されていない。このため、2台のクレーン系に対して、まず、速度フィードバックを必要とせず、アクチュエータのトルク制限を考慮した飽和出力フィードバック協調的な制御方法を提案した。つぎに、閉ループ系の漸近安定性については、Lyapunov法を用いて厳密に解析した。最後に、大量の実験結果を用いて、その提案法の有効性を示している。３．クレーンの状態が平衡点から遠く離れている場合は非線形動力学モデルを用いて、その状態を有限時間で目標軌道に収束させるスライディングモード制御則に関する研究を行った。与えられた目標軌道を正確に追従し、吊り荷揺れ止めを実現するように制御則を設計した。また、制御則もとでの閉ループ系の安定性解析を行い、追従誤差が有限時間で零に収束することを理論的に証明している。さらに、提案した適応制御の有効性と妥当性をシミュレーションおよび実機実験よって示している。