油圧アームの非線形動力学の特徴を駆使したモデル予測制御高速化

充分利用液压臂非线性动力学特性加速模型预测控制

• 批准号: 21K03934
• 负责人: 酒井 悟
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Shinshu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03934/
• 关键词: 油圧ロボット; モデリング; カシミール関数; 非線形制御; 機械力学・制御; 和圧; ポートハミルトン系

変化の遅い系(例：化学プラント)への実装から変化の速い系(例：剛体アーム)への実装へと高速化が進展するモデル予測制御には，対人・対物安全性保証のため，油圧アームへの実装が期待されている（例えば，米国の著名な油圧ロボットでも，特異摂動を介して，モデル予測制御が実装されている）．本研究の目的は，油圧アームの非線形動力学の特徴を駆使して，非線形圧力ダイナミクスの近似を介さず「厳密に，かつ，高速に，」モデル予測制御の油圧アームへの実装を解決する提案解法の有効性を実験的に明らかとすることである．本年度は，４個の手順①から手順④までから構成される提案解法による高速化（汎用計算機を用いた非線形モデル予測制御器の閉ループ系制御実験）と装置製作（２自由度）を達成した．実装された汎用計算機は非線形圧力ダイナミクスを無視していないにも関わらず，視覚検出器（カメラ）と接続可能であり，かつ，油圧アーム実機は全て市販の構成要素（ピストン，弁，配管など）を有するため，汎用性の点でも（世界的に比較しても）非常に有利と期待される．なお，４個の手順は以下の通りである．手順①：等価変換（圧力より変化の遅い量への座標と入力変換・ハミルトン関数置換），手順②：切り離し（近似を介さず厳密に，制御対象を４次系から３次系に低次元化），手順③：積分器同一視　(近似を介さず厳密に，制御対象を３次系から２次系に低次元化)，手順④：目的関数を含む無次元化(近似を介さず厳密に，制御器の時間と状態を無次元化)．

从安装到快速变化的系统（例如化学植物）到安装到快速变化的系统（例如，刚性臂）的模型预测控制越来越快，预计将在液压臂上实施，以确保人际关系和物体的安全性（例如，通过奇异的敏感性，甚至可以通过singular扰动来实现模型的预测控制，甚至可以实现。这项研究的目的是实验揭示所提出的解决方案的有效性，以“严格，快速”地“严格，迅速地”中的模型预测控制实施，而无需近似非线性压力动力学。今年，我们使用拟议的解决方案（由四个步骤1到4组成，使用通用计算机对闭环系统进行实验（实验性控制）和设备制造（两个自由度）。尽管已实现的通用计算机并不忽略非线性压力动态，但可以将其连接到可视化的动态（摄像头），并且均可将Hydra velors compertors（均可接触到均匀的手段），并且可以毫无疑问地（均可供应量）。等），预计它们在多功能性方面将非常有利（在全球范围内进行了比较）。 The four steps are as follows: Procedure 1: Equivalent transformation (coordinates to amounts that change slower than pressure and input transformation, Hamilton's function replacement), Procedure 2: Separation (strictly reduce the control object from quadratic systems to quadratic systems without interpolation), Procedure 3: Integrator identification (strictly reduce the control object from quadratic systems to quadratic systems without interpolation), Procedure 4:无量纲的转换，包括目标函数（严格将控制对象从二次系统减少到没有插值的二次系统）。

项目成果

On the Geometric Featureless Visual Velocity of UGV in an Agriculture Scale

农业规模无人车的几何无特征视速研究

• DOI: 10.20965/jrm.2021.p1255
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Robotics and Mechatronics
• 影响因子: 1.1
• 作者: Satoru Sakai;Daiki Nakabayashi
• 通讯作者: Daiki Nakabayashi

油圧アームのための同定入力の修正法について

如何修改液压臂识别输入

• 发表时间: 2022
• 作者: 加藤輝雄;新井遼;酒井悟
• 通讯作者: 酒井悟

On the Analysis of Energy Behaviors in Hydraulic Cylinder Dynamics via Modeling of Experimental Excavators

通过实验挖掘机建模分析液压缸动力学能量行为

• 发表时间: 2021
• 作者: Ryo Arai;Teruo Kato;Satoru Sakai
• 通讯作者: Satoru Sakai

On the Uncertainty Analysis via Low Frequency Inputs for Hydraulic Cylinder Dynamics

液压缸动力学低频输入的不确定性分析

• DOI: 10.5739/jfpsij.15.95
• 发表时间: 2022
• 期刊: JFPS International Journal of Fluid Power System
• 作者: Teruo Kato;Satoru Sakai;Ryo Arai
• 通讯作者: Ryo Arai

Analytical, Experimental, and Numerical Investigation of Energy in Hydraulic Cylinder Dynamics of Agriculture Scale Excavators

农业规模挖掘机液压缸动力学能量的分析、实验和数值研究

• DOI: 10.3390/en14196210
• 发表时间: 2021
• 期刊: Energies
• 影响因子: 3.2
• 作者: Arai Ryo;Sakai Satoru;Tatsuoka Akihiro;Zhang Qin
• 通讯作者: Zhang Qin