Perfect Tracking Control by PWM-Type Input

通过 PWM 型输入实现完美跟踪控制

基本信息

批准号：
19K04438
负责人：
平田光男
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Utsunomiya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

モーションコントロールの制御対象として取り扱うことの多い二重積分系は，零次ホールド離散化すると不安定零点を生ずる。しかし，申請者らの最近の研究により， PWM（Pulse width modulation）型入力系の場合，PWMパルスの生成方法を工夫すると，その不安定零点を安定化できることがわかった。そこで本研究では，PWM型入力系において安定な逆モデルに基づく完全追従制御を達成するための具体的な設計法を確立することを目的とする。我々が提案した，PWMパルスの中心をサンプリング周期の前方に固定することで不安定零点を安定化する従来法は，生成できるパルス幅が制約され，制御入力が有効に活用できないという欠点があった。そこで，二重積分系において，パルスの立ち上がり時刻をサンプリング周期の始めに固定し，パルス立ち下がり時刻を可変とする方法を提案した。この方法では，フィードフォワード制御器が時変系となるが，パルス幅の制約を一切受けないという利点がある。次に，制御対象が４次の高次系において，入出力の取り方と厳密線形化モデルの離散化零点の安定性について考察し，離散化零点が安定となる場合を明らかにした。提案法の有効性を検証するため，提案法をレーザ加工機の心臓部で用いられるガルバノスキャナの高速・高精度な角度制御に適用し，シミュレーションで制御性能を評価した。その結果，零位相差追従制御（ZPETC）などの既存の方法に比べて，目標値追従性能が向上することを確認した。上記成果の一部は，この分野で国際的に著名な学術誌にすでに掲載されている。今後は，実機実験を通してその有用性を検証する。

双积分系统通常作为用于运动控制的受控对象处理的双积分系统，当离散零级时会产生不稳定的零。但是，申请人最近的研究表明，在PWM（脉冲宽度调制）输入系统的情况下，可以通过设计生成PWM脉冲的方法来稳定不稳定的零。因此，本研究旨在建立一种特定的设计方法，以基于PWM输入系统中稳定的反向模型来实现完美的跟踪控制。通过在采样周期之前固定PWM脉冲的中心来稳定不稳定零的常规方法的缺点，即可以生成的脉冲宽度受到限制，并且无法有效利用控制输入。因此，在双积分系统中，我们提出了一种方法，其中脉冲的上升时间在采样周期开始时固定，并且脉冲的下降时间是可变的。该方法的优点是，前馈控制器是时间变化的，但对脉冲宽度没有任何约束。接下来，在四阶高阶系统中，我们检查了在确切的线性化模型中输入/输出的方法和离散零的稳定性，并阐明了离散化零是稳定的情况。为了验证所提出的方法的有效性，将所提出的方法应用于激光机中心使用的Galvano扫描仪的高速，高精度角度控制，并通过模拟评估了控制性能。结果，与现有方法（例如零相差跟踪控制（ZPETC））相比，确认目标值跟踪性能得到了提高。以上一些结果已经在该领域的国际知名学术期刊上发表。将来，我们将通过实际的机器实验来验证其有用性。