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。

通常被视为运动控制对象的双积分系统在用零阶保持离散化时会产生不稳定的零点。然而，申请人最近的研究表明，在PWM(脉冲宽度调制)型输入系统的情况下，可以通过设计用于生成PWM脉冲的方法来稳定不稳定的零点。因此，本研究的目的是建立一种具体的设计方法，以在 PWM 输入系统中基于稳定逆模型实现完美的跟踪控制。我们提出的传统方法通过将 PWM 脉冲的中心固定在采样周期的前端来稳定不稳定的零点，其缺点是可生成的脉冲宽度受到限制，并且无法有效地使用控制输入。。因此，我们提出了一种在双积分系统中脉冲上升时间在采样周期开始时固定而脉冲下降时间可变的方法。在该方法中，前馈控制器是一个时变系统，但它的优点是不受脉冲宽度的任何限制。接下来，在被控对象为四阶系统的高阶系统中，我们考虑了严格线性化模型的输入和输出如何取以及离散零点的稳定性，并阐明了离散零点的情况点稳定。为了验证该方法的有效性，我们将其应用于激光加工机核心的检流扫描仪的高速、高精度角度控制，并通过仿真评估控制性能。结果证实，与零相位差跟踪控制（ZPETC）等现有方法相比，目标值跟踪性能得到了改善。上述部分成果已发表在该领域国际知名学术期刊上。未来我们会通过实机实验来验证它的实用性。