階層構造を有する補償機構による拘束システムの実効的制御に関する研究

层级结构补偿机制约束系统有效控制研究

• 批准号: 12750404
• 负责人: 平田 研二
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12750404/
• 关键词: 拘束システム; スイッチング制御; リファレンスガバナ; ロバスト制御; 不変集合理論; 離散時間システム; 区分的線形システム; 凸計画問題; 線形計画問題

現実の制御系は,アクチュエータの飽和要素,制御対象の保護のための制限など,多くの拘束条件を有する拘束システムである.このような拘束条件の存在を無視して設計された制御系は,制御性能の著しい劣化,不安定化,また最悪の場合,機器の破損を招く事態に陥る.本研究では,複数の補償器を切り換えながら適用するスイッチング制御系,制御系への目標値参照入力の整形機構であるリファレンスガバナの実現といった,拘束システムに対する具体的な制御系設計法を提案した.また拘束システムに対しては,えられた制御系の性能解析に関しても,十分な手法が確立されているとはいえない.このような観点から,消散性の概念にもとづいた,拘束システムの入出力ゲインの解析法を提案した.本研究の特徴として,制御系設計においては,安定性などの基本的な要求を通常のフィードバック補償器が達成し,拘束条件が引き起こす悪影響の抑制を,スイッチング機構,リファレンスガバナといった,上位の補償機構が達成する,階層構造が挙げられる.また入出力ゲインの解析は,制御系の記述として,区分的線形システム表現を積極的に活用し,さらに消散性の概念を適用する際,蓄積関数のクラスを区分的に二次なものにまで拡張したことにより可能となっている.さらにこれら理論的研究成果の有効性を,実システムヘの適用により,検証した,制御対象として,DCモータにより構成される位置決め制御系,およびモデルヘリコプタを利用した姿勢制御系を構築した.いずれの制御対象も,制御入力にくわえ,動作状態に依存した拘束条件を有し,通常のフィードバック制御では,十分な制御性能を達成することが困難である.これら制御対象に,提案手法によるりファレンスガバナを実装し,拘束条件下での高速・高精度な制御性能が確認された.しかしながらその一方,制御対象の質量などを故意に変動させた場合,リファレンスガバナを併合した制御系においても,拘束条件の達成が困難であることが,併せて明らかとなった.今後の理論的研究の課題としては,モデルの不確かさを陽に考慮した,拘束システムに対する制御手法のロバスト化が挙げられる.

实际的控制系统是具有许多约束条件的约束系统，如执行器饱和元件和保护被控对象的限制等。忽略此类约束条件的存在而设计的控制系统会导致控制性能显着恶化，不稳定，并且性能下降。最坏的情况，设备在这项研究中，我们将开发用于约束系统的具体方法，例如在切换时应用多个补偿器的切换控制系统，以及用于塑造控制系统目标值参考输入的机制的参考调速器。系统设计方法。对于捆绑系统，还不能说已经建立了足够的方法来对所获得的控制系统进行性能分析。从这个角度来看，我们提出了基于耗散概念的约束系统的输入/输出方法。一种增益分析方法。本研究的特点是对控制系统设计有用。其中一个例子是分层结构，其中普通反馈补偿器实现了稳定性等基本要求，而切换机制和参考调节器等更高级别的补偿机制则抑制了约束引起的负面影响。输出增益为，作为控制系统的描述，我们积极利用分段线性系统表示，并且在应用耗散概念时，通过将累加函数类扩展到分段二次函数，这成为可能。此外，这些理论研究成果的有效性已得到证实。通过将它们应用到实际系统中进行验证。通过应用，我们以模型直升机为被控对象，构建了由直流电机和姿态控制系统组成的定位控制系统。两个被控对象除了控制输入外，还具有依赖于运行状态、正常反馈的约束。通过链式控制很难获得足够的控制性能。我们使用所提出的方法针对这些控制目标实现了参考调速器，并确认了在约束条件下的高速和高精度控制性能。然而，另一方面，如果故意改变受控物体的质量，此外，还清楚的是，即使在包含参考调速器的控制系统中，也很难实现约束条件。作为未来理论研究的课题，有必要明确考虑模型不确定性。使约束系统的控制方法更加鲁棒。

项目成果

平田研二,小木曽公尚: "オフライン計算によるリファレンスガバナの一構成法"第43回 自動制御連合講演会. 19-20 (2000)

Kenji Hirata、Kimihisa Ogiso：“使用离线计算配置参考调速器的方法”第 43 届自动控制协会会议（2000 年）。

K.Hirata and M.Fujita: "Measurement feedback switching control for systems with state and control constraints"Proceedings of the 2000 American Control Conference. 3321-3325 (2000)

K.Hirata 和 M.Fujita：“具有状态和控制约束的系统的测量反馈切换控制”2000 年美国控制会议论文集。

森永英二, 平田研二, 太田快人: "区分的二次な蓄積関数を用いた入力拘束を有する制御系の一性能解析手法"2001年度計測自動制御学会関西支部シンポジウム. 156-159 (2001)

Eiji Morinaga、Kenji Hirata、Yoshito Ota：“使用分段二次累积函数的输入约束控制系统的性能分析方法”2001 年仪器与控制工程师学会关西分会研讨会 156-159（2001 年）。

K.Hirata, M.Fujita: "Observer Based Switching Control for Systems with State and Control Constraints"Proceedings of the 2001 American Control Conference. 1892-1897 (2001)

K.Hirata、M.Fujita：“具有状态和控制约束的系统的基于观察者的切换控制”2001 年美国控制会议论文集。

平田研二,小木曽公尚: "拘束条件の達成を考慮したリファレンスガバナの一構成法"第23回 Dynamical System Theory シンポジウム. 25-28 (2000)

Kenji Hirata，Kimihisa Ogiso：“考虑约束条件的实现来配置参考调速器的方法”第 23 届动力系统理论研讨会 25-28 (2000)。