柔軟構造系上に搭載された柔軟マニピュレータの運動と振動の同時適応制御(姿勢変動に対するフィードバック補償器のロバストゲインスケジュール)

安装在柔性结构系统上的柔性机械臂的运动和振动的同步自适应控制（针对姿态波动的反馈补偿器的鲁棒增益方案）

基本信息

批准号：
08750262
负责人：
西村秀和
金额：
$ 0.64万
依托单位：
Chiba 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：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

当該研究では,柔軟構造系上に腰回り方向に自由度を有し,回転自由な振子が取り付けられたマニピュレータを搭載したタワークレーン形状の実験モデルを制御対象とし,マニピュレータの腰回り方向のテンドン制御により,柔軟マニピュレータの位置決め制御を行うと同時に柔軟構造系に生じる並進振動と振子の振れの制御を行った.特にマニピュレータの姿勢変動および振子長さ変動に適応したフィードバック補償器の最適なゲインスケジュールを設計しロバスト制御性能を向上させることを目的とし,まず,非線形性を考慮した厳密なモデリングを行った.柔軟構造系の振動特性は有限要素モデルを用いて解析し,運動方程式を導出し,この数学モデルに対して,制御系設計のためのモデルの線形化および低次元化を施した.さらにマニピュレータの姿勢変動および振子長さ変動に適応したゲインスケジュールの最適設計を線形行列不等式に基づくH_∞制御により行い,モデルの非線形性を考慮した数値シミュレーションによって本制御手法の妥当性を確認するとともに,モータの制御トルクが制御実験に用いるACサーボモータに対して妥当な数値となっていることを確認した.つぎに,実験モデルの設計・製作を行い,製作された実験モデルを実験モード解析することによりモデリングの妥当性を検証した.制御実験ではDSP(Digital Signal Processor)内に数値計算によって設計されたゲインスケジュール制御器を実装し,まず,固定制御器で柔軟構造系の振動制御と柔軟マニピュレータの位置決め制御,振子の振れ止め制御が同時に行われることを確認し,さらに振子長さ変動に対するゲインスケジュール制御器による有効性およびロバスト性を検証した.今後は,マニピュレータに腰回り方向の回転自由度を与え,さらに,マニピュレータの多リンク化を行い,3次元空間でのゲインスケジュール位置決め・振動の同時制御および2自由度制御系設計を行う予定である.

在本研究中，我们使用了塔式起重机的实验模型，该塔式起重机配备有腰部方向具有自由度的机械手和附有可旋转摆的柔性结构系统，并对腰部机械手进行了腱控制从而控制柔性机械手的定位，同时控制柔性结构系统中产生的平动振动和摆。我们的目的是通过设计适应机械臂姿态波动和摆长波动的反馈补偿器的最佳增益方案来提高鲁棒控制性能，并利用有限元模型分析了柔性结构系统的振动特性，并建立了运动方程。我们推导了该公式，并对控制系统设计的数学模型进行了线性化和降维。此外，我们对适应机械臂姿态变化和摆长变化的增益方案进行了线性化优化设计，主要控制采用H_∞控制。基于矩阵不等式，以及考虑模型非线性的数值模拟。我们验证了所提出方法的有效性，并确认了电机控制扭矩对于控制实验中使用的交流伺服电机来说是一个合理的值。接下来，我们设计并制作了实验模型，并验证了建模的有效性。通过对实验模型进行实验模式分析进行验证。在控制实验中，DSP（Digital信号首先，我们在固定控制器中实现了通过数值计算设计的增益调度控制器，并确认了柔性结构系统的振动控制、柔性机械手的定位控制和摆锤的稳停控制与固定控制器同时进行。固定控制器，此外，摆长度变化的增益比例。我们验证了控制器的有效性和鲁棒性。未来我们将赋予机械手绕腰方向的旋转自由度，使机械手实现多联动，实现三轴同步增益调度定位和振动。我们计划进行控制和二自由度控制系统设计。