テンドンによる柔構造システムの位置決め最適制御

利用筋腱的柔性结构系统的优化定位控制

基本信息

批准号：
63550195
负责人：
吉田和夫
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1988
资助国家：
日本
起止时间：
1988 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、柔構造システムの位置決めおよび振動制御のための機構として、テンドン機構の採用を提案し、その有効性について検討を行った。具体的には、制御対象として1リンク弾性回転アームを取り上げ、これに小さいモーメントスティックを装着し、これとモータ軸に結合された駆動スティックを張り線で結び付けたテンドン機構を考案し、その位置決めおよび振動制御問題を考察した。モデリングにおいては、弾性回転アームをはりモデルで置き換え、張り線すなわちテンドン駆動モータの動特性とテンドンの弾性を考慮した上で制御系全体の線形な数学モデルを導出した。そして、最適制御のための評価関数として、位置決め位置からの二乗誤差をはり全体にわたって積分した量と制約条件としての最大応力点での応力、モータの電流、操作電圧それぞれの二乗値の重み付き和を採用した。制御系の設計は、著者が既に提案しているスピルオーバを考慮する最適化手法を適用した。以上の制御系設計の方法を基に、まず制御特性について計算機シミュレーションを行った。その結果、従来のようなアームの端点に取り付けられたモータによって直接駆動する方式に比較して、テンドン機構を用いた本制御手法は位置決めの過渡状態においてアームのたわみを極めて小さく抑えることができることが示された。さらに、モーメントスティックの装着場所によって制御性能に大きな差が生じることを示し、その最適位置についても考察を行った。さらに、本手法の有効性を実験的に調べるために実験模型を製作して、制御実験を行った。検出量をはりのひずみ、モータの回転角度、その角速度、その電流、アームの回転角度とし、6msのサンプリング周期による90度回転のディジタル最適位置決めの制御実験を行い、本手法の有効性を実験的にも明らかにした。

在这项研究中，我们提出采用腱机构作为柔性结构系统的定位和振动控制机构，并检验了其有效性。具体来说，我们以单连杆弹性旋转臂为控制目标，在其上安装一个小力矩杆，并设计了一种腱机构，其中该机构与连接到电机轴的驱动杆通过张力线连接，以确定其考虑了位置和振动控制问题。建模中，将弹性旋转臂替换为梁模型，并考虑张力线即腱驱动电机的动态特性以及弹力，推导了整个控制系统的线性数学模型。的肌腱。然后，作为最优控制的评价函数，在整个梁上对距定位位置的平方误差进行积分，并以最大应力点处的应力平方值、电机电流和工作电压的加权和作为约束条件被采纳。对于控制系统的设计，我们采用了作者已经提出的考虑溢出的优化方法。基于上述控制系统设计方法，我们首先对控制特性进行计算机模拟。因此，与通过连接到手臂端点的电机直接驱动手臂的传统方法相比，这种使用腱机构的控制方法能够在定位瞬态期间将手臂偏转保持在极小的水平。显示。此外，我们还发现，根据力矩杆的安装位置，控制性能存在很大差异，并且我们还考虑了最佳位置。此外，为了通过实验研究该方法的有效性，我们构建了实验模型并进行了对照实验。我们通过采样周期为 6 ms 的 90 度旋转最优数字定位控制实验，检测到梁的应变、电机的旋转角度、还揭示了角速度、电流和手臂的旋转角度。