H∞制御に基づく超音波モータの高精度位置決め制御系の開発

基于H∞控制的超声波电机高精度定位控制系统开发

基本信息

批准号：
14750363
负责人：
小林泰秀
金额：
$ 1.86万
依托单位：
Nagaoka University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

(1)ステータ突起振動速度によるバイアス値の調整当初計画では,不感帯補償におけるバイアス値とステータ・ロータの相対角度の関係を調べる予定であったが,相対角度を変えて周波数応答実験を比較的長時間にわたり行うと,再現性のある実験結果を得ることは困難であった.そこでステータ単体として,突起の周方向振動速度を用いてバイアス値の調整を行うことを検討した.具体的には,定在波の節に近い突起面の振動速度の方が,その反対側の振動速度よりも大きい結果を得た.これは,同じ突起面で測定した突起振動速度を用いて正・逆転時のバィアス値を調整した結果が異なる原因と考えられる.よって正・逆転で反対側の突起面で測定を行えば、ロータを用いずにバイアス値を調整できると考えられる.(2)高精度位置決め制御系の構成および評価不感帯補償法とH∞制御を組み合せた位置決め制御系の性能評価を行った.比較対象として,不感帯補償法とPI制御を組み合わせた制御系を考え,定常偏差,整定時間,オーバーシュートを比較した.定常偏差は,H∞制御,PI制御共に,測定系の分解能の範囲(約2e-5[rad])に収まった.一方,整定時間とオーバーシュートに関しては,H∞制御の方がよい結果が得られた.これは,PI補償器よりも次数が高いことにより,周波数整形の自由度が増した結果と考えられる.(3)低コスト化の検討ディジタル補償器の低コスト化を図るために,補償器実装時の演算誤差を考慮したH∞補償器の設計手法を開発した.この手法により,閉ループ系に対する設計仕様の制約下で,補償器の係数行列が許容する加法的摂動のノルムを最大化する補償器を得ることができる.この結果は43rd IEEE CDC 2004に投稿中である.実際に設計した補償器を,計算量低減のため可制御正準形を用いてワンチップマイコンPIC16F877に実装し,望ましい制御性能が得られることを確認した.ただし,超音波モータの動特性は温度・湿度に強く依存し,再現性のあるデータを得ることが難しいため,まず,比較的再現性の良いデータがとれるアクティブ消音制御系を用いた.この結果は,超音波モータの位置決め制御系にも応用できると考えられる.

（1）在初始计划中，通过定子投影振动速度调整偏置值，我们计划研究偏置值与死区补偿中定子和转子的相对角之间的关系，但是当在相对较长的时间内与相对角度相对较长的时间进行频率响应实验时，很难获得可重复的实验结果。因此，我们考虑使用仅作为定子的投影的圆周振动速度来调整偏置值。具体而言，靠近驻波节点的投影表面的振动速度大于相对侧的振动速度。这被认为是使用在同一投影表面上测得的投影振动速度在向前调整偏置值和反向旋转结果的结果的原因。因此，人们认为，如果在相反的投影表面上具有正旋转和反向旋转的测量，则可以在不使用转子的情况下调整偏置值。（2）进行了高精度定位控制系统的结构以及评估死区补偿方法和H绩效评估与∞控制结合的位置控制系统的h绩效评估。作为比较，我们考虑了一个控制系统，结合了死带补偿方法和PI控制，并比较了稳态偏差，沉降时间和过冲。稳态偏差在两个H∞控制的测量系统分辨率范围内（约2E-5 [rad]）。另一方面，H∞控制在设定时间和过冲方面取得了更好的结果。这是PI补偿器。据认为，较高的顺序以及频率塑形的自由度也会增加。（3）考虑降低成本以降低数字补偿器的成本，我们已经为安装补偿器时的计算错误开发了一种设计方法。这种方法使我们获得了一个补偿器，该补偿器最大化补偿器系数矩阵允许的添加扰动规范在封闭环系统的设计规范的约束下。这个结果是第43。目前在IEEE CDC 2004中发布。实际设计的补偿器安装在PIC16F877上，PIC16F877是一种使用可控的规范类型的单芯片微型计算机来减少计算量，并确认可以获得所需的控制性能。但是，超声电动机的动态特性在很大程度上取决于温度和湿度，因此难以获得可重复的数据，因此首先，使用了一个主动静音控制系统，该系统允许使用相对良好的可重复性数据。该结果被认为适用于超声电机的定位控制系统。