アクチュエータの最大性能を効率的に用いる機械制御アルゴリズムの開発

开发有效利用执行器最大性能的机器控制算法

• 批准号: 15760322
• 负责人: 和田 信敬
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15760322/
• 关键词: フィードバック制御; アクチュエータ飽和; 超高速サーボ; 非線形メカニカルシステム; モデル予測; 実時間最適化; L2ゲイン性能; 移動ロボット

平成17年度の研究実績の概要を以下に述べる.1.超高速サーボ系の設計法の構築:入力飽和の存在下で,既知のダイナミクスにより生成される目標入力に対し,制御量を定常的にオフセットを生じることなく,速やかに追従させる制御系の設計法を示した.この方法では,1)制御量が追従可能となる初期状態集合を明らかにしている,2)飽和状態を積極的に利用することで応答の高速化を達成している,3)設計問題は線形行列方程式と線形行列不等式を解く問題に帰着されており,効率的に解くことが可能などの有用な特徴を有している.2.可変振幅型多重飽和フィードバック制御則の構築とロボット制御への応用:状態量の値に応じて振幅が変化する飽和関数を直列結合した構造を有するフィードバック制御則を提案した.この制御則を用いることにより,飽和フィードバックのクラスで,直列積分器系の大域的漸近安定化と漸近的外乱除去が可能であることを理論的に示した.さらに,この制御則を,非ホロノミック移動ロボットの軌道追従制御問題に適用する方法を提案した.この手法を用いることにより,移動ロボットの初期位置が目標軌道から任意に離れていても,アクチュエータ飽和の存在下で目標軌道に移動ロボットを漸近的に追従させることが可能となる.さらに,目標軌道の曲率に応じて前進速度を制御する方法を提案した.3.VTOL航空機の飛行制御:非線形かつ不安定なダイナミクスを有するVTOL航空機のための,ゲインスケジュールドフィードバック制御器の設計法を提案し,その有効性を実験的に検証した.

以下是2005年研究成果的概述。 1.超高速伺服系统设计方法的建立：在输入饱和的情况下，将受控变量不断地控制为已知动力学产生的目标输入。提出了一种设计控制系统的方法，该方法允许快速跟踪而不引起偏移。该方法1）明确允许受控变量跟随的初始状态集，2）主动控制饱和状态。 3) 设计问题简化为求解线性矩阵方程和线性矩阵不等式，并且具有能够高效求解等有用的特征。 2. 变幅多饱和反馈控制律的构造及其在机器人控制中的应用：我们。提出一种反馈控制律，其结构为串联饱和函数，饱和函数的幅值根据状态量的值而变化。理论上表明，利用该控制律，在饱和反馈类中，串联积分系统的全局渐近镇定和渐近扰动消除是可能的。此外，利用该控制律，我们提出了一种可应用于轨迹的方法非完整移动机器人的跟踪控制问题 通过使用该方法，即使移动机器人的初始位置距目标轨迹任意远，在舵饱和存在的情况下，可以使移动机器人渐近地遵循目标轨迹。此外，我们提出了一种根据目标轨迹曲率控制前进速度的方法。3.VTOL飞行器的飞行控制：我们提出了一种针对具有非线性和不稳定动力学的垂直起降飞机的增益调度反馈控制器的设计方法，并通过实验验证了其有效性。

项目成果

Local Output Regulation of Feedback Systems with Saturation Nonlinearities

具有饱和非线性的反馈系统的本地输出调节

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proceedings of the SICE Annual Conference 2005
• 作者: Nobutaka Wada

l_2 Gain Analysis of Input Constrained Discrete-Time Linear Systems Using Parameter Dependent Lyapunov Function

l_2 使用参数相关 Lyapunov 函数对输入约束离散时间线性系统进行增益分析

• 发表时间: 2004
• 期刊: Proceedings of IEEE Conference on Decision & Control
• 作者: 和田信敬;Nobutaka WADA;Nobutaka WADA
• 通讯作者: Nobutaka WADA

l_infity Performance Analysis of Feedback Systems with Saturation Nonlinearities : An Approach Based on Polytopic Representation

具有饱和非线性的反馈系统的 l_infity 性能分析：一种基于多面体表示的方法

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proceedings of the American Control Conference
• 作者: 金子修;和田信敬;金子修;和田信敬;Osamu Kaneko;Makoto Yamashita;Osamu Kaneko;金子修;Nobutaka Wada;Osamu Kaneko;Nobutaka Wada
• 通讯作者: Nobutaka Wada

可変振幅型多重飽和フィードバックによる2重積分器系の大域的漸近安定化と外乱抑制

变幅多饱和反馈双积分系统全局渐近镇定及扰动抑制

• 发表时间: 2006
• 期刊: システム制御情報学会論文誌 19・3
• 作者: 金子修;和田信敬
• 通讯作者: 和田信敬

Nobutaka WADA: "Design of a Static Anti-windup Compensator that Optimizes L_2 Performance : An LMI Based Approach"Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics & Automation. 2628-2633 (2003)

Nobutaka WADA：“Design of a Static Anti-windup Compensator that Optimizes L_2 Performance : An LMI Based Approach”IEEE 国际机器人会议论文集