人間モデルに依存しない人間-機械系の性能解析-機械・制御系統合化設計の観点から-

不依赖人体模型的人机系统性能分析——从机器与控制系统集成设计的角度——

基本信息

批准号：
16760345
负责人：
佐藤淳
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Iwate University (2005)Nara Institute of Science and Technology (2004)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は人間-機械系の一種であるビークルが優れた操縦性を達成するための性能基準および支援制御系の設計手法について,機械・制御系統合化設計の観点から明らかにすることを目的とする.ビークルの操縦操作は移動経路(道路形状など)を目標値としたサーボ制御と見なせ,ビークルは制御対象に,操縦者はフィードバック制御器に対応する.自動制御系の統合化設計に関する結果では制御対象の位相特性が,達成可能なH2サーボ性能の上限に支配的であることが指摘されているため,本研究では同様な観点からビークルの操舵応答の位相特性が操縦性(人間-機械フィードバック系の閉ループ制御性能)に支配的であると予想した.そこでNealら(Neal and Smith, J. Aircraft, 1971)の実験に基づき,航空機の操舵入力に対するピッチ角応答の位相特性と操縦性の関係についてPilot Rating(パイロットコメントに基づく客観的評価基準)およびH2最適サーボ性能に基づき達成可能な操縦性を解析した結果,予想通り操舵応答の位相交差帯域が十分広ければ両者の性能基準の意味で人間-機械フィードバック系の操縦性が準最適化され,かつ準最適化される帯域もほぼ一致することが観測された(16年度成果1).また自動車のレーンチェンジ運動の解析からも類似の結果が観測された(16年度成果2).以上の結果より,人間-機械系の性能基準として機械系の位相交差周波数が有用であることと,特定の人間モデルに依存しない支援制御系設計基準の存在が示唆された.つぎに支援制御系の設計手法として有限帯域位相整形を達成するフィードバック制御器の設計手法を新たに提案し,飛行制御系設計への応用を示した(雑誌論文1,2).提案手法は有限帯域モデルマッチングの発想に基づき,設計問題はLMIに帰着されるため容易に求解可能な点が特徴である.以上の結果により研究課題の一応の達成をみたが,今後も実機実験やロバスト安定性評価など更なる研究の発展が見込まれる.

本研究的目的是明确车辆辅助控制系统的性能标准和设计方法，作为人机系统的一种，从机控系统集成设计的角度实现车辆操作的优良机动性。认为是以行驶路线（道路形状等）为目标值、以车辆为控制目标、以驾驶员为反馈控制的伺服控制。根据自动控制系统集成设计的结果，指出受控对象的相位特性在可实现的H2伺服性能上限中起主导作用，我们预测车辆转向响应的相位特性为。在可操作性（人机反馈系统的闭环控制性能）方面占主导地位。因此，Neal等人。和 Smith, J. Aircraft, 1971），我们研究了俯仰角响应的相位特性与飞机转向输入和机动性之间的关系。通过基于Rating（基于飞行员评论的客观评价标准）和H2最佳伺服性能对可实现的操纵性进行分析，我们发现，如果转向响应的相位交叉带如预期足够宽，则有可能提高人机性能在两个性能标准方面反馈系统的可操作性都是半优化的。据观察，次优化带几乎相同（2016 年的结果 1）。从汽车变道运动的分析中也观察到类似的结果（2016 年的结果 2）。有人建议存在一个不依赖于特定人体模型的支持控制系统设计标准。接下来，作为支持控制系统的设计方法，我们开发了一种实现有限带相位整形的反馈控制器的新设计方法。提出了这一点并展示了其在飞行控制系统设计中的应用（期刊文章 1 和 2）。）。所提出的方法基于有限带模型匹配的思想，将设计问题简化为LMI，因此很容易求解。以上结果表明，所研究的问题在一定程度上得到了实现，但我们未来将继续进行进一步的研究，包括实际机器实验和稳健的稳定性评估。