Vibration minimized trajectory design for data driven control in nanoscale servo

纳米级伺服数据驱动控制的振动最小化轨迹设计

基本信息

批准号：
22K04149
负责人：
平田光男
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Utsunomiya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

ナノスメートルの領域において高速な位置決めを行う制御をナノスケールサーボと呼び，その実現には，機械振動を励起しない制振軌道設計が極めて重要となる。通常，制振軌道設計では，制御対象の数式モデルを必要とするが，入出力データから直接設計できれば，モデリングのプロセスを省くことができ，実用上有用となる。そこで，本研究では，入出力データから直接制振軌道が設計できる方法を開発し，実システムを用いてその有効性を検証することを目的とする。この目的に対して，今年度は文献調査を行い，関連研究の最新動向を把握した。次に，それらを参考にして，本研究テーマに適したアプローチを検討したところ，インパルス応答表現を用いたデータ駆動予測に基づくアプローチが最も適切であるという結論に至った。このアプローチでは，フィードフォワード制御器をインパルス応答で表し，位置決め誤差から定義した評価関数を最小にするように，そのインパルス応答列を最適化する。最適化変数が時系列データ（インパルス応答）であることから，フィードフォワード入力を求める終端状態制御と相性が良い。まず，このアプローチを終端状態制御問題として再定式化した。具体的には，初期位置から終端位置へ有限時間で遷移させるインパルス応答列の中から，制御入力の二乗和が最小になるものを求める問題として定式化した。そして，剛体システム，バネ・マス・ダンパシステム，2慣性系に対して，提案法を適用し，所望の性能が得られることを，シミュレーションで確認した。

在纳米仪表区域中高速定位的控制称为纳米级伺服器，对于不激发机械振动的轨道设计非常重要。通常，要在振动控制轨道设计中控制的数学模型需要建模模型，但是如果可以直接从输入 /输出数据设计，则可以省略建模过程，并且在实际使用中很有用。因此，在这项研究中，本研究的目的是开发一种可以直接从输入 /输出数据设计的方法，并使用实际系统验证其有效性。为此，我们今年进行了一项文献调查，以了解相关研究的最新趋势。接下来，我们检查了适合该研究主题的方法，指的是它们，并得出结论，最合适的方法是使用IMPULSE响应表达式进行的数据驱动预测是最合适的。在这种方法中，脉冲响应列在对饲料正向控制器的Impalse响应中进行了优化，并最大程度地减少了从定位误差定义的评估函数。由于优化的变量是时间相关数据（脉冲响应），因此它与需要向前输入的终端控制控制兼容。首先，将此方法重新指定为终端控制控制问题。具体而言，脉冲响应列将在有限时间内从初始位置转换为终端位置，被设置为需要最小控制输入的问题。在模拟中证实了该仿真，该提案已应用于刚性系统，弹簧质量阻尼系统和两个惯性系统，并且可以获得所需的性能。