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。

在纳米区域控制高速定位称为纳米级伺服，而不激发机械振动的振动阻尼轨道设计对此目的非常重要。通常，振动阻尼轨迹设计需要控制数学模型，但是如果直接从输入/输出数据进行设计，则可以省略建模过程，从而使其实际上有用。因此，本研究旨在开发一种方法，该方法允许从输入/输出数据中直接设计振动阻尼轨迹，并使用真实系统验证其有效性。为此，今年我们进行了一项文献调查，以掌握相关研究的最新趋势。接下来，我们将这些用作参考文献来考虑一种适合本研究主题的方法，并得出结论，一种基于数据驱动预测的方法是最合适的。该方法在脉冲响应中代表前馈控制器，并优化了其脉冲响应序列，以最大程度地减少定位误差定义的评估函数。由于优化变量是时间序列数据（脉冲响应），因此它与终止状态控制兼容，该状态控制获得了进料输入。首先，将这种方法重新归类为终止国家控制问题。具体而言，该公式是作为一个问题制定的，其中从脉冲响应序列中最大程度地减少了对照输入的平方之和，该脉冲响应序列从初始位置在有限的时间从初始位置转变为终端位置。然后将所提出的方法应用于刚体系统，弹簧质量阻尼系统和两个惯性系统，模拟确认可以实现所需的性能。