次世代電気自動車駆動用モータのための超低振動制御系と機構構造の統合設計法の構築

开发下一代电动汽车驱动电机超低振动控制系统和机械结构的集成设计方法

基本信息

批准号：
15J08374
负责人：
兼松正人
金额：
$ 1.47万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度はモータドライブシステムにおける位置決め誤差低減のための超低振動制御器設計手法の体系化を目的とした研究を行った。まず従来の制御系設計手法には，パラメータ変動を含む場合の開ループ整形手法が確立されてなかった。そこでヨーロッパの研究機関であるKULeuvenが提案している区分的多項式を用いた線形行列不等式の近似解法を応用することでパラメータ変動を含む場合の開ループ整形手法の体系的な設計手法を提案した。本年度では先行研究で示されていた性能指標との定量的な比較を行った。まず，パラメータ変動を区分的多項式の一種であるB-スプラインを用いて表現する。次に，GKYP補題と呼ばれる定理をパラメータを含むシステム行列に適用し，KULeuvenにて研究が進んでいるパラメータを含む線形行列不等式の緩和手法と組み合わせることで従来の制御器設計手法よりも保守性の少ない制御器設計が出来ることを実証し，従来の設計例との比較を通して本手法の有効性を実証した。次に従来の位置決め誤差低減のための制御器設計手法では，制御器を安定化するためにノッチフィルタと呼ばれる制御器を用いていたがこの制御器は高い安定性を実現するものの，応答性を劣化させるという欠点が存在した。そこで本研究においては安定性と応答性を同時に最適化することで安定性を確保しつつ最大限広帯域化が可能な制御器の自動最適化手法を提案した。まず，安定性を確保するためのノッチフィルタと高応答性を実現するための位相進み補償器を未知変数を含む形で定義する。その後に安定性や応答性といった制御器の定量的な性能指標を周波数領域不等式と呼ばれる形式を用いて定式化する。最後にこの周波数領域不等式を満たすような制御器の係数を数値的に探索することで目標の制御性能を実現する制御器を効率よく設計出来ることを示した。

今年，我们进行了旨在系统化超低振动控制器设计方法的研究，以减少电机驱动系统中的定位误差。首先，当包含参数变化时，传统的控制系统设计方法没有既定的开环整形方法。因此，我们通过使用欧洲研究所 KULeuven 提出的分段多项式对线性矩阵不等式应用近似求解方法，提出了一种包含参数变化的开环整形方法的系统设计方法。今年，我们与以往研究中显示的绩效指标进行了定量比较。首先，参数波动用 B 样条曲线表示，B 样条曲线是一种分段多项式。接下来，通过将称为 GKYP 引理的定理应用于包含参数的系统矩阵，并将其与 KULeuven 目前正在研究的包含参数的线性矩阵不等式的松弛方法相结合，我们将获得比传统控制器设计更高的可维护性我们证明了可以设计更少的控制器，并通过与传统设计实例的比较证明了该方法的有效性。其次，传统的用于减少定位误差的控制器设计方法使用称为陷波滤波器的控制器来稳定控制器，但是该控制器虽然实现了高稳定性，但存在响应性变差的缺点。在本研究中，我们提出了一种自动控制器优化方法，可同时优化稳定性和响应性，以确保稳定性并最大化带宽。首先，我们定义一个陷波滤波器以确保稳定性，并定义一个相位超前补偿器以实现高响应，包括未知变量。之后，使用称为频域不等式的形式制定控制器的定量性能指标，例如稳定性和响应性。最后，我们表明，通过数值搜索满足频域不等式的控制器系数，我们可以有效地设计实现目标控制性能的控制器。