状態依存の入力制約を有する非線形システムの制御則設計およびロボットアームへの適用

加藤健一 (0451036)


本発表では,実際的な機械システムを制御することを目的に,状態依存の入力制約を有した非線形システムに対する制御則を設計し,ロボットアームを用いてその検証実験を行った結果を報告する.

世の中に実在する実際の制御システムには, アクチュエータの性能の限界や,過度の入力に対するシステム保護の目的から入力に必ず制約が存在する.それらの制約を無視して制御則を設計し,アクチュエータに過度の入力を印加した場合, 制御性能の劣化やシステムの不安定化,さらにはそれ自身が破壊してしまう可能性が考えられる.過去の研究においては,入力の上限が1未満に制約されると仮定し,連続システムに対して制御則が設計され,その有効性が数値シミュレーションにより示されてきた.しかし,世の中に実在する機械システムの多くは,静止摩擦などを含む不連続システムとして扱われるだけでなく,そのシステムの動力源であるDC-モータやエンジンはその回転数や回転速度に依存して最大出力,最大トルクを変化させる.このため,従来の仮定の下に成り立つ基礎理論をそのまま適用することが出来ず,実機を用いてその有効性を確認することが出来ない.そこで本発表では,状態依存の入力制約を有する不連続システムに対して,カラテオドリの解の存在を仮定すると同時に,状態に依存して変化する値関数を制約条件として設け,従来の制御則と同様の設計を行うことで目的を達成する.ただし,設計した制御則はシステムの安定性を保証する漸近安定化可能領域を最大限に確保できるものの,ノミナルなシステムを対象としているため,実機適用時に重要となるモデル化誤差や外乱に対するロバスト性を保持していない.そこで過去に提案された逆最適レギュレータを,本発表での問題設定に対して設計し,切り替えて使用することでこの問題を解決した.この制御則はその漸近安定化可能領域こそ小さくなるものの,1入力の場合においては,ある種のロバスト性を自由に調整できる.このため,これら2種類の制御則を組み合わせ,より有効的実用的な制御則を設計した.そして発表の最後では,提案した制御則の有効性を検証するため,静止摩擦を含むロボットアームを用いて検証実験を行った.実験においては,現在一般的に用いられているスライディングモード制御との比較実験を行い,その有効性を客観的に評価した.