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章では,回転型振子システムの総エネルギーに着目したエネルギー制御法による振り上げ制御問題を扱う.まず,制御則の特異点(制御入力トルクが無限大になる回転型振子の状態) を回避するための既存の十分条件に対して,その必要十分条件を新たに提示する.次に,振子の大域定な動きの解析を行い,真下平衡点(振子が下向きに静止する点) がサドル型平衡点であることを関連付けることにより,従来研究において仮定されていた,振子が真下平衡点に留まるのを防ぐための初期条件と制御パラメータの制約を取り除けることを示す.具体的には,ラウス・フルビッツの判別法を用いて,真下平衡点におけるヤコビ行列が,開左半平面および右半平面にそれぞれ二つの固有値をもつことを示す.これによ\nり,ルベーグ測度ゼロの集合を除いたすべての初期状態に対し,振子を目標とする真上平衡点の任意の近傍まで振り上げられることを示す.また,先行研究よりも制御パラメータの選択範囲を拡大することができること,および従来研究で仮定されていた振子の初期条件に関する制約もほとんど無くすことができることを示す.さらに,数値シミュレーションによって,理論解析の結果の有効性を確認し,また,改善された制御パラメータの条件下では,振り上げ制御が素早く達成できることを示す.\n第4 章では,エネルギー制御法によって設計した回転型振子の振り上げ制御則の有効性を実機を用いて検証する.その有効性は,これまでに数値シミュレーションでは検証されていたが,実機による検証結果の報告は,本論文がはじめてである.本論文では,Quanser Consulting Inc. で開発された実験システムを使用して,エネルギー制御法の有効性を示すとともに,実験システムの開発元によって提供されている振り上げ制御則のサンプルを,本論文の結果と比較する.このサンプルで用いられている制御法は,振子の回転運動エネルギーのみを制御し,振り上げ制御の段階でアームは制御していないため,理論的および実験的に,本論文で提案した制御則の方が優れていることを示す.\n第5 章では,回転型振子の真上平衡点における強安定化の問題を扱う.回転型振子の安定化制御では,通常,真上平衡点における線形近似モデルを用いてその制御器が設計される.その際,通常,アームと振子の角度と角速度が測定可能な場合には,静的なフィードバック制御器が用いられ,アームと振子の角度のみが測定可能な場合には,オブザーバを用いたフィードバック制御器が用いられる.ただし,オブザーバに基づいて設計した制御器が安定か不安定かは自明ではなく,実システムにおいて,その安全性が保たれない可能性があるため,安定な制御器の使用が望ましいとされる.安定な出力フィードバック制御器によって制御対象を安定化することを強安定化といい,実システムの制御では,システムの保全性からも,強安定化制御器の使用が望ましいとされる.\n本論文では,Acrobot やPendubot と呼ばれる回転型振子とは異なる構造をもった振子型劣駆動システムの強安定化制御に関する先行研究にヒントを得て,真上平衡点における線形近似モデルの状態方程式を用いて,回転型振子の強安定化を達成するための適切な出力が存在するかどうかについて調査する.そのため,調整可能なパラメータを用いて特定の出力を設計する.そのうえで,回転型振子の機械パラメータの性質と,線形近似モデルの状態方程式と特定の出力から構成されるシステムの伝達関数における極零点の関係を使用して,真上平衡点で回転型振子を局所安定化する強安定化制御器が常に存在すること,および強安定化制御器の設計手法を示す.また,数値シミュレーションによって,設計した強安定化制御器の有効性を検証し,さらに,設計した強安定化制御器がシステムのある程度の不確かなパラメータに対してもロバストであることを示す.\n第6 章では,本研究で得られた結果を総括し,今後の研究課題について述べる.", "subitem_description_type": "Abstract"}]}, "item_5_description_8": {"attribute_name": "学位授与年度", "attribute_value_mlt": [{"subitem_description": "2014", "subitem_description_language": "ja", 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回転型振子の振り上げ・安定化制御に関する研究
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名前 / ファイル | ライセンス | アクション |
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博士学位論文(田中征治) (4.3 MB)
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内容の要旨・審査結果の要旨(田中征治) (394.2 kB)
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Item type | 学位論文(H26~) / Thesis or Dissertation (1) | |||||
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公開日 | 2014-03-24 | |||||
タイトル | ||||||
言語 | ja | |||||
タイトル | 回転型振子の振り上げ・安定化制御に関する研究 | |||||
言語 | ||||||
言語 | jpn | |||||
資源タイプ | ||||||
資源タイプ識別子 | http://purl.org/coar/resource_type/c_db06 | |||||
資源タイプ | doctoral thesis | |||||
ID登録 | ||||||
ID登録 | 10.15009/00000685 | |||||
ID登録タイプ | JaLC | |||||
アクセス権 | ||||||
アクセス権 | open access | |||||
アクセス権URI | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 | |||||
論文名よみ | ||||||
タイトル | カイテンガタ フリコ ノ フリアゲ アンテイカ セイギョ ニ カンスル ケンキュウ | |||||
言語 | ja-Kana | |||||
著者 |
田中, 征治
× 田中, 征治 |
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学位授与年度 | ||||||
内容記述タイプ | Other | |||||
内容記述 | 2014 | |||||
言語 | ja | |||||
学位授与番号 | ||||||
学位授与番号 | 甲第97号 | |||||
学位授与年月日 | ||||||
学位授与年月日 | 2014-03-24 | |||||
学位名 | ||||||
言語 | ja | |||||
学位名 | 博士(工学) | |||||
学位授与機関 | ||||||
学位授与機関識別子Scheme | kakenhi | |||||
学位授与機関識別子 | 25301 | |||||
言語 | ja | |||||
学位授与機関名 | 岡山県立大学大学院 | |||||
著者版フラグ | ||||||
出版タイプ | VoR | |||||
出版タイプResource | http://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85 |