ロバスト制御系設計に基づくフィードフォワード制御の調整

概要

機械システムにおいては,安全かつ高速に制御をする必要がある.通常よく用いられる直結フィードバック系(1自由度系)では,目標値と制御系出力の誤差のみを用いて設計し制御を行う.それゆえ,目標値追従における性能は限定され,上記の安全性と即応性の2点に関して独立に設計することもできない.一方で,2自由度系はフィードバック制御器とフィードフォワード制御器の2つの制御器から構成されているため,制御対象に関するフィードバック部分と目標値に関するフィードフォワード部分を独立に設計することができる.その利点に注目し,近年では様々な適応機構を含んだ2自由度制御系の設計が活発に解析・研究されているが,本研究では,2自由度制御系の一つである,フィードバック誤差学習(Feedback Error Learning; FEL) に注目し,目標値追従を行うことを考える.

フィードバック誤差学習(FEL) は,生物学的観点から提案された随意運動のモデルであり,制御システムの設計にも有効であることが明らかになっている.FELでは,2 自由度構造の閉ループシステムを固定フィードバック(Feedback; FB) 制御器で安定化し,フィードフォワード(Feedforward; FF) 制御器のパラメータをそれぞれチューニングすることで,正確な追従性を達成している.その達成には強正実(Strictly Positive Real; SPR) 条件が必要となり,条件に基づくチューニング則は先行研究においても提案されているが,これまでの手法では制御系全体を体系的に設計することが困難であった.そのため本研究では,フィードバック誤差信号に着目し新たな誤差系を生成すること,そしてフィードバック(FB) 制御器設計の手法をフィードフォワード(FF) 制御器の調整に適用することで,これまでの課題を緩和する新しいフィルタ設計法を提案し制御系全体の設計を可能とする.

成果

本研究では,フィードバック誤差学習(FEL) 制御系の新たな設計法を提案している.閉ループ系の強正実性を,フィードバック誤差信号を生成しFF 制御器のフィルタ設計を行うことで達成する手法を提案した.また,フィードフォワード制御の調整において,ロバスト制御系の設計結果を利用する手法を提案した.また,提案手法によって設計された制御系を柔軟振子モデルに適用し,実機実験を通して提案法の有効性を示した.