2A1-G02 エネルギ法による回転式倒立振子の振り上げ安定化制御 : 実験による検証

概要

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回転式倒立振子は, 駆動アームの先端に振子の支点が取り付けられた振子系で, 支点が水平面内を回転する機構を持つ。この振子系において, 振子を垂下状態から倒立状態へ振り上げ, その状態で安定化させるという振り上げ-安定化制御問題を扱う。振子を安定平衡点から不安定平衡点へ制御する際, 振子系の非線形性が強く現れるため, 非線形性を無視した制御では満足な結果が得られない。このため, 振り上げ制御は非線形制御で行い, 倒立状態に近づいた場合, 制御則を線形制御に切り換え安定化制御を行う。本研究では, 回転式倒立振子に対しエネルギ法に基づくアプローチを用い, 振子角から得られる正弦波信号をアーム角の目標値とするサーポ系を構成し, アームの角速度と振子の正弦波信号を同期させることにより, エネルギ制御を行う。また, 倒立点近くにおける安定化制御則として, アーム回転角を小さく抑えるオブザーバ型線形制御則を提案する。提案したエネルギ制御則とオブサーバ型安定化制御則の有効性を, シミュレーションおよび実機実験の両面で確認する。
一般社団法人日本機械学会の論文