極性により異なる入力むだ時間を含む切替系の制御系設計と空圧式除振台への応用

摘要

空圧式除振台は大重量を低エネルギーで保持でき，床振動に対する絶縁性能が高いことから，精密部品の製造・測定の分野で広く使われている．より高い制振性能，除振性能を得るために，空圧式除振台のアクティブ制御について数多く研究がなされている．空圧式除振台の制御性能は入力むだ時間に依存し，その入力むだ時間は弁の応答速度や配管長によって決まる．特に，給気側と排気側で弁の応答速度や配管長が異なる場合，入力むだ時間は入力の極性によって異なる．このような場合，単一入力むだ時間補償法として知られるスミス補償器や，複数の入力むだ時間補償法として知られるH∞ループ整形設計法では適切にむだ時間を補償することができない．そこで，成見らによって極性により異なる入力むだ時間の補償方法が提案されている．しかし，文献では安定性の議論が不十分であることや，制御系設計に多大な試行錯誤を要するという問題がある．これに対して，文献によって安定性を保証した，見通しの良い制御系設計法が提案されている．サーボ弁などのアクチュエータを用いて，連続値入力が印加可能な系に対しては，この方法によって良好な制御性能を得ることができる．一方，安価かつ高速応答を期待して，サーボ弁に代えてon-off 弁によるシステム構成を用いる場合がある．そのような，on-off 弁を用いた離散値入力が印加される系に対しては，極性によって異なる入力むだ時間を補償する手法が必要である．そこで，熊田らによってon-off 弁のような離散値入力を生成するアクチュエータの使用を前提とし，極性によって異なる入力むだ時間を補償する手法が提案されている．しかし，数値シミュレーションによる性能評価にとどまり，実験での有効性の検証を行っていない．そこで，本稿では文献に基づき，極性により異なる入力むだ時間を含む切替系の制御系設計を行い，空圧式除振台に対し数値シミュレーションと実機実験によって有効性を検証する．