零位相差ノッチフィルタとモデル予測制御を用いた天井クレーンの遠隔操縦システムに関する研究

摘要

本論文では，マスタ側の補償器としてノッチフィルタの切替を伴わない零位相差ノッチフィルタを用い，スレーブ側の補償器としてモデル予測制御を適用した新たな位置決め操作支援法を提案する．本提案支援法により，終始軽くて安定な位置決め操作が期待できる．モデル予測制御（Model Predictive Control, MPC）は，現時刻から予測ステップ（予測ホライズン）先の時刻までの評価区間における最適制御問題をリアルタイムに解いて得られる最適制御入力を用いる制御手法である．1970年代に誕生し，石油精製·石油化学などのプロセス制御の分野を中心に，調整が容易で直観的であるため，化学プロセスの制御手法として定着した技術である．現在までにさまざまな手法が開発されているが，特に，大きなむだ時間をもつプラントを対象に，DMC （Dynamic Matrix Control），IDCOM （Identification and Command），およびGPC （Generalized Predictive Control）が代表的な手法として知られている．しかし，近年のコンピュータの処理速度が非常に高速化されたため，モデル予測制御をサーボ機構のような帯域幅の高いものへの応用が期待できるようになり，黄近ではロボット制御などの分野にも適用例がある．本研究においても，コンピュータの高速処理能力を活かして，数msec～数十msecオーダーの早い応答が要求されるクレーンの操作支援に，上記手法を網羅したモデル予測制御を適用する．具体的には離散化した予測モデルに基づいた補償器を用いてサーボ系を設計する．その結果，これまでの従来法よりも制御性能の向上が期待でき，本システムに対する操作支援法として有用性を高めることができる．