研究会 (2023 年 06 月 17 日)

概要

1. 大学や高専では，実際にモノを動かしながら実践的に『制御工学』の理解を深めてもらうために，
   MATLAB/Simulink や LEGO MINDSTORMS を利用することが検討されてきた．しかし，2021 年に
   LEGO MINDSTORMS の製造が中止となり，その代替となる教材の開発が強く望まれている．
   今回，開発した回転型/アーム型倒立振子は，LEGO 部品と汎用のモータ・エンコーダを利用して，誰で
   も簡単に？！製作できるという利点がある．具体的には，特殊な機械加工が不要な LEGO 部品により本
   体が組み立てられており，それに汎用のモータ・エンコーダがネジで取り付けられている．また，
   MINDSTORMS のインテリジェントブロックの代わりにマイコンキット MinSegMega Shield（Arduino MEGA
   互換ボードとシールドのセット）を使用しており，Simulink モデルを作成するだけで簡単にリアルタイ
   ムでの信号計測やデータ保存を行うことができる．
   本講演では，本教材の開発の流れを説明するとともに，これを利用することで，効果的に PID 制御，信
   号処理，同定，現代制御からアドバンスト制御までの『制御工学』の幅広い内容を学習できることを，
   いくつかの例により示す．
   なお，当日，教材を持っていく予定であり，参加者の方々に実演をお見せすることにしている．

2. Luenberger オブザーバベース制御器の有効性は広く知られており，様々なシステムに用いられている．
   制御対象の状態が正確に推定できるなら，プラントのヘルスモニタリングや故障同定にも用いることが
   でき，制御からの観点だけでなく，その他の観点からも非常に有用である．オブザーバベース制御器の
   設計はその構造制約から，一般には非凸な問題となり，大域的最適解を求めることは難しいが，最近で
   は，non-smooth optimization を用いた hinfstruct や systune コマンドにより準最適なオブザーバ
   ベース制御器設計が容易に可能である．これは，パラメトリックなプラントに対しても同様である．
   しかし，構造制約を課さない制御器に比べて制御性能が劣化することは免れない．この点に関して，LTI
   システムに対する既存 LTI 制御器をオブザーバベース制御器へ変換する方法が提案されている．この
   方法を用いれば，制御性能を犠牲にすることなくオブザーバベース制御器を得ることができる．では，
   パラメトリックなシステムに対してはどうか？というと，提案方法が方程式ベースであることから拡張
   は容易ではない．そこで，パラメトリックなプラントに対する制御器の変換方法の一つを提案し，飛行
   実験した制御器を用いてその有効性を確認する．