WO2017026234A1 - 振動制御装置、振動制御方法、振動制御システム、プログラム及び記録媒体 - Google Patents

振動制御装置、振動制御方法、振動制御システム、プログラム及び記録媒体 Download PDF

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vibration control
control device
model
actuator
vibration
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桂　誠一郎
英一 齊藤
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学校法人慶應義塾
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    • G05B2219/42—Servomotor, servo controller kind till VSS
    • G05B2219/42055—Pi control for speed

Definitions

  • the present invention relates to a vibration control device, a vibration control method, a vibration control system, a program, and a recording medium.
  • Patent Document 1 in the control, in order to remove a high-frequency component of the speed feedback signal and prevent high-frequency vibration, the phase delay due to the delay element is compensated, and the speed of the mechanical system is set to the target speed.
  • the output from the mechanical system model that has passed the filter element model and the dead time delay element model is made equal to the mechanical system speed, and the output from the mechanical system model is
  • a method for using feedback of a speed control system in order to remove a high-frequency component of the speed feedback signal and prevent high-frequency vibration.
  • vibration may occur due to resonance or the like.
  • the object to be controlled is lightened for the purpose of reducing the transportation cost or saving energy, if the object to be controlled is light, vibration due to resonance or the like may occur in a low frequency range.
  • a stabilization compensator or the like is required, and the controller or the like is often complicated.
  • an object of one aspect of the present invention is to provide a vibration control device, a vibration control method, a vibration control system, and a program capable of performing control so that vibration of a control target is reduced.
  • Embodiments according to the present invention can provide a vibration control device, a vibration control method, a vibration control system, and a program that can perform control so that vibrations to be controlled are reduced.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the overall configuration of a vibration control apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the illustrated vibration control system 1 includes a vibration control device 10, a counter (Counter) 11, a DA (Digital-Analog) converter 12, a counter or an AD (Analog-Digital) converter 13 (hereinafter simply referred to as “AD converter”). 13 ”), a motor driver 14, a motor 15 as an example of an actuator, an encoder 16 and a sensor 17.
  • a counter 11, a DA converter 12, and an AD converter 13 are connected to the vibration control apparatus 10 by cables or the like.
  • a motor driver 14 is connected to the DA converter 12 with a cable or the like.
  • the motor 15 is connected to the motor driver 14 by a cable or the like.
  • an example of an object that is, a machine or a robot that is an example of a control target (hereinafter simply referred to as “machine TAG”) is connected to or contacted with the motor 15.
  • an encoder 16 is connected to the motor 15.
  • a signal indicating the motor speed MV in terms of the rotation speed of the motor 15, ie, an angular velocity are sent from the encoder 16 to the counter 11.
  • Each is output.
  • the counter 11 converts the signal output from the encoder 16 into data such as a counter value and outputs the data to the vibration control device 10.
  • a sensor 17 is attached to the machine TAG.
  • a signal indicating the position TAGP of the machine TAG is output from the sensor 17 to the AD converter 13.
  • the AD converter 13 performs A / D conversion on the signal, generates data indicating the position TAGP of the machine TAG, and outputs the data to the vibration control device 10. To do.
  • the vibration control system 1 is not limited to the illustrated configuration.
  • the devices such as the counter 11, the DA converter 12, the AD converter 13, and the motor driver 14 do not have to be separate devices, and may be integrated with the vibration control device 10 or the like.
  • Each device may be configured by a plurality of devices.
  • the DA converter 12 outputs a control signal for controlling the motor 15 from the vibration control device 10 to the motor driver 14.
  • the motor driver 14 controls the motor 15 based on the input control signal.
  • the machine TAG moves with the movement of the motor 15 when the machine TAG and the motor 15 are connected.
  • the actuator is not limited to the motor 15, and may be another type of actuator such as a linear actuator.
  • the position MP and the speed MV of the motor 15 indicating the movement of the motor 15 are measured by the counter 11 and the encoder 16 and are output to the vibration control device 10. Further, the position TAGP of the machine TAG is measured by the AD converter 13 and the sensor 17 and is output to the vibration control device 10.
  • the encoder 16 may be a measuring instrument that can measure the position MP and the speed MV of the motor 15, and may be another type of measuring instrument such as a potentiometer, for example.
  • the counter 11 may be changed according to the type of the encoder 16. For example, when the encoder 16 is a measuring instrument that outputs an analog signal such as a potentiometer, the counter 11 may be an AD converter or the like. .
  • the sensor 17 may be a measuring instrument that can measure the position TAGP of the machine TAG.
  • the sensor 17 is a laser diode, a position detection element (PSD (Position Sensitive Detector)), or the like.
  • PSD Position Sensitive Detector
  • the sensor 17 is not limited to a laser diode or the like, and may be another type of measuring instrument that can measure the position.
  • the sensor 17 may be a high speed camera or the like.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a hardware configuration of the vibration control device according to the embodiment of the present invention.
  • the vibration control apparatus 10 includes a CPU (Central Processing Unit) DEV1, a storage device DEV2, an input device DEV3, an output device DEV4, and an input / output I / F (Interface) DEV5. Further, as shown in the figure, the devices included in the vibration control device 10 are connected by a bus DEV 6 and transmit / receive data and signals to / from each other.
  • a CPU Central Processing Unit
  • DEV2 storage device
  • I / F Interface
  • the vibration control device 10 is an information processing device such as a PC (Personal Computer).
  • the vibration control apparatus 10 is not limited to a PC, and the vibration control apparatus 10 is a server, a workstation, a tablet, an electronic circuit, a microcomputer, or a combination thereof, and may be an information processing apparatus of a type other than a PC.
  • a PC having a hardware configuration illustrated by the vibration control device 10 will be described.
  • CPUDEV1 is an arithmetic device that performs various processes and various controls performed by the vibration control device 10 and processes various data. Further, the CPUDEV1 is a control device that controls the hardware of the PC 10.
  • the storage device DEV2 stores data, programs, setting values, and the like used by the vibration control device 10.
  • the storage device DEV2 is a so-called memory or the like.
  • the storage device DEV2 may include an auxiliary storage device such as a hard disk.
  • the input device DEV3 is a device that receives an operation for inputting a command or a parameter by a user who uses the vibration control device 10 or the like.
  • the input device DEV3 is, for example, a keyboard, a mouse, or a combination thereof.
  • the output device DEV4 is a display device that outputs a processing result or the like to a user or the like who uses the vibration control device 10 by combining characters, images, or a combination thereof.
  • the output device DEV4 is a display or the like.
  • the input device DEV3 and the output device DEV4 may be a touch panel or the like in which the input device DEV3 and the output device DEV4 are integrated.
  • the input / output I / FDEV 5 transmits / receives various data and signals to / from an external device connected via a network or a cable.
  • the input / output I / FDEV 5 is a LAN (Local Area Network) port, a USB (Universal Serial Bus) port, or a combination thereof.
  • the input / output I / FDEV 5 is not limited to a wired connection, but may be an I / F such as Bluetooth (registered trademark) that transmits and receives wirelessly to an external device.
  • the input / output I / FDEV 5 is a PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) or the like, and may be an I / F that is connected to an electronic circuit board and that inputs and outputs data and signals through the electronic circuit board and the like. .
  • PCIe Peripheral Component Interconnect Express
  • the vibration control device 10 may further include an auxiliary device that assists processing by each hardware resource. Further, the vibration control apparatus 10 may further include an apparatus inside or outside in order to perform various processes in parallel, redundantly, or distributedly. Furthermore, the vibration control device 10 may be configured by a plurality of information processing devices.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an example of the overall processing by the vibration control device according to the embodiment of the present invention.
  • step S101 the vibration control device calculates a delay value of the tip position of the object by buffering.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a multi-inertia resonance system modeled by the vibration control device of one embodiment according to the present invention.
  • a model in which a plurality of mass systems Mass having a mass m are coupled in a linear motion system in which actuators such as a motor 15 are arranged at the boundary as illustrated will be described.
  • each mass system Mass is coupled by a spring which is an example of an elastic system.
  • each spring has a spring constant k.
  • each displacement is defined as a displacement q
  • the total length of the system obtained by adding the displacements q is defined as a total length L.
  • the suffix of the displacement q indicates the mass system number, the mass system number i is (0 ⁇ i ⁇ N), and when the mass system number i is “m”, the motor 15 is Show.
  • the illustrated linear motion system will be described as an example.
  • the object to be controlled is not limited to the linear motion system, and the rotation system and the like can be similarly controlled.
  • each equation of motion of each mass system Mass can be expressed as the following equation (1).
  • the length of the spring is defined as a spring length a.
  • the right side can be shown as the following formula (8) based on the formula (4) and the formula (6).
  • q (t, x) represents the displacement at the time t and the spatial position x.
  • c represents the wave propagation velocity and can be represented by the following equation (11).
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a mechanical resonance system modeled by the wave equation according to the embodiment of the present invention.
  • This initial condition can be shown as the following formula (12) and the following formula (13).
  • boundary condition can be expressed as the following formula (13) and the following formula (14).
  • the actuator is equipped with a so-called disturbance observer and can generate a position input regardless of the load state.
  • s is a Laplace operator.
  • equation (16) is a second-order ordinary differential equation related to spatial differentiation, the vibration control device can be solved analytically.
  • the transfer function of the wave equation includes a time delay element.
  • the time delay element is included in the characteristic polynomial, it can be seen that a response with vibration is made.
  • FIG. 7 is a block diagram showing an example of a transfer function of a wave equation according to an embodiment of the present invention. That is, FIG. 7 is a block diagram showing an example of the transfer function of the wave equation shown in the above equation (17).
  • a traveling wave A, a reflected wave B, and a reflected wave C are assumed.
  • the traveling wave A and the reflected wave C overlap each other instantaneously.
  • the reflected wave can be defined as the following equation (19).
  • the reflected wave B shown in FIG. 7 corresponds to the wave expressed by the above equation (19) and includes a dead time element. Therefore, it can be said that the negative feedback feedback is constituted by the wave shown in the equation (19).
  • the vibration control device calculates the wave delay value represented by the above equation (19) in the multi-inertia resonance system, and performs control to cancel the reflected wave B by feedforward compensation.
  • the delay value is calculated as in the following equation (20).
  • the vibration control device refers to the tip position e ⁇ Ts Q (s, L) acquired at time “t ⁇ T” in the above equation (20).
  • n indicates a nominal value. The same applies hereinafter.
  • the above equation (20) is a multi-inertia resonance system when the machine TAG (see FIG. 1) to be controlled is a model including an infinite number of mass systems and an elastic system connecting the mass systems.
  • the vibration control device can set a flexible object such as a human body, a machine, or a robot as a control target.
  • the vibration control device may model a two-inertia resonance system.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of a two-inertia resonance system modeled by the vibration control device according to the embodiment of the present invention.
  • the vibration control apparatus may model an object to be controlled by two mass systems and one elastic system connecting the mass systems.
  • the delay value differs depending on the model indicating the object, as shown in FIGS. 4 and 5, for example, and is not limited to the value calculated by the above equation (20).
  • step S102 the vibration control device calculates the inverse system output.
  • FIG. 8 is a block diagram showing an example of the overall processing by the vibration control device according to the embodiment of the present invention.
  • the vibration control apparatus performs semi-closed (Semi-Closed) position control CTL1 in the inner loop.
  • position control CTL1 for example, P control or PI control is performed on the actuator.
  • the vibration control device performs feedback control CTL2 that is a control for suppressing the vibration so that the vibration of the controlled object is reduced in the out-loop.
  • the feedback control CTL2 is performed by positive feedback feedback PFB as shown in the figure.
  • FIG. 8 is an example in which an object of a multi-inertia resonance system is a control target, and the object is an example modeled by a model MDL.
  • the reverse system output is a compensation value fed back by positive feedback by the feedback control CTL2 in order to cancel the reflected wave B shown in FIG. 7, and is calculated as the following equation (21).
  • the element indicated by the following equation (22) is a low-pass filter element.
  • the element represented by the following equation (23) is an inverse system element of the position control CTL1 shown in FIG. Therefore, the following equation (23) may be changed according to the control in the position control CTL1.
  • the vibration control device can perform control so that the vibration of the object is reduced. That is, as shown in the above equation (21), when the inverse system output is calculated, the vibration control device reduces the phase delay and cancels the reflected wave so that the vibration of the controlled object is reduced. Can be controlled.
  • the nominal value of the wave propagation time is set, for example, as in the following equation (24).
  • step S103 the vibration control device corrects the command value by positive feedback. That is, the vibration control device corrects the command value by the inverse system output calculated by the above equation (21). Specifically, the command value is corrected as shown in the following equation (25). For example, the vibration control device adjusts the value fed back by the forward gain “1/2” as shown in the following equation (25).
  • step S104 the vibration control device calculates an acceleration reference value by the position controller. Specifically, when the command value corrected as shown in the above equation (25) is input to the position control CTL1 shown in FIG. 8, the acceleration reference value in the position control CTL1 is expressed by the following equation (26). It is calculated as follows.
  • cutoff angular frequency g r is sufficiently large, i.e., when the error is small the nominal wave propagation time, the transfer function from the command value of the position to the end position, the following (27) as equation Can be shown.
  • the denominator does not include a dead time element. Therefore, when control is performed as in the transfer function shown in the above equation (27), the vibration control device can control the object so that the resonance caused by the dead time is reduced.
  • step S105 the vibration control device converts the acceleration into a current value. Specifically, as shown in the following equation (28), the vibration control device converts the acceleration reference value calculated by the above equation (26) into a current value.
  • M n represents the moment of inertia of the motor.
  • K tn indicates the nominal value of the torque constant.
  • M n and K tn are values set with reference to catalog values, for example.
  • step S106 the vibration control device adds a disturbance compensation value.
  • the vibration control device adds a disturbance compensation value, for example, as in the following equation (29) in order to compensate for the disturbance in the current value calculated by the above equation (28). That is, the vibration control device compensates the disturbance by adding the disturbance compensation value.
  • the method for compensating for the disturbance may be realized by a method other than adding the disturbance compensation value.
  • I cmp dis indicates the compensation current value of the disturbance observer.
  • I cmp dis a commonly used known value or the like is set.
  • the disturbance torque is estimated by applying a low pass filter to the difference between the torque reference value and the acceleration response value multiplied by the nominal inertia. Next, it can be calculated by dividing the estimated disturbance torque by the nominal torque constant.
  • step S107 the vibration control device calculates a voltage command value to the DA converter.
  • the voltage command value to the DA converter is calculated, for example, as in the following equation (30).
  • G conv indicates a current-voltage conversion gain
  • G conv is set by a catalog value of a servo amplifier, for example.
  • the voltage command value to the DA converter is calculated based on the value calculated by the above equation (29).
  • the voltage command value to the DA converter calculated by the above equation (30) is output to the DA converter.
  • step S108 the vibration control device performs output based on the voltage command value by the DA converter. Specifically, the vibration control device outputs the motor driver from the DA converter based on the voltage command value to the DA converter calculated by the above equation (30).
  • the motor 15 shown in FIG. 1 moves based on the control by the DA converter. Along with this, the machine TAG and the like shown in FIG. 1 are controlled.
  • FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an example of an object to be controlled by the vibration control device according to the embodiment of the present invention.
  • the vibration control device controls the motor 15 to control the movement of the machine TAG.
  • the machine TAG is, for example, a flexible manipulator in the space field.
  • manipulators are often reduced in weight in order to reduce transportation costs or save energy for transporting manipulators to space. Therefore, the rigidity of the manipulator may be lowered due to the weight reduction. When a manipulator having low rigidity is moved, high-order vibrations are often generated.
  • the vibration control device controls the manipulator as shown in FIG. 8 or the like, the vibration control device can control the manipulator so that the vibration of the manipulator to be controlled is reduced.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of the tip position of an object measured in an embodiment according to the present invention.
  • the position TAGP measured by the sensor 17 shown in FIG. 1 is preferably the tip portion of the machine TAG.
  • the displacement of the position TAGP is measured by the position detection element.
  • the phase characteristic is an example in which the nominal value of the wave propagation time shown in the above equation (24) is used.
  • the positive feedback feedback PFB shown in FIG. 8 is a characteristic that does not change the gain and changes only the phase.
  • FIG. 11 is a Bode diagram showing an example of the frequency characteristic of the positive feedback in one embodiment according to the present invention.
  • FIG. 11 shows an example in which the primary resonance frequency is set to 1 rad / s.
  • the characteristic of the positive feedback feedback PFB is a characteristic in which a phase advance characteristic in which the phase advances and a phase delay characteristic in which the phase lags alternately occur repeatedly. Therefore, the positive feedback feedback PFB allows the vibration control device to perform 90 deg phase advance compensation for odd-order resonance frequencies. On the other hand, the positive feedback feedback PFB allows the vibration control device to perform ⁇ 90 deg phase delay compensation for even-order resonance frequencies.
  • FIG. 12 is a Bode diagram showing an example of a transfer function when the cutoff angular frequency is changed in one embodiment according to the present invention.
  • FIG. 12 shows the cut-off angular frequencies cut off by the low-pass filter element represented by the above equation (22) as “0.0”, “1.0”, “10.0”, “100.0” and “1000.0”. "And the transfer function when changed respectively.
  • the processing result is similar to the case where the compensation by the positive feedback feedback PFB (see FIG. 8) is not performed, and resonance is generated.
  • the cutoff angular frequency is set to “1.0”, “10.0”, “100.0”, and “1000.0” and the cutoff angular frequency is increased from “0.0”, the resonance amplitude This is an example in which the peak is attenuated. From this result, it can be seen that if the setting is made to increase the cutoff angular frequency, the vibration of the controlled object is reduced. In other words, when the cutoff angular frequency is widened, the vibration control device can attenuate the vibrations of many manipulators, and can control by reducing the vibrations of the manipulators.
  • the manipulator when the manipulator is controlled based on the cutoff angular frequency set by the vibration control device, the resonance amplitude peak is attenuated and the manipulator vibration is reduced.
  • the manipulator can be controlled to reduce the number.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an overall configuration in which the overall processing is performed by the vibration control device according to the embodiment of the present invention. As shown in the drawing, a processing result when the flexible arm is controlled as a machine TAG by the motor 15 will be described below as an example.
  • the illustrated flexible arm had a linear density of 0.27 kg / m and a nominal value of the sectional second moment of 0.833 mm 4 . Therefore, since the flexible arm is lighter in weight than a general aluminum frame or the like, the motor 15 can move the flexible arm even if the driving torque of the motor 15 is relatively small. On the other hand, since the flexible arm is lightweight, its rigidity is low, and resonance is likely to occur when it is moved by control according to the conventional method. On the other hand, the result of the overall processing as shown in FIG. 8 performed by the vibration control device according to the embodiment of the present invention is shown below.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a processing result obtained by performing the entire processing by the vibration control device according to the embodiment of the present invention.
  • 0.01 rad which is the target position PCom is applied as a position command value
  • the flexible arm shown in FIG. 13 is ⁇ 5% from the initial position “0” rad to the target position PCom by the vibration control device.
  • the time taken to move to the position within the range (hereinafter referred to as “settling time”) is shown as a result of measurement.
  • the vibration control device can control the flexible arm so that the settling time is shortened.
  • the vibration control device can be controlled to move the flexible arm quickly to a position within ⁇ 5% of the target position PCom. is there.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an overall configuration in which the overall processing of the comparative example is performed. Compared to FIG. 13, the object to be controlled is different. Hereinafter, different points will be mainly described.
  • the rigid arm AL is moved by the motor 15.
  • the control is an example of semi-closed control in which the position and speed of the motor are fed back.
  • the rigid arm AL had a linear density of 0.5 kg / m and a sectional secondary moment nominal value of 0.742 ⁇ 10 4 mm 4 . Therefore, as compared with the flexible arm shown in FIG. 13, the rigid arm AL is an example in which the arm is sufficiently rigid.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a processing result obtained by performing the entire processing of the comparative example. If the control object is sufficiently rigid like the rigid arm AL shown in FIG. 15, the control object is controlled even in a fast settling time as shown in the figure.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a processing result obtained by performing the entire processing of another comparative example.
  • FIG. 17 shows a processing result of a comparative example when control is performed by so-called resonance ratio control. As shown in the figure, the resonance ratio control resulted in a long settling time.
  • the result of the overall processing performed by the vibration control device according to the embodiment of the present invention was that the settling time could be reduced by about 50% as compared with FIG.
  • FIG. 18 is a functional block diagram illustrating an example of a functional configuration of the vibration control device according to the embodiment of the present invention.
  • the vibration control device 10 includes an actuator control unit FAC, a model unit FMO unit, and a feedback unit FFB.
  • Actuator control unit FAC controls the position and speed of actuators such as motor 15.
  • the actuator control unit FAC is realized by, for example, the CPUDEV1 (see FIG. 2) and the input / output I / FDEV5 (see FIG. 2).
  • the model unit FMO unit models an object such as a machine TAG to generate a model.
  • the model unit FMO is realized by, for example, the CPUDEV1.
  • the feedback unit FFB calculates the inverse system output based on the model generated by the model unit FMO unit and the control by the actuator control unit FAC, and makes the position of the object a positive feedback feedback PFB based on the calculated inverse system output.
  • the feedback unit FFB is realized by, for example, the CPUDEV1.
  • the vibration control device 10 controls an actuator such as the motor 15 by the actuator control unit FAC. By this control, the vibration control apparatus 10 can move an object such as a machine TAG.
  • the vibration control device 10 When the control target is a lightweight manipulator such as the flexible arm shown in FIG. 13, the vibration control device 10 includes an infinite number of mass systems and an elastic system that connects the mass systems by the model unit FMO unit. A model of the inertial resonance system is generated based on the wave equation.
  • the vibration control device 10 calculates the inverse system output by the feedback unit FFB as in the feedback control CTL2 shown in FIG. Further, the vibration control device 10 calculates the inverse system output so that the inverse system output includes a low-pass element, an inverse system element, and a time delay element. Subsequently, the vibration control device 10 causes the position of the object to be positive feedback feedback PFB by the feedback unit FFB based on the calculated inverse system output. Since the inverse system output cancels the reflected wave, the vibration control device 10 can perform control so that the vibration of the controlled object is reduced by the positive feedback feedback PFB by the feedback control CTL2.
  • the vibration control device 10 performs the control as shown in FIG. 8 and the like, it is possible to cause the lightweight flexible manipulator and the like to follow up in a wide band and at a high speed. For this reason, work efficiency can be improved in the space field using a lightweight flexible manipulator or the like or in remote operation.
  • the vibration control device 10 may be applied to industrial machines such as machine tools, semiconductor manufacturing devices, ball screw drive tables, or galvano scanners.
  • the industrial machine may be set so that the gain is increased in the control system for high speed or high accuracy.
  • the vibration control device 10 in order to move the industrial machine quickly, it is necessary to perform control so that higher-order mechanical resonance is reduced. Therefore, by applying the vibration control device 10 to an industrial machine or the like and controlling the industrial machine or the like by the vibration control device 10, the industrial machine or the like can be moved so that the vibration of the industrial machine or the like is reduced.
  • the vibration control device 10 may be applied to industrial machines such as industrial manipulators or industrial positioning devices, or robot systems.
  • industrial machines such as industrial manipulators or industrial positioning devices, or robot systems.
  • an actuator such as a motor that moves the industrial machine or the robot system can be moved by a small drive torque. This makes it possible to save energy in an industrial machine or a robot system.
  • the vibration control device may be applied to a flexible structure or the like.
  • FIG. 19 is a schematic diagram showing an example of a structure to which the vibration control device of one embodiment according to the present invention is applied.
  • the vibration control device may be applied to, for example, the flexible structure STR shown in the figure.
  • the vibration control device performs vibration suppression of the earthquake or the like that the structure STR receives during an earthquake or the like. Accordingly, the vibration control device can protect the structure STR from damage or the like.
  • the vibration control device may be applied to a moving body such as an automobile.
  • FIG. 20 is a schematic diagram illustrating an example of a moving object to which the vibration control device according to the embodiment of the present invention is applied.
  • the vibration control device may be applied to, for example, a so-called active suspension ASUS included in a moving body as illustrated.
  • the vibration control device can control the vibration received by the moving body from the road surface when the moving body moves.
  • the vibration control device can reduce vibrations and the like received by a passenger such as a moving body, and can improve the riding comfort of the moving body and the like.
  • the vibration control device may be applied to a wearable motion support robot such as a so-called robot suit.
  • FIG. 21 is a schematic diagram showing an example of a wearable motion support robot to which the vibration control device according to the embodiment of the present invention is applied.
  • the vibration control device may be applied so as to control an actuator or the like included in the wearable movement support robot as shown in the figure, for example.
  • the vibration control device can reduce camera shake or the like due to aging or muscle strength reduction of the person wearing the wearable motion support robot.
  • the vibration control device may be applied to a robot or the like for performing fine work.
  • FIG. 22 is a schematic diagram showing an example of a robot for performing a fine work as an application destination of the vibration control device according to the embodiment of the present invention.
  • the vibration control device may be applied to, for example, a robot used for performing a fine work as illustrated.
  • the vibration control device can reduce shaking of a person who operates the robot. Therefore, the vibration control device can improve work efficiency or work accuracy in fine work.
  • each processing according to the present invention is described by a low-level language such as a machine language or assembler, a high-level language such as C language, Java (registered trademark) or an object-oriented programming language, or a combination thereof. It may be realized by a program for causing a computer such as an information processing apparatus to execute a procedure for realizing each process. That is, the program is a computer program for causing a computer such as an information processing apparatus to execute each process.
  • the program can be stored and distributed in a computer-readable recording medium such as an auxiliary storage device, a magnetic tape, a magnetic disk, an optical medium, a magneto-optical disk, or a flash memory. Furthermore, the program can be distributed through a telecommunication line such as the Internet.
  • a vibration control system having one or more information processing apparatuses according to an embodiment of the present invention transmits and receives data and signals via a network and the like, and all or part of the processing is performed in parallel, distributed, redundant, or these You may process in combination.
  • FIG. 23 is a block diagram showing the vibration control device used in the comparative example.
  • the PID control performed by the vibration control device of the comparative example is a control using the state feedback SFB together.
  • the experimental results were as follows. First, the case of low gain will be described.
  • FIG. 24 is a diagram illustrating an experimental result example at a low gain according to the comparative example.
  • the figure shows a position indicated by “R (s)” from an initial position (in the example shown, Position is “0”) (in the example shown, Position is “0.005”).
  • the case where the vibration control device of the comparative example operates the flexible arm is shown.
  • the gain value is set to “low gain” compared to “high gain” described later, and the gain value in “low gain” includes the control system band ⁇ n and the primary resonance frequency ⁇ 1. Set to match.
  • the magnitude of each gain is determined according to the pole (position control band) ⁇ n .
  • the position control band is set to be equal to the primary resonance frequency ⁇ 1 .
  • FIG. 25 is a diagram illustrating an example of an experimental result at a high gain according to the comparative example.
  • the figure shows a case where the vibration control device of the comparative example operates the flexible arm from the initial position similar to FIG. 24 to the position indicated by the same “R (s)”.
  • FIG. 25 shows the result of operating the flexible arm using the vibration control device of the comparative example at a higher gain setting than the example shown in FIG.
  • the higher-order vibration HFL is vibration due to secondary resonance or the like.
  • FIG. 26 is a diagram showing an example of an experimental result at a low gain according to an embodiment of the present invention.
  • the figure shows the result of an experiment in which the same gain value, initial position, and position indicated by “R (s)” are set as in FIG. That is, the figure shows the result of operating the flexible arm at a low gain, similar to the comparative example, using the vibration control device of one embodiment according to the present invention.
  • the experimental results were as follows.
  • FIG. 27 is a diagram showing an example of an experimental result at a high gain according to an embodiment of the present invention.
  • the figure shows the result of an experiment in which the same gain value, initial position, and position indicated by “R (s)” are set as in FIG. That is, the figure shows the result of operating the flexible arm with high gain using the vibration control device of one embodiment according to the present invention, as in the comparative example.
  • FIG. 27 shows a result of less high-order vibration HFL (see FIG. 25). Therefore, when the vibration control device according to the embodiment of the present invention is used, even if the gain is set, vibration generated when the flexible arm or the like is operated can be reduced.

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Abstract

アクチュエータを制御して物体を動かす振動制御装置が、前記アクチュエータの位置及び速度を制御し、前記物体をモデル化してモデルを生成し、前記モデル及び前記制御に基づく逆システム出力を計算して、前記逆システム出力に基づいて前記物体の位置を正帰還フィードバックさせる。

Description

振動制御装置、振動制御方法、振動制御システム、プログラム及び記録媒体
　本発明は、振動制御装置、振動制御方法、振動制御システム、プログラム及び記録媒体に関する。
　従来、外乱等の不確かさに対してロバスト性の高いスライディングモード制御（Ｓｌｉｄｉｎｇ　Ｍｏｄｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）又はＨ∞制御（Ｈ－ｉｎｆｉｎｉｔｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）等の制御方法が知られている。
　例えば、特許文献１等では、制御において、速度フィードバック信号の高周波成分を除去し、高周波数の振動を起こさないようにするため、遅れ要素による位相の遅れを補償し、機械系の速度を目標速度に精度よく追従させる方法等が知られている。具体的には、フィルタ要素のモデル及びむだ時間遅れ要素のモデルをそれぞれ通過させた機械系のモデルからの出力が、機械系の速度と等しくなるようにし、かつ、機械系のモデルからの出力を速度制御系のフィードバックとする方法が知られている。
特開２００３－３３０６６号公報
　しかしながら、例えば、制御対象が高速又は広帯域で制御されると、共振等によって振動が発生する場合がある。また、運搬コストの軽減又は省エネルギー化等の目的で制御対象が軽量化されることによって、制御対象となる物体が軽量であると、共振等による振動が低周波域に発生する場合がある。これに対して、従来の方法では、共振等による振動の影響を少なくするには、安定化補償器等が必要となり、制御器等が複雑化してしまう場合が多い。
　そこで、上記課題を解決するために、本発明では、制御対象の位置について時間遅れ等を考慮して、位相が反転しない正帰還フィードバック（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ　Ｆｅｅｄｂａｃｋ）を行う。これによって、本発明の１つの側面として、制御対象の振動が少なくなるように、制御を行うことができる振動制御装置、振動制御方法、振動制御システム及びプログラムを提供することを目的とする。
　本発明の一つの態様では、アクチュエータを制御して物体を動かす振動制御装置は、前記アクチュエータの位置及び速度を制御するアクチュエータ制御部と、前記物体をモデル化してモデルを生成するモデル部と、前記モデル及び前記制御に基づく逆システム出力を計算して、前記逆システム出力に基づいて前記物体の位置を正帰還フィードバックさせるフィードバック部とを含む。
　本発明に係る実施形態によって、制御対象の振動が少なくなるように、制御を行うことができる振動制御装置、振動制御方法、振動制御システム及びプログラムを提供することができる。
本発明に係る一実施形態の振動制御装置の全体構成の一例を示すブロック図である。 本発明に係る一実施形態の振動制御装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 本発明に係る一実施形態の振動制御装置による全体処理の一例を示すフローチャートである。 本発明に係る一実施形態の振動制御装置によってモデル化される多慣性共振系の一例を示す模式図である。 本発明に係る一実施形態の振動制御装置によってモデル化される二慣性共振系の一例を示す模式図である。 本発明に係る一実施形態の波動方程式によってモデル化される機械共振系の一例を示す図である。 本発明に係る一実施形態の波動方程式の伝達関数の一例を示すブロック線図である。 本発明に係る一実施形態の振動制御装置による全体処理の一例を示すブロック線図である。 本発明に係る一実施形態の振動制御装置による制御対象となる物体の一例を示す模式図である。 本発明に係る一実施形態において計測される物体の先端位置の一例を示す模式図である。 本発明に係る一実施形態における正帰還フィードバックの周波数特性の一例を示すボード線図である。 本発明に係る一実施形態における遮断角周波数を変化させた場合の伝達関数の一例を示すボード線図である。 本発明に係る一実施形態における振動制御装置によって全体処理を行った全体構成を示す図である。 本発明に係る一実施形態における振動制御装置によって全体処理を行った処理結果を示す図である。 比較例の全体処理を行った全体構成を示す図である。 比較例の全体処理を行った処理結果を示す図である。 別の比較例の全体処理を行った処理結果を示す図である。 本発明に係る一実施形態の振動制御装置の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。 本発明に係る一実施形態の振動制御装置の応用先となる構造物の一例を示す模式図である。 本発明に係る一実施形態の振動制御装置の応用先となる移動体の一例を示す模式図である。 本発明に係る一実施形態の振動制御装置の応用先となる装着型動作支援ロボットの一例を示す模式図である。 本発明に係る一実施形態の振動制御装置の応用先となる微細作業を行うためのロボットの一例を示す模式図である。 比較例に用いた振動制御装置を示すブロック線図である。 比較例に係る低ゲインにおける実験結果例を示す図である。 比較例に係る高ゲインにおける実験結果例を示す図である。 本発明に係る一実施形態の低ゲインにおける実験結果例を示す図である。 本発明に係る一実施形態の高ゲインにおける実験結果例を示す図である。
　以下、本発明の実施形態について、主に添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面に示す実施形態例において、実質的に同一の要素については、同一の符号及び名称を付し、重複する要素については、説明を省略する。また、以下の説明では、同一の変数は、同一の文字を付して説明する。
　［全体構成例及びハードウェア構成例］
　図１は、本発明に係る一実施形態の振動制御装置の全体構成の一例を示すブロック図である。以下、図示する振動制御システム１を例に説明する。図示する振動制御システム１は、振動制御装置１０と、カウンタ（Ｃｏｕｎｔｅｒ）１１と、ＤＡ（Ｄｉｇｉｔａｌ－Ａｎａｌｏｇ）変換器１２と、カウンタ又はＡＤ（Ａｎａｌｏｇ－Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器１３（以下単に「ＡＤ変換器１３」という。）と、モータドライバ１４と、アクチュエータの例としてモータ（Ｍｏｔｏｒ）１５と、エンコーダ（Ｅｎｃｏｄｅｒ）１６と、センサ（Ｓｅｎｓｏｒ）１７とを有する。
　図示するように、振動制御装置１０には、カウンタ１１、ＤＡ変換器１２及びＡＤ変換器１３がそれぞれケーブル等で接続される。また、ＤＡ変換器１２には、モータドライバ１４がケーブル等で接続される。さらに、モータドライバ１４には、モータ１５がケーブル等で接続される。さらにまた、モータ１５には、物体の例、即ち、制御対象の例となる機械又はロボット等（以下、単に「機械ＴＡＧ」という。）が接続又は接触する。
　また、図示するように、モータ１５には、エンコーダ１６が接続される。この場合には、モータ１５の回転量、即ち、角度等でモータの位置ＭＰを示す信号及びモータ１５の回転速度、即ち、角速度等でモータの速度ＭＶを示す信号が、エンコーダ１６からカウンタ１１にそれぞれ出力される。次に、カウンタ１１は、エンコーダ１６から出力される信号をカウンタ値等のデータにして、振動制御装置１０に出力する。
　一方、図示するように、機械ＴＡＧには、センサ１７が取り付けられる。この場合には、機械ＴＡＧの位置ＴＡＧＰを示す信号が、センサ１７からＡＤ変換器１３に出力される。次に、ＡＤ変換器１３は、センサ１７からの信号がアナログ信号である場合には、信号をＡ／Ｄ変換して、機械ＴＡＧの位置ＴＡＧＰを示すデータを生成し、振動制御装置１０に出力する。
　なお、振動制御システム１は、図示する構成に限られない。例えば、カウンタ１１、ＤＡ変換器１２、ＡＤ変換器１３及びモータドライバ１４等の各装置は、別々の装置である必要はなく、振動制御装置１０等と一体であってもよい。また、各装置は、それぞれ複数の装置で構成されてもよい。
　ＤＡ変換器１２は、振動制御装置１０からモータ１５を制御するための制御信号をモータドライバ１４に出力する。次に、モータドライバ１４は、入力する制御信号に基づいて、モータ１５を制御する。続いて、モータドライバによる制御によって、モータ１５が動くと、機械ＴＡＧとモータ１５とが接続されている場合等では、機械ＴＡＧは、モータ１５の動きに伴って動く。なお、アクチュエータは、モータ１５に限られず、例えば、リニアアクチュエータ等の他の種類のアクチュエータでもよい。
　モータ１５の動きを示すモータ１５の位置ＭＰ及び速度ＭＶは、カウンタ１１及びエンコーダ１６等によって計測され、振動制御装置１０に出力される。また、機械ＴＡＧの位置ＴＡＧＰは、ＡＤ変換器１３及びセンサ１７等によって計測され、振動制御装置１０に出力される。
　また、エンコーダ１６は、モータ１５の位置ＭＰ及び速度ＭＶを計測できる計測器であればよく、例えば、ポテンショメータ（Ｐｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｅｒ）等の他の種類の計測器でもよい。なお、カウンタ１１は、エンコーダ１６の種類に応じて変更されてもよく、例えば、エンコーダ１６がポテンショメータ等のアナログ信号を出力する計測器である場合には、カウンタ１１は、ＡＤ変換器等でもよい。
　同様に、センサ１７は、機械ＴＡＧの位置ＴＡＧＰを計測できる計測器であればよい。例えば、センサ１７は、レーザダイオード及び位置検出素子（ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ））等である。なお、センサ１７は、レーザダイオード等に限られず、位置を計測できる他の種類の計測器でもよい。例えば、センサ１７は、高速度カメラ等でもよい。
　図２は、本発明に係る一実施形態の振動制御装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。例えば、振動制御装置１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）ＤＥＶ１と、記憶装置ＤＥＶ２と、入力装置ＤＥＶ３と、出力装置ＤＥＶ４と、入出力Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ＤＥＶ５とを有する。また、図示するように、振動制御装置１０が有する各デバイスは、バス（ｂｕｓ）ＤＥＶ６によって接続され、データ及び信号等を相互に送受信する。
　図示するように、振動制御装置１０は、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等の情報処理装置である。なお、振動制御装置１０は、ＰＣに限られず、振動制御装置１０は、サーバ、ワークステーション、タブレット、電子回路、マイコン又はこれらの組み合わせ等であり、ＰＣ以外の種類の情報処理装置でもよい。以下、振動制御装置１０が図示するハードウェア構成であるＰＣの例で説明する。
　ＣＰＵＤＥＶ１は、振動制御装置１０が行う各種処理及び各種制御を実現するための演算と各種データの加工とを行う演算装置である。さらに、ＣＰＵＤＥＶ１は、ＰＣ１０が有するハードウェアを制御する制御装置である。
　記憶装置ＤＥＶ２は、振動制御装置１０が使うデータ、プログラム及び設定値等を記憶する。また、記憶装置ＤＥＶ２は、いわゆるメモリ（ｍｅｍｏｒｙ）等である。なお、記憶装置ＤＥＶ２は、ハードディスク（ｈａｒｄｄｉｓｋ）等の補助記憶装置等を有してもよい。
　入力装置ＤＥＶ３は、振動制御装置１０を使用するユーザ等によるコマンド又はパラメータ等を入力する操作を受け付ける装置である。具体的には、入力装置ＤＥＶ３は、例えば、キーボード、マウス又はこれらの組み合わせ等である。
　出力装置ＤＥＶ４は、振動制御装置１０を使用するユーザ等に対して、処理結果等を文字、画像又はこれらを組み合わせて出力する表示装置等である。具体的には、出力装置ＤＥＶ４は、ディスプレイ等である。
　なお、入力装置ＤＥＶ３及び出力装置ＤＥＶ４は、入力装置ＤＥＶ３及び出力装置ＤＥＶ４が一体となるタッチパネル等でもよい。
　入出力Ｉ／ＦＤＥＶ５は、ネットワーク又はケーブル等を介して接続される外部装置と各種データ及び信号等を送受信する。例えば、入出力Ｉ／ＦＤＥＶ５は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）ポート、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｂｕｓ）ポート又はこれらの組み合わせ等である。なお、入出力Ｉ／ＦＤＥＶ５は、有線に限られず、無線で外部装置と送受信するＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等のＩ／Ｆでもよい。また、入出力Ｉ／ＦＤＥＶ５は、ＰＣＩｅ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ　Ｅｘｐｒｅｓｓ）等であり、電子回路基板等が接続され、電子回路基板等を介してデータ及び信号を入出力するＩ／Ｆであってもよい。
　なお、振動制御装置１０は、各ハードウェア資源による処理等を補助する補助装置を更に有する構成でもよい。また、振動制御装置１０は、各種処理を並列、冗長又は分散して処理するため、装置を内部又は外部に更に有してもよい。さらに、振動制御装置１０は、複数の情報処理装置で構成されてもよい。
　［全体処理例］
　図３は、本発明に係る一実施形態の振動制御装置による全体処理の一例を示すフローチャートである。
　［バッファリングによる物体の先端位置の遅延値の計算例（ステップＳ１０１）］
　ステップＳ１０１では、振動制御装置は、バッファリングによって、物体の先端位置の遅延値を計算する。
　図４は、本発明に係る一実施形態の振動制御装置によってモデル化される多慣性共振系の一例を示す模式図である。以下、図示するように、モータ１５等のアクチュエータが境界に配置される直動システムにおいて、質量ｍの質量系Ｍａｓｓが複数結合されるモデルで説明する。なお、図示するモデルでは、それぞれの質量系Ｍａｓｓは、弾性系の例であるばねでそれぞれ結合されるとする。また、図示するモデルでは、各ばねは、ばね定数ｋであるとする。さらに、モデルでは、各変位をそれぞれ変位ｑとし、各変位ｑを合計したシステム全体の長さを全長Ｌとする。さらにまた、変位ｑの添え字は、それぞれ質量系番号を示し、質量系番号ｉは、（０＜ｉ＜Ｎ）であり、質量系番号ｉが「ｍ」となる場合には、モータ１５を示す。なお、以下の説明では、図示する直動システムを例に説明するが、制御対象となる物体は、直動システムに限られず、回転系等についても同様に制御対象にできる。
　以下、図示する直動システムを示す多慣性共振系のモデルの例で説明する。この例では、各質量系Ｍａｓｓのそれぞれの運動方程式は、下記（１）式のように示せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 　上記（１）式に対して、境界条件を下記（２）式及び下記（３）式の通りとする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 　上記（２）式及び上記（３）式にそれぞれ示す境界条件を用いると、各質量系Ｍａｓｓの運動方程式は、下記（４）式のように示せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 　ここで、多慣性共振系において、距離の概念を導入するため、ばねの長さをばね長ａとする。この場合には、全長Ｌは、有限値であり、かつ、「Ｌ＝（Ｎ－１）ａ」である。そのため、値が十分大きい「Ｎ」に対して、ばね長ａは、微小な値となる。したがって、時刻ｔにおける質量系番号ｉの変位は、下記（５）式のように示せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 　上記（５）式に基づいて、空間位置ｘにおける変数は、「ｘ＝ｉａ」であるとすると、下記（６）式のように示せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 　上記（６）式の右辺は、２次関数であるので、質量系番号ｉの運動方程式を示す上記（６）式の左辺は、下記（７）式のように示せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 　一方、右辺は、上記（４）式及び上記（６）式に基づいて、下記（８）式のように示せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
 　上記（８）式において、「Ｎ→∞」、即ち、「ａ→０」とすると、下記（９）式のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
 　上記（７）式及び上記（９）式より、下記（１０）式に示すような波動方程式が、導かれる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
 　上記（１０）式において、ｑ（ｔ，ｘ）は、時刻ｔかつ空間位置ｘにおける変位を示す。また、上記（１０）式において、ｃは、波の伝播速度を示し、下記（１１）式のように示せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
 　図６は、本発明に係る一実施形態の波動方程式によってモデル化される機械共振系の一例を示す図である。図示する機械共振系において、初期条件では、すべての質量系は、すべて静止しているとする。この初期条件は、下記（１２）式及び下記（１３）式のように示せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
 　また、境界条件は、下記（１３）式及び下記（１４）式のように示せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
 　上記（１４）式は、「ｘ＝０」におけるアクチュエータによる位置入力を示す。この場合において、アクチュエータは、いわゆる外乱オブザーバを実装し、負荷の状態によらず、位置入力を発生できるとする。
　また、上記（１５）式は、「ｘ＝Ｌ」において、自由端となるように設定する境界条件を示す。
　次に、位置入力から空間位置ｘにおける変位までの伝達関数を導入すると、まず、上記（１０）式に示す波動方程式は、上記（１２）式及び上記（１３）式にそれぞれ示す初期条件の下でラプラス変換すると、下記（１６）式のように示せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
 　なお、上記（１６）式では、ｓは、ラプラス演算子である。また、上記（１６）式は、空間微分に係る２階の常微分方程式であるため、振動制御装置は、解析的に解くことが可能である。
　さらに、上記（１４）式及び上記（１５）式にそれぞれ示す境界条件を用いると、位置入力から「ｘ＝Ｌ」の位置までの伝達関数は、例えば下記（１７）式のように示せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
 　上記（１７）式が示す伝達関数から、波動方程式の伝達関数には、むだ時間要素が含まれることがわかる。特に、波動方程式の伝達関数において、特性多項式にむだ時間要素が含まれるため、振動を伴う応答がされることがわかる。
　図７は、本発明に係る一実施形態の波動方程式の伝達関数の一例を示すブロック線図である。即ち、図７は、上記（１７）式に示す波動方程式の伝達関数の一例をブロック線図で示す。
　図７では、進行波Ａ、反射波Ｂ及び反射波Ｃとする。まず、進行波Ａは、「ｘ＝Ｌ」の位置において、反射波Ｃを発生させる。なお、進行波Ａ及び反射波Ｃの２つの波は、瞬時に重なり合う。また、「ｘ＝Ｌ」の位置で、進行波Ａが発生させて反射された反射波Ｂは、「ｘ＝０」の位置へ伝播し、入力と重なり合う。したがって、反射波Ｂは、むだ時間要素を含み、負帰還フィードバックされるため、各位置の変位は、振動的な応答となる。ゆえに、反射波を除去するように制御が行われると、振動制御装置は、多慣性共振系において、制御対象の振動が少なくなるように、制御を行うことができる。
　ここで、まず、反射波を定義する。上記（１７）式を変形すると、下記（１８）式のように示せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
 　上記（１８）式に基づいて、反射波は、下記（１９）式のように定義できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
 　図７に示す反射波Ｂは、上記（１９）式で示す波が相当し、むだ時間要素を含む。したがって、上記（１９）式に示す波によって負帰還フィードバックが構成されるといえる。
　これに対して、振動制御装置は、多慣性共振系において、上記（１９）式で示す波の遅延値を計算し、フィードフォワード補償によって、反射波Ｂを相殺するように制御する。
　例えば、図示するモデルでは、遅延値は、下記（２０）式のように計算される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000023
 　即ち、振動制御装置は、上記（２０）式において、時刻「ｔ－Ｔ」で取得した先端位置ｅ－ＴｓＱ（ｓ，Ｌ）を参照する。なお、上記（２０）式では、「ｎ」は、ノミナル（ｎｏｍｉｎａｌ）値を示す。以下、同様に記載する。
　また、上記（２０）式は、制御対象となる機械ＴＡＧ（図１参照）が、無限個の質量系及び各質量系を結ぶ弾性系を含むモデルである場合、即ち、多慣性共振系である場合の例である。この例のように、多慣性共振系を波動方程式に基づいて、モデル化することによって、振動制御装置は、人体、機械又はロボット等の柔軟な物体を制御対象とすることができる。一方、振動制御装置は、二慣性共振系をモデル化してもよい。
　図５は、本発明に係る一実施形態の振動制御装置によってモデル化される二慣性共振系の一例を示す模式図である。図示するように、振動制御装置は、制御対象となる物体を２つの質量系と、各質量系を結ぶ１つの弾性系とでモデル化してもよい。
　即ち、遅延値は、例えば、図４と、図５とに示すように、物体を示すモデル等によって異なるため、上記（２０）式によって計算される値に限られない。
　［逆システム出力の計算例（ステップＳ１０２）］
　図３に戻り、ステップＳ１０２では、振動制御装置は、逆システム出力を計算する。
　図８は、本発明に係る一実施形態の振動制御装置による全体処理の一例を示すブロック線図である。図示するように、振動制御装置は、インナーループにおいて、セミクローズド（Ｓｅｍｉ－Ｃｌｏｓｅｄ）の位置制御ＣＴＬ１を行う。位置制御ＣＴＬ１では、アクチュエータに対して、例えば、Ｐ制御又はＰＩ制御が行われる。
　さらに、図示するように、振動制御装置は、アウトループにおいて、制御対象の振動が少なくなるように、振動を抑制する制御となるフィードバック制御ＣＴＬ２を行う。なお、フィードバック制御ＣＴＬ２は、図示するように、正帰還フィードバックＰＦＢで行われる。
　また、図８では、多慣性共振系の物体を制御対象とする例で、物体は、モデルＭＤＬによってモデル化される例である。
　逆システム出力は、図７に示す反射波Ｂを相殺させるため、フィードバック制御ＣＴＬ２によって、正帰還でフィードバックされる補償値であり、下記（２１）式のように計算される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000024
 　なお、上記（２１）式において、下記（２２）式が示す要素は、ローパスフィルタ要素となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000025
 　また、上記（２１）式において、下記（２３）式が示す要素は、図８に示す位置制御ＣＴＬ１の逆システム要素となる。したがって、下記（２３）式は、位置制御ＣＴＬ１における制御に応じて、変更されてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000026
 　上記（２１）式によって計算される補償値が正帰還フィードバックＰＦＢされると、振動制御装置は、物体の振動が少なくなるように、制御することができる。即ち、上記（２１）式のように、逆システム出力が計算されると、振動制御装置は、位相遅れが少なく、かつ、反射波を相殺して、制御対象の振動が少なくなるように、物体を制御することができる。
　また、上記（２１）式等の計算では、波動伝播時間のノミナル値が、例えば、下記（２４）式のように、設定される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000027
 　［正帰還補償による指令値の修正例（ステップＳ１０３）］
　図３に戻り、ステップＳ１０３では、振動制御装置は、正帰還フィードバックによって指令値を修正する。即ち、振動制御装置は、上記（２１）式で計算される逆システム出力によって指令値を修正する。具体的には、指令値は、下記（２５）式のように、修正される。例えば、振動制御装置は、下記（２５）式のように、前向きゲイン「１／２」によって、フィードバックされる値を調整する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000028
 　即ち、上記（２５）式に示すように修正された指令値が、図８に示す位置制御ＣＴＬ１に入力される。
　［位置制御器による加速度参照値の計算例（ステップＳ１０４）］
　ステップＳ１０４では、振動制御装置は、位置制御器によって加速度参照値を計算する。具体的には、上記（２５）式に示すように修正された指令値が図８に示す位置制御ＣＴＬ１に入力される場合には、位置制御ＣＴＬ１において、加速度参照値は、下記（２６）式のように計算される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000029
 　ここで、逆システム出力において、遮断角周波数ｇｒが十分大きい、即ち、ノミナル波動伝播時間に誤差が少ないとすると、位置の指令値から先端位置までの伝達関数は、下記（２７）式のように示せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000030
 　上記（２７）式では、分母には、むだ時間要素が含まれないのがわかる。したがって、上記（２７）式に示す伝達関数のように制御が行われると、振動制御装置は、むだ時間によって生じる共振が少なくなるように、物体を制御することができる。
　［加速度から電流値への換算例（ステップＳ１０５）］
　ステップＳ１０５では、振動制御装置は、加速度から電流値へ換算する。具体的には、振動制御装置は、下記（２８）式に示すように、上記（２６）式によって計算される加速度参照値を電流値に換算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000031
 　なお、上記（２８）式では、「Ｍｎ」は、モータの慣性モーメントを示す。また、上記（２８）式では、「Ｋｔｎ」は、トルク定数のノミナル値を示す。「Ｍｎ」及び「Ｋｔｎ」は、例えば、カタログ値等を参照して設定される値である。
　［外乱補償値の加算例（ステップＳ１０６）］
　ステップＳ１０６では、振動制御装置は、外乱補償値を加算する。具体的には、振動制御装置は、上記（２８）式によって計算される電流値において、外乱を補償するため、例えば、下記（２９）式のように、外乱補償値を加算する。即ち、振動制御装置は、外乱補償値を加算することによって、外乱を補償する。なお、外乱を補償する方法は、外乱補償値を加算する以外の方法で実現されてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000032
 　なお、上記（２９）式では、「Ｉｃｍｐ ｄｉｓ」は、外乱オブザーバの補償電流値を示す。「Ｉｃｍｐ ｄｉｓ」には、一般的に用いられる公知の値等が設定される。例えば、トルク参照値と、加速度応答値とにノミナル慣性を掛けた値の差に、ローパスフィルタを施すことで、外乱トルクが推定される。次に、推定される外乱トルクをノミナルトルク定数により除することで、計算できる。
　［ＤＡ変換器への電圧指令値の計算例（ステップＳ１０７）］
　ステップＳ１０７では、振動制御装置は、ＤＡ変換器への電圧指令値を計算する。具体的には、ＤＡ変換器への電圧指令値は、例えば、下記（３０）式のように計算される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000033
 　なお、上記（３０）式では、「Ｇｃｏｎｖ」は、電流電圧換算ゲインを示し、「Ｇｃｏｎｖ」は、例えば、サーボアンプのカタログ値等により設定される。
　上記（３０）式で示すように、ＤＡ変換器への電圧指令値は、上記（２９）式によって計算される値に基づいて計算される。次に、上記（３０）式によって計算されるＤＡ変換器への電圧指令値は、ＤＡ変換器へ出力される。
　［ＤＡ変換器による出力例（ステップＳ１０８）］
　ステップＳ１０８では、振動制御装置は、ＤＡ変換器によって電圧指令値に基づく出力を行う。具体的には、振動制御装置は、上記（３０）式で計算されるＤＡ変換器への電圧指令値に基づいて、モータドライバに対して、ＤＡ変換器から出力を行う。
　ＤＡ変換器から出力が行われると、図１に示すモータ１５がＤＡ変換器による制御に基づいて動く。これに伴って図１に示す機械ＴＡＧ等が制御される。
　［制御対象となる物体例］
　図９は、本発明に係る一実施形態の振動制御装置による制御対象となる物体の一例を示す模式図である。例えば、振動制御装置は、モータ１５を制御して、機械ＴＡＧの動きを制御する。また、機械ＴＡＧは、例えば、宇宙分野における柔軟なマニピュレータ（ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ）等である。
　宇宙分野では、宇宙へマニピュレータを運搬する運搬コストの削減又は省エネルギー化を行うため、マニピュレータを軽量化する場合が多い。そのため、軽量化によって、マニピュレータの剛性が低くなる場合がある。剛性が低いマニピュレータは、動かすと、高次の振動が発生する場合が多い。これに対して、振動制御装置が図８等に示すようにマニピュレータを制御すると、振動制御装置は、制御対象となるマニピュレータの振動が少なくなるように、マニピュレータを制御することができる。
　図１０は、本発明に係る一実施形態において計測される物体の先端位置の一例を示す模式図である。図１に示すセンサ１７によって計測される位置ＴＡＧＰは、機械ＴＡＧの先端部分であるのが望ましい。具体的には、制御対象が図９に示すマニピュレータ等である場合には、マニピュレータの全長を全長Ｌとすると、先端部分は、モータ１５が接続される端とは異なる方の端である。即ち、図１０では、モータ１５が接続される端を「ｘ＝Ｏ」とすると、先端部分は、「ｘ＝Ｌ」の位置等である。
　例えば、センサ１７がレーザダイオード及び位置検出素子である場合には、図示する位置ＴＡＧＰ、即ち、「ｘ＝Ｌ」の位置に、レーザダイオードが取り付けられる。これに対して、位置検出素子によって、位置ＴＡＧＰの変位が計測される。
　なお、位置ＴＡＧＰ、即ち、先端部分は、「ｘ＝Ｌ」の位置に限られず、先端と近似できる位置であればよい。例えば、位置ＴＡＧＰは、図示する「ｘ＝８／１０Ｌ」乃至「ｘ＝Ｌ」の範囲のうち、いずれかの位置であればよい。
　［周波数特性の評価結果例］
　上述の説明では、正帰還フィードバックによる物理的な特性を説明したのに対し、以下の説明では、周波数特性について説明する。まず、逆システム要素を除いた場合の正帰還フィードバックの周波数特性は、下記（３１）式及び下記（３２）式のように示せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000034
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000035
 　なお、位相特性には、上記（２４）式に示す波動伝播時間のノミナル値が用いられた例である。
　上記（３１）及び上記（３２）式より、図８に示す正帰還フィードバックＰＦＢは、ゲインの変化がなく、かつ、位相のみを変化させる特性であるといえる。
　図１１は、本発明に係る一実施形態における正帰還フィードバックの周波数特性の一例を示すボード線図である。なお、図１１は、１次共振周波数を１ｒａｄ／ｓに設定した例である。
　図示するように、正帰還フィードバックＰＦＢ（図８参照）の特性は、位相が進む位相進み特性と、位相が遅れる位相遅れ特性とが交互に繰り返し発生する特性である。したがって、正帰還フィードバックＰＦＢによって、振動制御装置は、奇数次の共振周波数に対しては、９０ｄｅｇ位相進み補償を行うことができる。一方、正帰還フィードバックＰＦＢによって、振動制御装置は、偶数次の共振周波数に対しては、－９０ｄｅｇ位相遅れ補償を行うことができる。
　図１２は、本発明に係る一実施形態における遮断角周波数を変化させた場合の伝達関数の一例を示すボード線図である。図１２は、上記（２２）式で示すローパスフィルタ要素によって遮断される遮断角周波数を「０．０」、「１．０」、「１０．０」、「１００．０」及び「１０００．０」とそれぞれ変化させた場合の伝達関数をそれぞれ示す。
　図示するように、遮断角周波数が「０．０」であると、正帰還フィードバックＰＦＢ（図８参照）による補償を行わない場合と近い処理結果となり、共振が発生した例である。一方、遮断角周波数を「１．０」、「１０．０」、「１００．０」及び「１０００．０」とし、遮断角周波数を「０．０」から増加させた設定では、共振の振幅のピークが減衰した例である。この結果より、遮断角周波数を増加させる設定とすると、制御対象の振動が少なくなるのがわかる。即ち、振動制御装置は、遮断角周波数を広くすると、多くのマニピュレータの振動を減衰させることができ、マニピュレータの振動を少なくして制御を行うことができる。
　したがって、振動制御装置が設定される遮断角周波数に基づいてマニピュレータを制御すると、共振の振幅のピークが減衰し、マニピュレータの振動が少なくなるため、振動制御装置は、制御対象となるマニピュレータの振動が少なくなるように、マニピュレータを制御することができる。
　［処理結果例］
　図１３は、本発明に係る一実施形態における振動制御装置によって全体処理を行った全体構成を示す図である。図示するように、モータ１５によって、機械ＴＡＧとして、柔軟アームを制御した場合の処理結果を例にして以下説明する。
　図示する柔軟アームは、具体的には、線密度が０．２７ｋｇ／ｍ、断面二次モーメント公称値が０．８３３ｍｍ４であった。したがって、柔軟アームは、一般的なアルミフレーム等と比較すると、質量が軽量であるため、モータ１５の駆動トルクが比較的小さくても、モータ１５は、柔軟アームを動かすことができる。一方、柔軟アームは、軽量であるため、剛性が低く、従来の方式による制御で動かすと、共振が発生しやすい。これに対して、本発明に係る一実施形態における振動制御装置が、図８に示すような全体処理を行った結果を以下に示す。
　図１４は、本発明に係る一実施形態における振動制御装置によって全体処理を行った処理結果を示す図である。図１４は、目標位置ＰＣｏｍである０．０１ｒａｄを位置指令値として印加し、振動制御装置によって、図１３に示す柔軟アームが初期位置である「０」ｒａｄから目標位置ＰＣｏｍに対して±５％以内の位置へ動かされるまでの時間（以下「整定時間」という。）を評価値として計測した結果を示す。図示するように、振動制御装置は、整定時間が短くなるように、柔軟アームを制御することができる。
　図示するように、柔軟アーム等の柔軟な物体が制御対象であっても、振動制御装置は、目標位置ＰＣｏｍに対して±５％以内の位置に、柔軟アームを速く動かすように制御できる例である。
　［比較例］
　図１５は、比較例の全体処理を行った全体構成を示す図である。図１３と比較すると、制御対象となる物体が異なる点である。以下、異なる点を中心に説明する。
　比較例は、剛体アームＡＬをモータ１５によって、動かした例である。なお、制御は、モータの位置及び速度をそれぞれフィードバックさせたセミクローズド制御とした例である。剛体アームＡＬは、具体的には、線密度が０．５ｋｇ／ｍ、断面二次モーメント公称値が０．７４２×１０４ｍｍ４であった。したがって、図１３に示す柔軟アームと比較して、剛体アームＡＬは、十分に剛性があった例である。
　図１６は、比較例の全体処理を行った処理結果を示す図である。図１５に示す剛体アームＡＬのように、十分に剛性がある制御対象であれば、図示するように、制御対象は、速い整定時間でも制御される。
　図１７は、別の比較例の全体処理を行った処理結果を示す図である。図１７は、いわゆる共振比制御によって制御を行った場合の比較例による処理結果を示す。図示するように、共振比制御では、整定時間が長くなってしまう結果となった。
　一方、本発明に係る一実施形態における振動制御装置によって全体処理を行った処理結果は、図１７と比較すると、整定時間を約５０％程度短縮できる結果となった。
　［機能構成例］
　図１８は、本発明に係る一実施形態の振動制御装置の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。図示するように、振動制御装置１０は、アクチュエータ制御部ＦＡＣと、モデル部ＦＭＯ部と、フィードバック部ＦＦＢとを含む。
　アクチュエータ制御部ＦＡＣは、モータ１５等のアクチュエータの位置及び速度を制御する。なお、アクチュエータ制御部ＦＡＣは、例えば、ＣＰＵＤＥＶ１（図２参照）及び入出力Ｉ／ＦＤＥＶ５（図２参照）等によって実現される。
　モデル部ＦＭＯ部は、機械ＴＡＧ等の物体をモデル化してモデルを生成する。なお、モデル部ＦＭＯは、例えば、ＣＰＵＤＥＶ１等によって実現される。
　フィードバック部ＦＦＢは、モデル部ＦＭＯ部が生成するモデル及びアクチュエータ制御部ＦＡＣによる制御に基づく逆システム出力を計算して、計算される逆システム出力に基づいて物体の位置を正帰還フィードバックＰＦＢさせる。なお、フィードバック部ＦＦＢは、例えば、ＣＰＵＤＥＶ１等によって実現される。
　振動制御装置１０は、アクチュエータ制御部ＦＡＣによってモータ１５等のアクチュエータを制御する。この制御によって、振動制御装置１０は、機械ＴＡＧ等の物体を動かすことができる。
　制御対象が図１３に示す柔軟アームのように、軽量なマニピュレータである場合には、振動制御装置１０は、モデル部ＦＭＯ部によって、無限個の質量系及び各質量系を結ぶ弾性系を含む多慣性共振系のモデルを波動方程式に基づいて生成する。
　次に、振動制御装置１０は、フィードバック部ＦＦＢによって、図８に示すフィードバック制御ＣＴＬ２のように、逆システム出力を計算する。また、逆システム出力に、ローパス要素、逆システム要素及び時間遅れ要素が含まれるように、振動制御装置１０は、逆システム出力を計算する。続いて、振動制御装置１０は、フィードバック部ＦＦＢによって、計算される逆システム出力に基づいて、物体の位置を正帰還フィードバックＰＦＢさせる。逆システム出力は、反射波を相殺させるため、フィードバック制御ＣＴＬ２による正帰還フィードバックＰＦＢによって、振動制御装置１０は、制御対象の振動が少なくなるように、制御を行うことができる。
　したがって、振動制御装置１０が図８等に示すように制御を行うことによって、軽量な柔軟マニピュレータ等を広帯域かつ高速に追従動作させることが可能となる。このため、軽量な柔軟マニピュレータ等を利用する宇宙分野又は遠隔操作等で作業効率の向上を図ることができる。
　また、振動制御装置１０は、工作機械、半導体製造装置、ボールねじ駆動テーブル又はガルバノスキャナ等の産業機械に応用されてもよい。産業機械は、高速又は高精度化等のため、制御系において、ゲインが高くなるように、設定が行われる場合がある。このような場合等において、産業機械を速く動かすには、より高次の機械共振が少なくなるように制御を行う必要がある。したがって、振動制御装置１０を産業機械等に応用させて、振動制御装置１０が産業機械等を制御することによって、産業機械等の振動が少なくなるように、産業機械等を動かすことができる。
　さらに、振動制御装置１０は、産業用マニピュレータ若しくは産業用位置決め装置等の産業機械又はロボットシステム等に応用されてもよい。産業機械又はロボットシステム等が軽量化されることによって、産業機械又はロボットシステム等を動かすモータ等のアクチュエータは、小さい駆動トルクで産業機械又はロボットシステム等が動かすことができる。これによって、産業機械又はロボットシステム等において、省エネルギー化が可能となる。また、産業機械又はロボットシステム等において、同等程度の精度を実現し、かつ、産業機械又はロボットシステム等のダウンサイズ化が可能となる。
　さらにまた、振動制御装置は、柔軟な構造物等に応用されてもよい。
　図１９は、本発明に係る一実施形態の振動制御装置の応用先となる構造物の一例を示す模式図である。振動制御装置は、例えば、図示する柔軟な構造物ＳＴＲ等に応用されてもよい。具体的には、振動制御装置が構造物ＳＴＲ等に応用されると、振動制御装置は、地震等の際に、構造物ＳＴＲが受ける地震等による振動の制振を行う。これによって、振動制御装置は、構造物ＳＴＲを破損等から保護することができる。
　また、振動制御装置は、自動車等の移動体等に応用されてもよい。
　図２０は、本発明に係る一実施形態の振動制御装置の応用先となる移動体の一例を示す模式図である。振動制御装置は、例えば、図示するような、移動体が有するいわゆるアクティブサスペンションＡＳＵＳ等に応用されてもよい。具体的には、振動制御装置がアクティブサスペンションＡＳＵＳ等に応用されると、振動制御装置は、移動体が移動する等の際に、移動体が路面から受ける振動等を制御することができる。これによって、振動制御装置は、移動体等の搭乗者が受ける振動等を少なくでき、移動体等の乗り心地を改善することができる。
　さらに、振動制御装置は、いわゆるロボットスーツ等の装着型動作支援ロボット等に応用されてもよい。
　図２１は、本発明に係る一実施形態の振動制御装置の応用先となる装着型動作支援ロボットの一例を示す模式図である。振動制御装置は、例えば、図示するような、装着型動作支援ロボットが有するアクチュエータ等を制御するように応用されてもよい。これによって、振動制御装置は、装着型動作支援ロボットを装着する人の老化又は筋力低下等による手振れ等を少なくできる。
　さらにまた、振動制御装置は、微細作業を行うためのロボット等に応用されてもよい。
　図２２は、本発明に係る一実施形態の振動制御装置の応用先となる微細作業を行うためのロボットの一例を示す模式図である。振動制御装置は、例えば、図示するような、微細な作業を行うために用いられるロボット等に応用されてもよい。これによって、振動制御装置は、ロボットを操作する人の手振れ等を少なくできる。そのため、振動制御装置は、微細作業における作業効率又は作業精度の向上等を図ることができる。
　なお、本発明に係る各処理の全部又は一部は、機械語、アセンブラ等の低水準言語、Ｃ言語、Ｊａｖａ（登録商標）若しくはオブジェクト指向プログラミング言語等の高水準言語又はこれらを組み合わせによって記述される情報処理装置等のコンピュータに各処理を実現させる手順を実行させるためのプログラムによって実現されてもよい。即ち、プログラムは、情報処理装置等のコンピュータに各処理を実行させるためのコンピュータプログラムである。
　また、プログラムは、補助記憶装置、磁気テープ、磁気ディスク、光学メディア、光磁気ディスク又はフラッシュメモリ等のコンピュータが読み取り可能な記録媒体に記憶されて頒布することができる。さらに、プログラムは、インターネット等の電気通信回線を通じて頒布することができる。
　さらに、本発明の一実施形態に係る１以上の情報処理装置を有する振動制御システムは、ネットワーク等を介してデータ及び信号を送受信し、処理の全部又は一部を並行、分散、冗長又はこれらの組み合わせで処理してもよい。
　［比較実験結果例］
　以下、本発明の一実施形態に係る振動制御装置と、以下のような比較例に係る振動制御装置とを比較した実験結果を示す。なお、実験は、モータの回転駆動を利用してフレキシブルアームを動作させる実験である。まず、比較例に用いた振動制御装置について説明する。
　図２３は、比較例に用いた振動制御装置を示すブロック線図である。図示するように、比較例の振動制御装置が行うＰＩＤ制御は、状態フィードバックＳＦＢを併用する制御である。図示するような比較例の振動制御装置を用いて、フレキシブルアームを動作させた結果、実験結果は、以下のような結果となった。まず、低ゲインの場合を説明する。
　図２４は、比較例に係る低ゲインにおける実験結果例を示す図である。図は、初期位置（図示する例では、Ｐｏｓｉｔｉｏｎが「０」の位置である。）から「Ｒ（ｓ）」で指示する位置（図示する例では、Ｐｏｓｉｔｉｏｎが「０．００５」の位置である。）まで、比較例の振動制御装置がフレキシブルアームを動作させた場合を示す。また、図示する例では、ゲイン値を後述する「高ゲイン」の場合より「低ゲイン」に設定し、「低ゲイン」におけるゲイン値は、制御系帯域ωｎと、一次共振周波数ω１とが一致するように設定した。各ゲインの大きさは、極（位置制御の帯域）ωｎに従って決定する。
　したがって、「低ゲイン」では、位置制御の帯域が、一次共振周波数ω１と同等になるように設定した。次に、比較例の振動制御装置を用いて、フレキシブルアームを高ゲインで動作させた結果、実験結果は、以下のような結果となった。
　図２５は、比較例に係る高ゲインにおける実験結果例を示す図である。図は、図２４と同様の初期位置から、同様の「Ｒ（ｓ）」で指示する位置まで、比較例の振動制御装置がフレキシブルアームを動作させた場合を示す。また、図２４に示す場合と比較すると、ゲイン値が１．２倍（「ωｎ＝１．２×ω１」）と、「高ゲイン」である点が異なる。一方で、初期位置等のゲイン値以外の条件は、図２４と、図２５とでは同一である。すなわち、図２５は、図２４に示す例より高ゲインの設定で、比較例の振動制御装置を用いて、フレキシブルアームを動作させた結果を示す。
　図示するように、比較例では、高ゲインになると、高次の振動ＨＦＬが発生した。なお、高次の振動ＨＦＬは、二次共振等による振動である。
　これに対して、本発明に係る一実施形態の振動制御装置を用いて、フレキシブルアームを動作させた結果を以下に示す。まず、比較例と同様に、低ゲインの場合を説明する。
　図２６は、本発明に係る一実施形態の低ゲインにおける実験結果例を示す図である。図は、図２４と同様のゲイン値、初期位置及び「Ｒ（ｓ）」で指示する位置を設定して実験した結果を示す。つまり、図は、本発明に係る一実施形態の振動制御装置を用いて、比較例と同様に、低ゲインでフレキシブルアームを動作させた結果を示す。次に、本発明に係る一実施形態の振動制御装置を用いて、フレキシブルアームを高ゲインで動作させた結果、実験結果は、以下のような結果となった。
　図２７は、本発明に係る一実施形態の高ゲインにおける実験結果例を示す図である。図は、図２５と同様のゲイン値、初期位置及び「Ｒ（ｓ）」で指示する位置を設定して実験した結果を示す。つまり、図は、本発明に係る一実施形態の振動制御装置を用いて、比較例と同様に、高ゲインでフレキシブルアームを動作させた結果を示す。
　図示するように、図２５と比較すると、図２７は、高次の振動ＨＦＬ（図２５参照）が少ない結果である。したがって、本発明に係る一実施形態の振動制御装置を用いると、高ゲインの設定であっても、フレキシブルアーム等を動作させると生じる振動を少なくさせることができる。
　以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は、係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形又は変更が可能である。
　本国際出願は、２０１５年８月７日に出願された日本国特許出願２０１５－１５７７８０号に基づく優先権を主張するものであり、その全内容を本国際出願に援用する。
１　振動制御システム
１０　振動制御装置
１５　モータ
ＴＡＧ　機械
ＰＦＢ　正帰還フィードバック
ＣＴＬ１　位置制御
ＣＴＬ２　フィードバック制御
ＭＤＬ　モデル

Claims (14)

  1. 　アクチュエータを制御して物体を動かす振動制御装置であって、
    　前記アクチュエータの位置及び速度を制御するアクチュエータ制御部と、
    　前記物体をモデル化してモデルを生成するモデル部と、
    　前記モデル及び前記制御に基づく逆システム出力を計算して、前記逆システム出力に基づいて前記物体の位置を正帰還フィードバックさせるフィードバック部と
    を含む振動制御装置。
  2. 　前記モデル部は、波動方程式に基づいて、前記モデルを生成する請求項１に記載の振動制御装置。
  3. 　前記モデル部は、前記物体が無限個の質量系及び前記質量系を結ぶ無限個の弾性系を含む前記モデルを生成する請求項２に記載の振動制御装置。
  4. 　前記モデルが無限個の質量系及び前記質量系を結ぶ無限個の弾性系を含む場合、前記逆システム出力に含まれる時間遅れ要素は、下記（２０）式に基づいて計算される請求項３に記載の振動制御装置。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  5. 　前記逆システム出力には、ローパスフィルタ要素が含まれる請求項１に記載の振動制御装置。
  6. 　前記ローパスフィルタ要素は、下記（２２）式で計算される請求項５に記載の振動制御装置。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  7. 　前記逆システム出力には、前記アクチュエータ制御部の逆システム要素が含まれる請求項１に記載の振動制御装置。
  8. 　前記逆システム要素は、下記（２３）式で計算される請求項７に記載の振動制御装置。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
  9. 　前記物体の位置は、前記物体の先端部分の位置である請求項１に記載の振動制御装置。
  10. 　前記アクチュエータ制御部は、前記アクチュエータに対して、Ｐ制御又はＰＩ制御を行う請求項１に記載の振動制御装置。
  11. 　１以上の情報処理装置を有し、アクチュエータを制御して物体を動かす振動制御システムであって、
    　前記アクチュエータの位置及び速度を制御するアクチュエータ制御部と、
    　前記物体をモデル化してモデルを生成するモデル部と、
    　前記モデル及び前記制御に基づく逆システム出力を計算して、前記逆システム出力に基づいて前記物体の位置を正帰還フィードバックさせるフィードバック部と
    を含む振動制御システム。
  12. 　アクチュエータを制御して物体を動かす振動制御装置が行う振動制御方法であって、
    　前記振動制御装置が、前記アクチュエータの位置及び速度を制御するアクチュエータ制御手順と、
    　前記振動制御装置が、前記物体をモデル化してモデルを生成するモデル手順と、
    　前記振動制御装置が、前記モデル及び前記制御に基づく逆システム出力を計算して、前記逆システム出力に基づいて前記物体の位置を正帰還フィードバックさせるフィードバック手順と
    を含む振動制御方法。
  13. 　アクチュエータを制御して物体を動かすコンピュータに振動制御を実行させるためのプログラムであって、
    　前記コンピュータが、前記アクチュエータの位置及び速度を制御するアクチュエータ制御手順と、
    　前記コンピュータが、前記物体をモデル化してモデルを生成するモデル手順と、
    　前記コンピュータが、前記モデル及び前記制御に基づく逆システム出力を計算して、前記逆システム出力に基づいて前記物体の位置を正帰還フィードバックさせるフィードバック手順と
    を実行させるためのプログラム。
  14. 　アクチュエータを制御して物体を動かすコンピュータに振動制御を実行させるためのプログラムであって、
    　前記コンピュータが、前記アクチュエータの位置及び速度を制御するアクチュエータ制御手順と、
    　前記コンピュータが、前記物体をモデル化してモデルを生成するモデル手順と、
    　前記コンピュータが、前記モデル及び前記制御に基づく逆システム出力を計算して、前記逆システム出力に基づいて前記物体の位置を正帰還フィードバックさせるフィードバック手順と
    を実行させるためのプログラムが格納された記録媒体。
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