ハー ドディスク装置における 高精度ヘッ ド位置決め制御系の研究

を千 葉 大 学 学 位 申 請 論 文)
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ドデ ィ ス タ A
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高精度
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2OO6
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蛋 O
f
要旨
近 年 の 急 速 な 憐 報産業 の 発 展 に 伴
め て 強く
将
ヘ
ッ
ド位 置 決 め 制 御 系 で は
ヘ
て 重 要な 技 術 課 歴 と な
っ
ヘ ッ
,
を 制 御系 に よ り 補償 し な 抄 れ ば な ら 覆 い
御 帯域 の 高 帯 域陀+
っ
ている
磁気 ヘ
,
ッ
が 有効 な 事段 と な る
ド位 置 決 め 系 で ほ
の 影 響 に より
.
そ の 際 ｢ 特 定周 波 数 に お け る 外 乱 補償+
特 定 周 波数 に お け る 外 乱 補償 は
.
また
*
制 御碍 域 の 高 帯 域 化 は
,
ら
,
事実 上 不 可 能 蔑 も
本論文で 軌
り
,
ヘ
検 討 内容 は
こ れ らの
に おい て
ッ
ド位 置 決め 系 に 対 し て 新 た な セ
ヘ
のや
ッ
大 量生産 さ れ る
,
饗造 コ
,
ス
に 溶 け る 外乱補償+
っ
ンサやア
た
プ
ロ
と ｢ 制御帯域の
H D D
エ
ュ
もの と な
い
ロ バ ス
ヘ ッ
ト性 を 有 し つ
つ
低
コ
ド位 置 決め 系 の 研究 を 行
高帯 域化+ を 目 的 と
各々
し
,
こ
タを 追加 した 節
い る
しか しな が
.
に適用す る に は
H D D
ている
っ
ー
.
.
っ
て い る場 合
ス ト で実現 可 能な 授精 に よ
っ
た
その 際 ｢ 高周 波数 域
.
,
の 目 的 に 対 し て ｢ 制 御 系 と 機構
とい う二
種類 の 手 段 を 用
い た検
中
｢ 制 御 系 と 機構 系 の 統 合 化 設計+
制 御系 で は 制御 困難で あ
っ
による ｢
る 外乱 補償+
高周波数域 に おけ
た高周波数域 で の 外 乱補 償を実現す る た め
有 す る 高 次 共振 を 朝岡 す る 機 構 r 制 御 系 統合 化 設 計 を 提案 し た
･
に対しては
クチ
ダ ク トで あ る
と ｢ 機 構 共振特性 を 陽 に 考 慮 し た 制 御 系 設 計+
系 の 統 合 化 設 計+
,
御御
,
い う 問題が あ る
ド位置 決 め 制 御 系 の 有す る 機構共振 が 制 御性能 向 上 の 妨 げ に な
製 造 交 差 や 環境変 化 等 に 対 す る
サ
い わ ゆ る マ ス
トの 増 加 が避 けられ な
位置決 め 制 御 性能 を 向 土 可 能 と す る
討を行
しか しなが ら
.
ド位置 決 め 機構 系 の 構 造 を 大 き く 変 え る 研 究 等 が 数 多く 報告 さ れ て
ヘ ッ
,
外 乱 周 波数 の 存在 す
,
機械系 の 最 低 次 の 共 振 で あ る 主 共 振 の 影 響 や 機構 系 の 有 す る 高 次 共振
,
,
と ｢制
,
実 現 で き る 制 御 帯 域や 外 乱 を補 償 可 能な 周 波数 が 制 限 苦 れ る と
,
の よ う な 問題 に 着目 し
究や
ド の 位 置 決 め 精度 を
ッ
系 の ゲ イ ン を 増 観 き せ 低 周 波 数 域 で の 外 乱抑圧 性能 を 向上 す る 方法 で あ る
ヘ
H D D
,
ド位置 決 め 系 に 発 生 す る 位置 決 め 誤 差 要 因
る 領域 に お い て 感 度 閑 散 を 低減す る こ と に よ り 実 現 さ れ る
の
その ため
.
.
ド位置決 め 制 御 を 実 現 す る に は
ッ
ヒの 要 求 は 極
ドデ ィ ス タ 装置( H D D ) に 対す る 大 観
-
薗 記 録密度 南J = を 実 現 す る た め に
ダ
こ と が求め られ て い る
高精度 覆
( 外 乱)
ハ
,
ぞ の 面 記録 密度 の 向丘 は fl D B に と
事
繭よ す る
い
,
ベ
タ ト) レ軌跡 を 用 い た 解 析方法が 有 効 で あ る
同 相 托 す る 同 相 安 定 柁 設計 法 を 考案 し た
決め 制御 系 を伺
い た 実験を 行 い
ず
.
また
,
.
,
の研究では
ド位 置 決 め 機 構 系 の
ヘ ッ
複雑 な 伝 達 特 性 を 有 す る 機構 系
こ とを 示 し
,
高 次共 振 を全 て 主共 振 と
同相 安定化設 計に 基 づ き試作 され た
全 て の 機構共振 を 位相魚 件 に よ り 安定 化 す る
の 存 在 す る 周 波 数 に て 外 乱 を 補償 可 能 で
ある
こ と を実 証 した
ヱV
.
従来の
,
本手法 に よ り
こ とで
ヘ
,
ッ
ヘ
,
ッ
ド位 置
機構 共 坂
ド位 置 決 め 系
の 高 周 波 数域 に 溶 い て ロ バ ス ト性 と 制 御 性 能 を 両 立 す る 制 静系 将 構築 が 可 能 と な る
｢
紘
機構発振 時 性 を 陽 に 考慮
機 構 共振 モ
,
想 共振 モ
い る こ とに よ
け る 外 乱 を 正 確 に 補償 す る
り
こ と が可 能と な る
H D D においてデ
的で あ る
増 大 させ
す る ため
しか しなが ら
.
ヘ ッ
,
ド位 置 決 め 精 度 の 悪 化 を 招 く
し
した
.
次に行
ドを 設 計 す る
-
こ と･は 困 難 で
い 周 波数 に
.
っ
行っ
は じめ に
た 仮 腰 共振 モ
こ とにより
い,
ある
事
提案ず
一
お
るディ
.
こ と が最 も効果
の影響を
い 周 波数 簡 頓 に 存 在
そ
.
こ で
,
風 乱振動の
に よ り 風 乱 を 補 償 す る 方法 と
た 機構系 の
致す る
顧
,
高次 共 振 を 招
よ う に 機構系 を 設
ド を 周 払ヽ た 魔 乱 掘 農法 で
ー
風 乱 振動 を相 殺 す る 制 御系 を構
る 風 乱 補 償法 の 有 効 性 を 実機 に
に よ る ｢ 制 御 帯 域 の 高 帯 域化+
統合 托 設 計+
形 状 設 計 に よ る 制 御 帯 域 の 高 帯 域 化 を 考案 し た
共 振 特性 に よ り 制 限 さ れ る た め
改 良が 必 要 で あ る
.
に 与え る 影響 を調 べ
の
.
ヘ
ッ
,
,
節リ
ン
ー
っ
ている
.
奉研 究で
は
して 普 たが
板 持性 が 樹 御得域 の 制 限
.
-
の
ド
童
こ と を 実験 に よ り 確 認 し た
し た 翻 瀞 系設 計+
は じめ に
,
,
苦ら 怒 る
機構 系 特性 が 制 御 帯 域 の 高帯 域化
,
ク 機構 を 応 摺 し た 機 構 系形 状 に よ り
とな る 場合 に お い て
る 制 御 系設 計法 を考案 し た
,
ー
ド影 響 定 数 で 凝 り
ド影 響 定 数 の 低 減 に よ り 制 御 帯域 の 向 丘 が 可 能 で あ る
低 減 さ せ 嗣 御帯 域 を 向 止 可 能 で あ る
機構共 振特 性 を 陽 に 考 慮
登 米振 の モ
i
制 御 帯域 を 制 限 す る 要 素 が 機構共振 の 共 振 周 波数 と モ
4
,
ド位 置決め 制 御 系 の 制 鄭 帯 域 は 機械 系
従来 ほ 主 共 振 周 波 数 を 増 加 さ せ 感 婆 な 制 御 滞 域 を 実現
向 上 の み で なく モ
苦らに
.
の 研究 で は
聯 御帯域向j = に は 弼 静 系 設 計- の 改 良 だ け で は な く 機構 系 特性 の
,
主 共 振 周 波数 の 向 止 ほ 困 難 な状 況 と な
ら か に した
圭 共振 よ り も 高
倭
.
.
｢ 制 御系 と機 構系 の
共 坂 周 波数
タ 回 転数 を 増 触 さ せ る
ス
こ の風乱は,
.
そ れ ぞ れ の 方法 に 対 し て 実 験 に よ る 評 価 を 行
て 検証 し た
｢
ディ
機構 系 の 有 す る 高次 共 振
,
風 乱 振 鞄 を 相 殺 す る 制 御 系 を 構築 し た
.
制 御 帯域 よ り も 高
風 乱振動 の 周 波数 と 安定 な 高次共 振 の 周 波数 が
風 乱 振動 に 合 わ せ て 仮想共振 モ
軌
築
,
,
ドを 利摺 し て 風 乱 を 補 償す る 方法 を 検 討 し た
ー
い た 風 乱補償法 で は ,
計
事
の研究で
ドを 考案 し た
ー
デ ィ ス タ 回 転数 の 増 加 は 液体 触 振 力 に よ る 機 構 振 動 ( 風 乱)
サ
影 響 を 低 減 す る 制御 系 設計法 と し て
想共 振モ
に 設計 で き
従 来 の 制 御 系 設計法 で は そ の 振動 を 抑 圧 す る
,
あ る 板 想共振 モ
そ の 有 効性 を 実験 結 果 に よ り 示 し た
タ 転送 性能 を 向 土 苫 せ る に は
ー
に お柑 る 外乱補償+
本手 法 を 制 御 帯 域 よ ぅ 高 い 周 波 数蔓こ 存 在 す
.
,
轟周 波 数 頓
ブ イ ]レタ で
共振 特性 を 正 確
,
タ 回 転 に 同期 し た 位 置 外 亀 に 対 し て 適 用 し
ス
に よる ｢
ドと 等価 な働き をす る デ ジタ ル
ー
ドを 用
ー
し た 制静 系 設計+
.
主 薬長 の モ
,
ー
こ
,
と を明
ド影響 定 数 を
.
に よ る ｢ 制 御帯 域の
高帯 域 化+
圭 共 振 特 性 を 補償 し 制 御 帯 域
離 散 曙 関 ‰ 制 御 理論を用
い て
,
の 研究 で は
,
主薬
の 高 帯 域1 転を 実 現 す
童 共振 を 常 に 考慮 し た
制 御 系 設 計問 題 を 構 築 し補償器 を 設計 し た
化 を実現 ず る 要素が
その 後
,
得 ら れ た 補 償 器 の 構 造 解析 を 行
,
へ
事
得 ら れ た 短見 に 基 づ き
移動 苫 せ
つ
以 止 に 示 した よ う に
本論文 は
,
御 系 設計 に
,
4)
モ
ー
2
,
巡 伝 達 特性 上 に お
る こ と を 可 能 と す る 制 御 系 設 計法を 提案 し
) 坂 怒共 振 モ
ヘ
ッ
いて
,
.
高 周 波 数域
こ とで
,
実 機適 将 に よ
ド の 位置 決 め 精度 向 上 を 目 的 と し
ドを伺
ー
い
た 外 乱補 償
ド 形状 設 計 に よ る 制 御帯域 の 高帯 域 叱
.
,
-
童 共 振 補償 と 苗輿 制 御 理 論 を 組 み 合 わ せ る
H D D に お 狩 る 磁気
よ る 制 御帯 域 の 高帯 域すヒ
可 能 な条件 に て
,
ィ ル タ で あ る こ とを 明 らか に した
次フ
.
高 次機構共 振 を 利 摺 し た 外 乱 補 償
した 風 乱補償
さらに
.
補償費旨の 次 数 を 抑 え
り そ の 有効性 を 検 証 し た
2
制 御 対象 の 宥 す る 主 菜 振 を
,
る 主 薬 振 補償 を 導出 し た
設計が容易 で か
高帯域
制 御対 象 の 宥 す る 董 共振 の 特性 を 相殺 ず る 共 役 複 素 の 零 点 と 新 た に 何 奴 さ
,
れ る 共 振 特 性 を 重 税 ず る 共役 複 素 の 極 に よ り 構 成 苦 れ る
そ して
い,
の 検討 を 行
っ
た
そ の 有 効性 を 実 証 し た も の で あ る
V l
.
.
い
5)
3)
,
,
1
)
共振特 性を利用
発振時 性を陽 に 考慮 し た 制
ずれ の 提 案 手 法 も
,
製品 の
H D D
に 適用
目 次
薫
1
章
1 1
.
ハ
ー
ドデ ィ ス タ 装置
l 2
過 去 の 研 究例
1 3
研 究の 背景 と目 的
1 種
本論文 の 構成
.
.
.
第
緒論
2
牽
2 l
,
.
翠輔
.
.
‥
”
.
,
‥
‥
‥
.
0 次ホ
･
ー
2 2 2
無駄 暗闘 を含 む
2 且3
双
2 2 4
周 波数 プリ ワ
2 2 5
整合
.
.
.
z
変換
ー
q
.
‥
‥
.
‥
‥
‥
‥
‥
‥
‥
‥
‥
‥
‥
‥
.
.
‥
‥
‥
.
‥
‥
‥
.
‥
‥
‥
‥
‥
…
.
‥
.
”
.
‥
‥
一
*
.
.
‥
‥
.
‥
‥
次ホ
0
巡 伝 達特性 の
ベ
‥
H D D
ヘ
ッ
3 2 1
.
.
の
ヘ ッ
の 構造
‥
‥
‥
‥
‥
.
.
.
‥
‥
.
‥
‥
.
‥
.
‥
‥
‥
.
.
‥
-
-
-
-
-
‥
半
‥
‥
‥
-
‥
.
-
･
･
ヰ
-
･
‥
‥
12
よ り 離散化 す る 方法
‥
事
‥
.
…
‥
,
…
事
‥
.
,
.
‥
‥
‥
‥
.
”
,
14
‥
‥
‥
‥
1魂
‥
16
‥
‥
‥
‥
.
”
.
.
‥
｡
｡
‥
‥
17
‥
19
‥
‥
‥
ド位置 決 め 嗣 御 系
位 置 僧報 の サ
ン
.
‥
.
‥
プリ
.
ン
13
13
.
,
‥
｡
‥
‥
…
ま1
呈ま
.
.
‥
.
-
.
‥
.
.
‥
‥
旦1
次変換 に
一
.
.
の変換
へ
‥
ド位置 決 め 制御系
‥
且0
ll
.
ク ト ル 軌跡 と 感度 関 数 の 関 係
制御閑題
H D D
‥
ル ドに よ り 離散すヒす る 方法
-
プ付 き双
離 散時 間 系 か ら 連 続 時 閲 系
一
‥
18
に よ り 離 散 化 す る 方法
u
.
‥
.
次変 換 に よ り 離散 化 す る 方法
一
離 散時 間 H
3 2
‥
ル ド に よ り 離散 化 す る 方法
2 6
.
∴
‥
.
嗣御 問題
3 i
‥
,
‥
c x,
章
‥
.
連 続時間 H
3
‥
‥
2 5
･
‥
連 続 時 間 系か ら 離散時 間 系 へ の 変 換
.
第
‥
ノ) レム の 定義
.
.
‥
1 0
2 1 2
.
.
‥
‥
‥
状態 空 間 表現
,
2 4
.
,
2 ふ1
･
.
.
.
2 2 1
2 3
‥
.
‥
,
‥
制御理絵
.
2 2
‥
‥
.
‥
”
.
‥
‥
.
∴
‥
.
‥
19
‥
y
28
”
グ方法
.
v
.
ii
.
,
.
…
…
‥
‥
‥
‥
.
‥
.
…
.
.
望ま
3 2 2
翻御 系 構 成
3 息3
制 御 対象 の モ デ リ
.
3 3
ヘ
議速
ヘ ッ
.
.
第
ず
4
牽
鍾2
複数 竜
,
第昏 牽
.
‥
ヘ
ッ
‥
.
‥
.
.
.
.
.
.
‥
.
‥
‥
‥
‥
‥
‥
.
‥
.
‥
‥
‥
望2
‥
‥
…
‥
‥
‥
‥
‥
.
‥
‥
.
‥
‥
廿
25
.
‥
.
…
‥
‥
‥
.
.
.
.
…
26
.
.
望7
‥
‥
逢3 3
同 相 安 定ずヒ設 計
実験
‥
実験結 果
.
奉車 の ま と め
億想共振 モ
ー
制 御系設計
‥
.
”
‥
.
.
‥
.
.
‥
‥
‥
‥
‥
…
‥
.
.
‥
.
‥
27
‥
‥
.
‥
‥
.
.
.
‥
…
‥
‥
‥
”
‥
.
27
‥
‥
.
‥
‥
‥
‥
‥
‥
…
28
.
‥
慧8
‥
‥
‥
.
‥
‥
…
小
30
‥
30
･
.
｡
‥
‥
‥
‥
‥
.
‥
‥
‥
‥
‥
‥
.
.
‥
‥
‥
‥
‥
‥
‥
‥
事
‥
‥
‥
‥
.
‥
.
‥
.
‥
一
‥
‥
,
32
.
35
‥
‥
‥
‥
‥
事
‥
‥
‥
‥
36
‥
‥
‥
‥
.
.
,
‥
‥
‥
‥
.
.
‥
…
,
‥
‥
‥
.
‥
‥
.
.
.
,
‥
‥
‥
.
‥
‥
38
‥
39
‥
.
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.
‥
41
.
ドを 用 い た外 乱 補償
4慧
‥
‥
‥
‥
.
.
‥
‥
‥
ドを使 っ た制 御 系設 計
‥
‥
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.
.
‥
‥
.
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‥
‥
‥
‥
…
.
‥
‥
ドの 設計
ー
.
‥
.
.
‥
‥
‥
ま とめ
‥
‥
‥
‥
‥
42
‥
‥
.
.
.
‖
‥
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.
.
‥
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.
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.
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.
…
.
.
‥
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‥
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.
‥
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.
‥
.
‥
‥
.
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‥
.
.
‥
‥
鍾5
49
‥
…
.
‥
逢4
速攻
‥
‥
‥
‥
.
‥
‥
‥
‥
塊2
.
‥
‥
.
.
‥
仮想共 振モ
‥
わ
‥
‥
‥
-
‥
,
5 3 望
実機評 価
‥
‥
モ デリ ン グ
i
‥
｡
5 乱l
.
‥
‥
速逮 2
5 5
‥
,
制御 系設 計
.
‥
‥
‥
4 息1
.
.
‥
制 御系 設 計
5 3
ナ
‥
‥
‥
‥
‥
,
4 息2
仮 数共 振 モ
5 魂
‥
制 御 対象 モ デ ル の 設 定
5 2
.
事
さ
鐘息 1
奉車の 概略
ゆ
‥
ド 位 置 決 め 朝鮮 系 の 機構 硝 fj 御 系統 舎 化 設 計
5 1
.
‥
‥
隣 接 す る 共振 が 逆 相 の 場 合
.
.
趨5
‥
‥
速2 2
.
.
グ
ン
,
隣接 す る 共振 が 同 相 の 場 合
.
4 4
.
ドに 対 す る 安 定4 ヒ手 法 の 検討
一
.
.
.
‥
鍾 望1
.
凌3
,
高次 機構共振 を 用 い た 外乱補償
番車 の 軽 略
.
.
ド位置決 め 系 で の 位置決 め 誤 差要 因
4 五
.
.
ド療置決 め 系 で の 機構 共撮 特性
ッ
2,2
.
‥
51
共 振特性を 利用 し た 風 乱補償
52
6 息
奉車 の 概 略
52
6 2
ヘ ッ
第6 章
一
.
‥
‥
.
.
.
ド位 置決 め 制 御 系 に おをざる 風 乱振 動
v iii
52
6 3
.
高 次 機 構共 振 を 用
6 3 1
制 御対象 と モ デ リ
6 3 2
制 御系 設 計
6 3 3
実験
.
.
.
.
.
6 逢
.
.
坂 想共振 モ
奉車 の ま
ア章
モ
ー
…
.
‥
‥
‥
‥
‥
とめ
‥
‥
.
…
‥
.
7 2 5
イナ
.
7 息3
制 御系設 計
7 3 4
シミ
7 3 5
采巌
.
.
.
.
.
全
称
‥
抄
‥
‥
.
…
.
.
,
59
.
‥
‥
.
.
‥
‥
.
…
‥
‥
.
I
6 5
‥
.
‥
‥
よ る影 響
.
‥
.
￠
‥
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.
‥
｡
.
…
暮
‥
.
.
‥
.
ク 機 構 に よ る 機構 系 設計
レ
‥
‥
‥
ョ ン
‥
‥
‥
‥
.
‥
‥
65
.
…
66
‥
”
.
‥
‥
‥
‥
‥
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.
‥
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.
.
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‥
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.
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.
‥
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‥
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.
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.
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.
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.
‥
.
‥
‥
‥
”
.
‥
‥
‥
‥
‥
‥
‥
‥
78
‥
.
79
.
‥
.
”
.
‥
.
‥
.
.
‥
‥
‥
81
‥
‥
‥
‥
‥
‥
‥
‥
8逮
‥
8 5
概要
離 散時 閑
.
乳2 2
.
H
85
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設計
.
‥
設計 用 モ デ ル
-
7望
ア4
.
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7豆
7議
‥
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‥
.
‥
‥
‥
機構 系 統合 化 設計
･
…
67
‥
‥
‥
共振特性 を 陽 に 考 慮 し た 制御系 設 計 に よ る 制御帯域 の 高帯域化
乱2 1
64
‥
‥
ッ
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55
59
‥
ヘ
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8 2
‥
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‥
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4
.
‥
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一
7 3 2
.
.
や
ド影 響 定痕に よ る 影 響
-
従来 の
.
第番 牽
ッ
7 3 1
.
.
ー
高帯域 化 を 目 指 し た 制 御 系
.
.
タ 補償著書の 構 成
粘 性係 数 に よ る 影響
.
7 4
ドバ
7 2 4
.
‥
65
モ
.
‥
暮
7 2 3
.
7 3
‥
共振周 波 数に
.
‥
ド形 状設計 に よ る 制御帯域 の 高帯域化
7 2 2
.
‥
57
‥
フィ
.
‥
63
7 2 1
.
‥
一
制 御帯域 と 主 共振 特 性 の 関 係
.
‥
‥
7 2
.
5&
‥
本尊 の 概 略
.
53
‥
.
‥
7 1
-
‥
い た 風 乱 補償
ドを 用
ー
実験
6 5
‥
‥
‥
6 4 2
,
グ
ン
一
‥
制 御系 設 計
.
.
第
‥
6 4 1
.
.
い た 風 乱補 償
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ン
‥
.
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.
.
‥
‥
.
‥
‥
‥
‥
.
.
‥
‥
.
…
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…
…
.
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‥
.
…
‥
‥
‥
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‖
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.
‥
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‥
‥
‥
‥
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‥
‥
‥
‥
‥
.
…
‥
.
…
‥
‥
‥
.
‥
.
.
.
86
87
8 息議
重 み関 数
8 2 4
制 御系の 評価
臥2 5
経敵時間 ‰ 補 償 舘 の 構造 解析
.
.
.
軌3
.
薯
9
章
事
書
ず
‥
‥
.
‥
,
…
.
董 共振補償 フ
8 息2
安 定 化 補償器 の 設計
8 且3
性能 評 儲
書
奉車のま とめ
結論
ィ ル
‥
｡
‥
‥
.
-
‥
‥
.
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‥
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‥
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…
.
‥
.
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‥
‥
‥
‥
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-
-
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･
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.
.
.
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.
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‥
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.
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-
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.
‥
‥
‥
.
.
.
.
‥
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-
-
-
-
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･
-
96
-
-
‥
‥
‥
88
･
‥
‥
.
‥
-
.
‥
‥
‥
‥
.
.
‥
.
タ の 設計
8 3 1
‥
‥
.
豊 共転補償 に よ る 高 帯 域 化 設 計
.
8 4
‥
‥
.
…
‥
‥
.
‥
-
-
･
･
･
･
･
-
一
98
‥
9 9
第1 章
1 1
ハ
.
ハ
録
請
ドデ ィ ス ク 装 置
ー
ドデ ィ ス ク装置(
ー
H O E) ) と
ま た 読 み 出 す 記 憶装 置
し
,
.
ら硬
いデ ィ ス
ク の 意味 で
ハ
か
固 定デ ィ
ス タ や F ix
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ドデ ィ ス タ と呼 ぼ れる
年に 全 恒界 で 新
る ため
らの
,
では
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こ とか
ら
,
H D D
,
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,
こ記
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鰭 a
明 らか で あ る
い る こ とば
年々その デ
1 2 に fI D D
.
録 を可 能 と す る 磁気記 録再生 技術
と共に
.
,
この よう蔑 H D D
く 高精 度 な
ヘ
ッ
e
H D
と も略苦れ る ほ
.
その ため
ド位 置 決 め 制 御 技 術 の 開 発 が 感 須 と な
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.
と 報 告 さ れ て お り 3)
,
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,
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こ の よ う な情 報 豊 の 増 蜘 に 応 え
存在 と 怠
こ
い る 壕)
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て 怒り
,
これ
.
号の 来 客
と が 重 要 な 技術 課題 と な る
の 記 録密度 の 陶 土 に は
磁 気憤確 の 記 録 再 生 を 行 う 磁気
め 可 能 と す る 位 置 決 め 制 御技術 が 不 可 欠 で あ る
歩
い る 尊か
.
記 録密 度 を 向 よ ぎ せ る
記録密度 の 変陀 を 示 す 4)
での
や
タ容量 を増加 著 せ 続柑 て
ー
豊 化 が 今 後 の 高度 憐 報 化 社 会 の 発 展 に 不 可 欠 で 凝 る と 言 え る
,
い て 情報 を 記
とむ､ う 調 査 結 果 が 報告 さ れ て む､ る
録さ れた
は 現 在 の 高 麗 橋報 化 社会 に ほ 奄 く て は な ら な い
H D D の 大容 量 化 を 実現 す る た め に は
D
しく 記 録 書 れ た 情 輯選 ば 約 5
.
.
ドを 伺
ウ ム 等 固 い 素材 で 作 ら れ て
ニ
英語 表 記 か ら fi D
し く 記 録 書 れ た 情報 量 ほ 約 且5
1 1 に 示 す よ う に,
タ
.
年 に 全 世界 で 新
録 さ れ る 情 報 塵 が年 々 急激 に 増 如 し て
､
) と 定義 書 れ る 憐報記 憶装 置 で あ る ｢ B
.
ぞ の 約4 0 % が H D 別
,
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とも 呼ばれ る +
2 00 2
,
.
タ に 磁窺
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H D D
てい る
.
ヘ
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ッ
,
,
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.
轟密度 な 記
ド を 構密 に 位 置 決
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1 99 2
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1 2
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20 00
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2004
過 去 の 研 究例
1 2
.
磁気
と
ヘ
同
.
フォ
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ド を 位 和 夫め す る 制 御 系 に は
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一
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( 1 9 9 9)
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.
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等に て
制 御 理 論 に 基 づ く 研究 は
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.
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.
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3 8)
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,
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L
,
制 御 の 適 用 が 平 田 ( 2 0 0 0) 3
℃
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.
,
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･
1 3 に過
.
等に て 現代 制 御
･
(
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.
-
( 2 0 0 1)
高E r ( 2 0 () l )
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州
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( 1 9 9 3)
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D i 】1 g ( 2 u U 6 )
,
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1 3)
.
)
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.
中 川 ( 2 0 0 0)
)
26
等 に て 相 告 され て
また
.
( 1 9 8 1)
a
特 定 外 乱 を 対 象 と し た 制 御 系の 研 究も 行 わ れ て お り
田 ( 1 9 9 4)
い る
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.
高 倉( 1 9 9 3) 3 2 )
.
理 論の 適 用 が
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･
( 1 9 8 8)
3 1)
制御理論以外
.
研究が な さ れ て
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ク 特作 を論
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.
.
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･
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ク特性 の み な らずフ ィ
フ ィ
イ ン グ制M を 対象 と す る
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ク;i .IJ 御
-
ク 特 作 が 南蛮 視 され る
制御系の
関して は
,
ドを 移助 さ せ る シ
ッ
ソ
,
ソ
.
.
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.
本論 文 で は
.
古典 制御 理 論を 用
,
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の
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3 9)
( 20 0 5)
ドバ
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平 田 ( 1 9 9 2)
れて
.
イ
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,
ヘ
イ ン グ制 御 の 二招 頓 の 制 御 が あ る
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,
い た研究は
御 を用
w
性能が 要求され る た め
ク 制御 は 扱 わ ず フ ォ
ー
研 究 例 を示 す
マ
ス
ド特 性 や 過渡 応 答特 性 な ど も 重 要視 さ れ る
ー
u
ド を 純 度 良 く 追手
並さ せ る フ ォ
ッ
.
じるた め
D
ク まで磁気
ッ
イ ン グ 制 御 時 は 外 乱 抑I f 性 能 が 求 め ら れ る た め フ
ク制 御時 は 高速 の ア ク セ
ワ
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,
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.
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)
,
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ッ
ク 補償器 の 研究 の み な ら ず
構 造 に 関す る研究 も盛ん に 行わ れ て
ドと 同相化 す る 研究 が
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い る
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､
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に て 相 告 され て い る
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ド位置 決 め機 構系 に 取 り 付け た 加速 度セ ン サ を 剛
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タ を 付 加ル た 研 究 や 機 構 系
ー
ド 位 置 決 め 機 構 系 o } I 次1 七振 で あ る i :1
小 野 ( 1 9 9 8)
制御 系設 計 の 立場 か ら 機構 系特 性 の 評価 を 行
サや ア クチ
ン
7 3)
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.
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ドバ
ッ
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また
,
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ク制御 に 関 し
ド 代 置 決 め 機 構 系 に 取 り 付 け た 歪 セ ン サ を 用し た フ
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ドバ
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ソ
ク制 御 に 関 し て は 1 1 u
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な どが 報 告 さ れ て い る
20 05
2 00 0
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,
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叫
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･
.
( 1 9 9 5)
F
.
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,
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H E M S( M i c r
.
77
ク制御 を行 う 研究 と し て
ッ
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,
T(
.
タ に 関 す る研究 は
ー
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ドバ
ー
また
.
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･
l
研 究 の 背景 と 目 的
1 3
.
一
-
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'
ッ
t
ド 位;l i(f央め 制 御 を ji 則 す る 方 法 に は
T
ヘ
′
誤 差 斐 凶 ( 外 乱) を′トさ く す る 方 法 と
で
コ ス
,
ト の 増 加を 抑 え
ている
'
あるが
の で
クrEJl * 去数 や デ
ィ ス
外 乱源 そ 0) もo) を 小 さ く す る
向_とが
の
デ
.
L
ヘ
ッ
L
_
.
つ つ
後 者 の 制 御 系 に よ る 外 乱 抑J f 惟能
,
'
l
ド位 和 夫め 制 御 系 に プき1 : す る 位;' I 決 め
ッ
制 御 系 の 外 乱 抑Jj = 性 能 を 向 卜す る 方 は が あ る
,
構 系 設 計 の 最適 化 に よ り 実 現 さ れ る も
H D D において
ヘ
.
.
前卓引ま
,
機
タ # i li が 向 ヒ し 続 け る
'
ー
こ とは容
'
ド 帖置己決 め FIj1 窒r r'] l 二 に お
い
観で は な い
.
そこ
て fJ_t 要 な 要 素 と な
[
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.
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.
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.
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ヘ
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ッ
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.
H D D
.
の
ヘ
ッ
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低周 波数 に て 位置 決め 誤 差 要 因が 大 き
●
特 定 周波 数 に て 練
●
高 周 波数域 に お
900 0
一o ot) 0
ー
Si
l
岩- 1 a
ス ペ ク ト ル の一
一
例 を示 す
･
こ
.
い
ク トル 上 の 誤 差要 因 が存 在す る
ス ペ
い て 誤 差 要因 が 増 大 す る 領域 が
.
:
,
ド位 置決 め 制御 系 で は
●
と い う 特性 を 有 し て い る
I
e rr o r
g
ド位 和 夫め 制 御 系 に お け る 仏 , t 決 め;I L;:: の
固か らわ か るよ うに
RODO
[ R z】
-
,
70 00
6000
req u e n cy
こ
の ような
ヘ
ッ
ド 位 置 決 め 制 御 系 の 外 乱 抑 圧 性 能 を 向 l-_ す る 方 法 に は
大 き く 分 け て ｢ 特 定 周 波 数 に お け る 外 乱 補(fi + と
定周 波 数 に おけ る 外乱 補 償 は
,
外乱 周 波数
存 在す る
の
｢
制御 帯域
の
高 帯 域 化+ が 有 効 と 考 え ら れ る
存 在す る 龍城 に お
5
い
.
.
特
て 感度 関 数 を l 未満 に 低減 す る
こ と に よ り采現 苦れ る
有効 な 手 段 と な
い て 非 常に
る
また
.
制御帯域 の 高帯 域 化 ほ
℡
数 域 で の 外乱抑 圧痩能 を 由 よ す る 方法 で あ る
こ と に 対 し て 非 常 に 有 効 な 手段 と な る
減ず る
しか しな がら
H D B の
,
械系 の 宿 す る 高次 共 振 の 影 響 に よ り
る と い う 問題 が あ る
71
系の 研究
78
,
79
,
細
や
,
新 たな セ
,
削
¥
線
一
貼
,
畠6
,
87
尭量 生 産 さ れ
内容 軌
o3
)
7芝
,
製造
コ ス
本 論 文で ほ
において
8
†
9 1
9 2)
争
75
,
の
7
6
事
) や新 たな ア ク チ
77
等 が 数 多 く 報告 さ れ て
っ
て いる
ン
サやアクチ
.
ュ
エ
ー
タ を追加 す る
H D D
●
簡 易 怨 制 御 系 設計法 に
●
低コ
●
環 境変 化 や 製 造 公 差 に 対 し て 十 分 な
,
と ｢ 制 御帯 域 の
ヘ
ッ
.
また
,
提案す る
.
ヘ
つ
まり
高精 度な
ヘ ッ
きること
ロ バ ス
ト牲 を 有 す る
ド位 置 決 め 系 を 実 現 す る
て い る場 合
ヘ
ッ
高帯 域 化+
ド
普
ド位 置 決 め 系 は 大
ッ
よ り制静 系 が実現 で き る こ と
ド位 置 決 め 系 が 実 額 で
っ
と ｢ 機構共振 特 性 を 陽 に 考慮 し
ラ の 次数が あ 重患低 限 で あ る こ と
コ ン
つ つ
.
に 対 して 適 用可 能怨 もの で あ る こ とを 前提 とす る
8
ス トで の
これらの検討
書
に 適 用 す る に は 事実 上 不 可 能 な も
目 的 に 対 し て ｢ 制 御 系 と 機構 系 の 統合 化 設 計+
豊生 産品 習 あ る
を満た し
タ を追 如 し た 研 究
し か しな が ら
.
そ の 艶 ｢ 高 周 波 数 域 に お 汁 る 外 乱 補償+
と い う 二 種 類の 手 段 を 用 い た 検 討 を 行 う
-
ー
こ と なく制 御性能 を 向上 可能 と す る
た 制 御系 設計+
トロ
い る
エ
ュ
ド位 置 決 め 機構
ヘ ッ
ド位置 決め 制 御 系 の 有 す る 機構 共 振 が 制 御 健 能 向 上 の 妨 げ に な
ヘ ッ
卓
各卑
,
9O
,
制御性能 が 向 上 可 能 と な る
,
る い わ ゆ る マ ス プ ロ ダ クト で あ る H D D
位i 琶 決 め 系 の 研 究 を 行 う
目的 と し
89
,
位置 決 め 誤 差 要 因 を 低
機構 系 の 最 低 次 の 共振 で あ る 豊 共 振 の 影 響 や 機
,
トの 増加 が避 け られ な い もの とな
新た なセ
,
8
-
ン を 増加 き せ 低周 波
実 現 で 普 る 制 御滞 域 や 外 乱 を 補償可 能 な 周 波 数 が 制 限 さ れ
,
サ を追 加 した 研 究
ン
お
.
う 夜間題 に番目 し
この よ
l
制 御 系の ゲ イ
,
こ の 手法 は 低 周 波 数 全 体 の
.
ド位置決め 系 で は
ヘ ッ
い る場合 に
局 所 的 な 周 波数 に て 位置決 め 誤 差 が 藍 托 し て
こ の 手法 ほ ,
.
こ と
こ と を研 究の
目的と す る
.
,
本論 文で は
本論文 の 構成
1 4
.
本論文 の 構 成 を 以 下
い る 制 御理 論 に つ い て
伺
る
は
｢
に 記す
車論 文 の 構 成 図 を
手
第 3 車で は
,
第 4 牽か ら第 8 車で
.
また
.
ほ
本論文 で 提案 す
,
｢ 高 樹 液数域 に お け る 外 乱 補 償+
,
制御系
段 を招
と 機構 系 の 統 合 叱 設 計+
い た 検討 を 行 う
本論文 の 第 4 車
,
第5 車
文で
の 高 周 波 数 域 と は 機構系 の
在す
る領域 となる
伝 達 特性 を
般的 で あ る
一
.
ヘ
ッ
意に定める
して
,
ヘ
は
｢ 制 御 系 と 機構系 の
,
.
また
従来 の 翻 静 系 で
ィ
ドバ
ー
統合 化 設計+
に 対 して は
ベ
,
よ り安定柁 可 能な
の 感 度関数 を O d B
ヘ
第 5 車で
は ｢
,
高周 波数域 で
は
ノ
事
ッ
ク ト ル 軌跡 を 伺
,
て検討す る
第 4 車 の 検討結 果 よ り
.
,
と 等 価 な 働 き を す る 共振 モ
ー
ドを 軌
､
-
.
け る 外乱 を 正 確 に 補 償 す る
,
い
と して 捉 え る こ とが
一
て いる
っ
.
の 研究 と
た解 析 方法 が 有 効 で あ る
,
富ちに
一
高次 共 振
い る こ とによ
,
.
こ とを
全ての
の存在する周
り
,
高次共振
に よ る ｢ 高 周 波 数域 に 掛 ナる 外 乱補償+
トロ
ー
ラ の 有 す る 特性 に よ り 窺現 す る 方法 に つ い
っ
た
の 機 構 共 振 を 摘 む､ る こ と で 高 周
しか し なが ら
.
.
こ の
,
,
,
機構 系 の 発振 時
ぞの 特性 も儲 体 差や 環境条
問 題 凌 解決 す る た め
発 振 時 性 を 正 確 に 設計 で き
.
の 高次 共振 が 存
ドが 隣 接 し て 存 在 す る た め
ィ ル タ に て 実 現 す る ｢ 坂 想共振 モ
こ と が可 能 と な る
本論
.
.
と い う 問題 が あ る
る こ とに より
て検討する
い と い う 状況 と な
奉祝 御 系 を 用
こ とが 明 ら か と な
ドを デ ジ タ ル フ
と い う 二 種類の 手
制 御 系統合 陀設 計 の 研 究を行 う
･
に 合 わ せ て 正 確 に 設 計 す る こ と は 困 難 な 場合 も 多 く
件の 変 化 に 伴 う ばら つ きを有 す る
奉読 受で
.
チ ブ イ ) レタ 等 を 伺 い た ゲ イ ン 低減
位相条 件 が 安定 と な る 高次
波 数域 で の 感 動関数の 低減が 可 能で あ る
性 を 外 乱 周 波数
コ ン
つ い
る 開 相安 定 柁 設計法 を 提 案 す る
し た 綱 御 系 設 計+
の 外乱 補 償 を
の研究 と して
て述べ
つ も､
各々 の 目的に 対 し て
,
機構 系
,
非構 造 的 不 確 か さ
タ制御 を行 わ な
未満 と す る 制 御 系 を 実現 す る
機構共振特性 を 陽 に 考慮
車論文 で
単
に よ る ｢ 高 周 波教 職 に お け る 外 乱 補 償+
の 存在 す る 周 波 数 に て 外 乱補 償 が 実 現 可 能 と 覆 る
仮想 共 振 モ
ッ
ー
ド位 置 決 め 制 御 系 を 設 計 し
ッ
は
て述 べ る
し た 制 御 系 設 計+
様 を 恵 振動 モ
,
モ デ ル 化 困難な
高次共 振 を 全 て 主 共振 と 同 相 托 す
,
機構共振 を 位 相 条件 に
波数 で
を目的と し
ド位 置決 め 機 構 系 の 有 す る 高次 共 振を利 潤す る 機構
ッ
複雑 な 伝 達 特性 を 宥 す る 機構系
示す
,
,
つ い
高周 波 数域 に お け る 外 乱補 償に
,
積極 的 蔑 フ
,
ド位 置 決 め 新 鮮 系 に
有 す る 主 共 振 よ り も 高 い 周 波数 を 意 味 し
こ と は 難 しく
第 2 爵で
.
.
ド位 置 決 め 系 の 高 次 共 振 ほ
に よ る 不 安定 陀 回 避 を 行 い
第 4 車で
ッ
.
ド位置 決め 翻 御 系 の 詳 細 に
ッ
機構 共 振 特 性 を 晦 に 考慮
では
こ の よ う な 周 波数 域 は
.
ヘ
ほ 結論 を 述 べ る
第6 車
,
る
ヘ
且 5 をこ 示 す
,
と ｢ 新 都 帯 域 の 高 帯 域 化+
と ｢
第 9 車で
.
に お汁る
H D D
F ig
,
ー
機 構 共振
ド+
モ
ー
ド
を凝 案 す る
.
翻 靭帯 域 よ り も 轟 い 周 波数 に お
車 掌 法を制 御 帯域 よ り高
い 周 波数 に
存在するディ
タ 回 転に 同期 し た位置 外 乱に 対 し て適 周 し
ス
第 6 車で は
高 周 波 数 頓 に 存 在 す る 流体 起 因 転勤 で あ る 魔 乱 を 補 償す
,
設 計方法 を 検討 す る
の
提D D に 溶 い て デ
.
増加させ る
こ と が最 も効果 的で あ る
菩せ
ド位置 決 め 精 度 の 悪 化 を 招く
ヘ ッ
,
る ため
響 を 低 減 す る 制 御 系 設 計法 と し て
第 5 車で 提 案
し た 仮 想共 振 を
た 風乱 補償法 と し て
計し
-
しか し なが ら
ー
次に
.
そこ で
.
と第8
7
で の 潮御 帯域 と 軌
め制 御系に お い て
-
,
車で
ドを 設計す る
仮想共振 モ
こ とに よ
,
ドを 伺
ー
第 7 車で
薬転 の モ
ン
幸
,
-
つ
.
さらに
.
に
.
,
ヘ
.
.
は じめ に
で なく モ
ー
ド毎旨轡 定 数 の
低減 に
その 後
事
ド位 置 決
ッ
こ と を実 験 に よ
り確認 す る
,
荏
.
い る
.
の 研究 と し て
主
,
機構系特性 が 制 御 帯域
,
ド影 響
ー
よ り 制 御帯 域 の 向 よ が 可 能 で
4 節 リ ン ク 機構 を 応用 した 機 構 系形状 に よ り
いて
本論文
.
装置 形 状 に 起 因 す る 設
主共 撮 の モ
,
ー
ド影 響 定
.
に よ る ｢ 儲j 御 幣 域の 高 帯 域化+
主 共 振 特 性 を 補 償 し嗣 静 帯域 の 高帯域す虹を 実 現 す る 制 御 系 設 計 法 を 検 討 す る
離 散時 間 ‰ 制御 理 論 を用
る
サ
に よ る ｢ 制 御 帯 域 o〕高帯域 化+
笥 8 車 で は J 機 構 共 振 特 性 を 陽 に 考慮 し た 制 御 系 設 計+
中
て 検討 す る
制 御 帯 域 を 樹 限 す る 要 素 が 機構 共 振 の 共振 周 波 数 と モ
数 を低 減 さ せ 制 御 滞域 を 向 上 可 能 で あ る
と して
つ い
さ ら 覆 る 主 共振 周 波数 特 性 の 向 上 は 困 難 な状 況 と な っ て
共振 周 波 数 の 向 丘 の み
こ と を示 す
.
に 主 共振 特性 の 影 響 が 挙 げ ら れ る
ド形 状 設 計 に よ る 制 御 帯 域 の 高 帯 域 化 を 検 討 す る
,
,
風 乱 振 動 を 相 殺 す る 制御 系 を 構 築 す
り
さ せ る こ と で 慈 斐 な 制御帯 域 を 実 現 し て き た が
,
い
た 風 乱 補 償法 と し て
い
が巌荷 に O d B と交差 す る 周波数 と す る
,
高次 共 振 を 伺
,
提 案手 法が 制 御 帯 域 を 大 き く 超 え た 周 波 数
制 御 帯域 向 上 将 終 審 と な る 要 因 の
の 高 帯域柁 に 与え る 影響 を 調 べ
ある
ゲイ
ほ ｢ 制 御 系 と 機構 系 の 統 合 陀 設 計+
ー
定 数 で あり
の
る 方法 と
致 す る よ う に 機 構系 を 設
-
制 御帯 域 の 高碍域化 を実現す る 手 法に
,
巡伝 達特性
来 ほ 董 共 振 周 波 数 を 向上
計土 の 制 約等 に よ り
は
風 乳振動の 影
,
は じ め に 機構系 の
.
に 存 在す る 風 乱振 動起 因 の 位置 決め 誤差 を改 善 可能で あ る こ とを確 認す る
本論文 の 第
デ ィ ス タ 回転数 を
董 共 岳 よ り も 高 い 周 波数 領域 に も 存 在 す
,
,
そ れ ぞれ の 方 法 に 対 し て 実験 に よ る 評価 を 行 い
.
,
ド位 置 決 め 制 御 系
ク 回 転数の 増加 は 展 乱 の 影響を 増大
ス
風 乱振動の 周 波 数 と安定 な高次 共転 の 周 波数が
,
ッ
.
第 4 車 で 提 案 し た機 構系の 有 す る 高次 共振 を 利 潤 す
,
風 乱振 動を 相 殺 す る 制 御 系 を 構 築 す る
,
ディ
,
こ の 風 乱は
.
ヘ
タ ア ク セ ス 性能 を 向上 さ せ る に ほ
ド を 利 用 す る 方 法 を 検討 す る
風 乱 振動 に 合 わ せ て 飯 憩共振 モ
る
.
ー
る
は そ の 振 動 を 補優等す る こ と は 困 難 で あ る
従来の 制御 系 設 計法 で
,
そ の 有 効性 を 実 験 結 果 に よ り 示 す
,
.
の研究
は じめ に
,
主 共振 を 陽 に 考 慮 し た 制 御 系 設 計 問 題 を 構築 し 補償器 を 設 計 す
得 られ た 補償 器 の 構 造解 析 か ら高帯 域化を 実 現す る 主共坂 補償 法 を導 出す る
童 共 振 補 俵 と 古典制 御 理 論 を 組 み 合 わ せ る
こ とで
,
設計が容易 で
か
つ
,
さら
補 償器 の 次数 を掃 え る
こ とがで
き る 制 御 系 設 計法 を 提案 す る
また
.
,
し た 制 御 系設 計法 を 伺 い た 賓 毅 を 行 い
提案
に お い て 制 御帯域 を 向 上 可 能 で あ る こ と を 確 認 す る
.
炉r e p a r 盈t主o
C h 呼 紐r 2 : C
D 孟s c r e t重罰 奴i o
C h a pt e r 3
S t rh c t u r e
H
拙 t r Ol th e o ry
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,
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d p o 慧I t l O n 亜喝
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S
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F i富 1 5
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y S 紐 m o f h a E d di s k d ri v
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ラ
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弧 i 冨a
も量o
母S
,
n
pr o p
o
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d i n 也壷s p a p
f もhi s p a p
e 君
e『
ず
実機
第望 章
ど
請
準備
2 1
.
状態 空 間表現
2 1 1
.
制
.
奉論文 で
は
連 続 時 間 系 は 状 態 方 程 式 と 出力方 程 式 を 潤
,
- i (iラ
=
y(i)
と表現 で き る も の と す る
ま た 同様に
.
x
tk
-
また
.
,
＋ 13
パ
C
c
x
( i)
＋ B
e
( 書)
＋ D
c
諾
坤)
u
(i)
,
,
A
-
Cd
-
【尭]
＋ B d
E kl
＋ D
d諾
富
u
du
t kj
,
Ekト
こ の 連 続時 閑 系 に 対 す る 伝 達 関 数 は
G ( 8)
離散時 間 系 に 封 ず る
c
離散時 間系 ほ
,
k】
y【
と 表現 で き る もの とす る
A
い て
( sI
C
-
A
-
c
￣
)
l
c
B
c
＋ D
c
s
d
＋ D
d
,
ル ス 伝達 関数 は
G E z】
-
C
(
A
ト
z
d
-
)
d
l
,
i
と覆 る
.
な鼠
奉研究 で ほ
めた もの とす る
また
,
D
o
,
離 散 時 間 系 で の 周 波数 特性 は
パ ル ス
伝達 関数の
z
に
e3
8
を 代入 して 求
.
､
y l e の 記 号 法 を月恥 る こ と に よ り
a
と 表す こ と が で き る
:
,
伝 達 関数 G は 状態 空 間行 列( 斗
A
B
a
a
=
.
10
B
,
C P
) を用 い
て
2 1 望
.
.
j ル ム の 定義
本論 文 で は
伝 達 関 数 が ◎( sきで あ る 線 形 時 不変 シ ス テ ム の 鞘
,
i 沖( s 川
-
:
拙
S u
e <
バ ル ス 伝達 関数 が
:
-
山
.
.
叫
無駄 時間を 含 む 0 次 ホ
周 波 数 プリ ワ
.
,
伺
,
い て い る 叫
2 息1
0
.
次ホ
<
@<
q
7i
0
甘
'
{
藷
汰
次ホ
e
,
一
b
変 換 す る 手法 と し て
へ
)
1き
次 変換 に よ り 離散 化 す る 方 法
つ い
て述 べ る
0 次恭
事
双
,
1 4)
)
レ ドに よ り 離散 托 す る 方
次 変 換 に よ り 離 散 化 す る 方法
一
およぴ 整 合
,
以下
.
一
サ
,
ン
プリ
変 換に よ る方 法を
z
グ時 間 は
ン
T
とす る
s
ザ
B
c
プ) レ値 制 御 系 を 構成 す る 場 合
ル ド を 伺 い て 離散化 す る 慈 愛 が あ る
ー
C
予
ン
c
,
D
) をo 次ホ
ー
c
制御
,
.
ル ド で 離散 化 し た 場合
解散 時閣 系の (
,
id
J
,
B
d
,
C
d
,
D
)
d
,
A･d
と表 書れ る
3 2 望
.
,
ル ドに よ り 離散 化 す る 方法
と0
連 続時 間 系 の ( A
G
郵d ])
連 続 時 間 系 の 制 御対象 に 対 し て 解 散 時 閑 補償者削こ よ る サ
対象 を サ ン プ ラ
,
ノル ム 杏
ル ド に よ り 離 散 化 す る 方法
ー
プ付き双
ー
P
))
w
ロ
の 変換
へ
以 下 に そ れ ぞ れ の 離散 叱 法をこ
ー
o
'
･
本論文で 軌 連 続時 間系 を離散時間系
法 1 4)
S u
彦‡‡ ほ 最 大 時 異 値 を 表 す
こ こ で,
連 続 時 間系 か ら 離 散時 間 系
2 2
<
u
到z】で あ る 線 形 時不 変 シ ス テ ム の
毛働 ‡
葦
と 定 義す る
彦‡◎( 3
p
ノル ム を
∞
.
サ
ン
-
e
A
c
T
B d･
s
,
-
i
T
5
e
^
e T
d
r
･
B
c
,
Gb
-
C
c
-
,
D
c
糾
亨
8
.
無 駄時 間 を 含 む o 次 ホ
プル 債制 御系
影響 を無視 で きな
離散 化 す る に
では
,
ー
ル ドに よ リ離散化 す る 方 法
演 算時 間 遅 れ や 回 路 系 の 遅 れ な ど等 鶴 無 駄 暗 闇 特 性 が 制 御 系 に 尊 え る
い 場合 も 多 い
.
そ の よう な場 合
,
は 無 駄時間 特 性 を 考 慮 し た 離 散 化 手 法
ll
連続 時 間 系
l 苫)
の
制 御対象 を o 凍 轟
が感 要 と なる
.
-
ル ドに よ う
等価無駄 時 間
ス を 有 ず る 連続暗 闘 系の 制 御 対 象 を
藷
( 藍)
A
=
坤)
c
＋ B
u
e
(藍
繊
-
( 2 2)
.
細ラ
と定義す る
数l
ま よ りホ 書 い 正 の 数
書
を用
m
また
.
,
で あ る と仮 定す る
ー
iT
-
8
m
B ed
T
-
r
s
-
e
硯
r
,
=
l
f;
m
ほ
る
する と i
1 @3
-
,
( 2 3)
･
場合
,
r
>
ま の
場合
,
A
T
.
-
2
B
式を0 次 ホ
( 2 2)
r
,
峨
f
e
A
T
ー
B
( 2 速)
丁,
竿
o
4
J
と怒 る
d
e
･
ル ドに よ り 離散化 し て 得 ら れ る( A
d
,
B
d
,
C
d
,
D d)
値を
u
r
l
0 次ホ
-
d
2
c
-
[
-
d
c
c
]
o
ル ドに よ り離 散化 して 得 られ る( A
d
,
βd
･
,
B
d
,
C
d
0
-
,
( 2 5)
.
,
紘
)
D
d
,
D
,
望
,
双
.
-
B
B
d
,
C
-
d
[
C
e
]
0
o
d
0
-
,
( 2 6)
.
u
2 2 3
双
F
r
l
-
d
緑 営) 式 を
◎
.
e
,
A
i
Å を正 の 整
,
,
T
と
数 式簡略化 の ため
,
魯
.
.
い て
A
と 定義 ず る.
(i)
諾
c
制 御 対象 は 厳 密 に プ ロ パ
な軌
砂
C
-
一
次変換 に よリ 離散 化 す る 方法
積分 を 台 形 近 似 す る 方 法 で あ る
親愛換 は 台 形 横 分法 と も 呼 ぼ れ
弼
と す る とき
,
.
す なわ ち
,
(普)
a
の 積労
(書) 杏
敬
坤
･ 13
-
鯛
吾( E 3
＋
e
12
k
･
錦
＋ 1 け,
( 2 7)
･
で 近 倒 す る 方 法で あ る
を得 る
したが
一
て
っ
こ の両辺を
.
変換 す る
z
U [ E】
T s(
E [ E】
2( z
(
4
J
e
,
B
e
と 表 され る
.
.
双
る
e
D
,
) か ら( A
e
こ こ で,
.
次変換 で
一
特に ノ
.
C
い こ とがわか る
α
周 波数 プ リワ
2 2 4
.
,
は
チフ
ッ
時間 系 で 設 計
ッ
この
,
る 離散化 法 が あ る
B d
,
,
C
d
A
d
-
B
d
-
C
d
-
D
d
-
ス
.
整合
.
整合
換す
杏(1
z
2
-
1
￣
e
B
チフ
i
d
( αI
i c)
描(α
ト
A
( αI
-
c
( 2 9)
-
,
は 複 素左 半 平 面 を単 位 円 内 に移す 変換 と 恋
c
( αJ
c
-
c
＋ A
1
-
)
B
c
4 e)
J
)￣
豆
A
てお
っ
)
e
,
c ,
l
￣
,
B
e
c
ヰ D
e
,
.
次 変換 に よリ離 散 化 す る方 法
一
い 領域 に お い て 周 波数 ず れ が 発 生 す る と い
う問 題 が あ
共 振 特 性 に 対 し て月ヨい ら れ る も の で 凝 り
タを 離散 化 す る に ほ
ィ ル
養鶏
-
周 波 数 ずれ を 伴 う 双
,
よ う な 問 題 を 解決 す る 方法 と し て
周 波数 プ リ ワ
,
-
連続
,
次変換 を 適 摺 す る
-
プ 付 普双
凍変換
-
こ
によ
.
w l
(蕊
)‡貴
H
-
周 波数 プ リ ワ
と した 喝 息
c
-
プ付き 双
-
親愛 換 で
(2
ラ
競
=
市市
ほ
.
1 8)
料
変換 に よ リ 離散 化 ず る 方 法
z
変換は
z
H d【
z】 と し た 喝 息
.
連続系 の 伝達 関 数 を因数 労 解
,
る 方法 で あ る
-
( s)‡
J
ト 周 波数 に 近
棚
2 2 5
ト
α
癌
伝 達特性 を 保 存 し た い 目 楼 周 波救 を
な る 変 換を 施す
･
の 変換 公式 ほ
へ
(
である
G
プ付 き双
ー
D d)
,
c
変換
この
.
H
ィ ル タ は 高周波数 域 に 存 在 す る
した ノ
と ば 不適 で あ る
d
2/ T
-
ナイ キ
,
( 2 8)
ラ
i)
-
,
な る 変換 を 施せ ば よ
,
幸 l)
E
連 続 系 の 伝 達 特 性 を H c( s) 離 散 化 後 の 伝 達特 性 を
.
H d[ B】 =
り
と
a
T
B
.
な軌
Co s
極ある
(b T )
s
辛
￣
e
した形で表 し
い ぼ 零 点が 複素 数
望a T
一
s
z
望
)
卜
と 変換 す る
13
･
a
土
,
柳
ぞ
の 極 と 零点
の ときほ
事
(
s
卜 a) を
＋
a
e
＋ bj )(
卜a
s
ヰ
T
&
a
) に変
-
柳
整合
変 換で は
=
F
傾 と 苓 点 のl 緋伎 数 が 異 な る と き に も 周 波 数 ず れ が 発 i i し な
.
トl?J 波 敬1 j- 近 0 ) 岳 榔 疫数 に お
1
.
.
して い る
求ま
しか しな が ら
.
/
.
.
本論 文で は
己と な る 連 続 時 間 系 が 厳 密 に プ ロ
パ
な時は
ー
離 散時 間 系q) 伝達 特惟 を
変換後
/1 dl ヱト
s
.
=
%
H
-
,
d
[ ]L
,
-
〉
W
- ii
￣
( トーT
.
q
2 4
本論 文 で は
Erlr] 御 系 耶 トを 研 易 に 行 う こ と を R 的 に
.
.
'
,
つ い
て 楓Ij'寸す る
そこで
.
'
･
･
.
.
作 意 0 ) ) 那度 数 L JL r a Ll/ sl で
r
)
,
.
( s)
･
c
と した場合
.
,
(2
.
･
1 1)
/ 2)
l
の 感 度 関数 の
.
さ らに
.
1 3)
ベ ク トル 軌 跡 を 利用 し た
) と a 義す る と
'
q
･
･
.
関 係 を 示す
.
感 度 関 数 S ( 5)
･
ゲイ
(2
I
＋ L(
.
)
-
.
1 2)
q
ン0 ) 二乗 は
(2
巾 巧 古郡
.
1 3)
.
R
(2
L(
1
2
.
.
巡 伝達 特 惟0)
の ベ ク ト / レ軌 跡 と 感 度 関 数 の
⊥
=
.
と 点す こ と が で き る
･
巡イ去連 関 数 を
I
E S( i '〕
l
とお く と
I]
`
.
s(
.
l 1)
月
,
巡Iii 連 綿 什
一
.
低 値 関 数 S ( t) L ま女 /i : で あ る と 仮 定 す る
は 次 1 て0 ) よ う に な る
こ こ で
.
.
制 御 免言i 汁fL に
.
.
巡 伝 達 特 性 の ベ ク トル 軌 跡 と 感度 関 数 の 関 係
一
.
以 卜
も零 点 と な る た め
次変換 に よ る 方法 を川 い る
一
連続時 間 系 の 伝達特性 を
の
( s)
JI
な る 変換 を施す
ナイキス
の 変換
へ
”
離 徽日 川+ 系 を 姐 御 !il .J 系 に 変換 す るj ]- 法 と し て メ文
,
,
て 周 波 数 の 異 な る 摘 と 満 点 を fl す る フ ィ ル タ を 離 散 化 す る の に 適
離散時 間 系 か ら連 続時 間 系
2 3
ため
'
い
た 離 散時 間 系が 連続 時 間系 に 対す る 良 い 近 似 と は なら な い 喝合 が あ る
っ
い
t L (J J)]
e
J
L
式 は 以 下の よ う に な る
w
)1
-
b
l
(2
.
1 4)
.
】s (j J )l
L
-
Ⅰ- l lL L ( J
机
-
2
1
-
(1
li
)2
十 n
＋b
?
(2
.
1 5)
こ こで
,
すると
,
D
(2
(j ) を 複素 平 面 ヒに お け る 座 標
l
LL
.
) 式 は 次 =t:
=
1
J
1
の ように
なる
い o jl か ら一 巡 伝 達 特 惟 L (j ) ま で の
一
.
.
-
誌
-
(2
2 l に( 2 1 6)
,
.
.
1 6)
伝達 特 性
ドバ
｢
式は
,
式の
7
.
次元プロ
あ る任 意
'
梅 素1 ! 面
:
,
l
距離
1 6)
感度関数ゲイ
ン)
を
J
′
け
.
ナ イ キ ス ト 線B (T 卜に お け る
こ と を ,I i し て い る
.
よ
っ
て
,
一
フ ィ
巡
ー
t
;
l
[ r a 'l/ s】 のf I ; L 夕柑L を 抑 圧 す る た め u ) 条 作 は
l
LJ
.
･
>
1
<
I
(2
.
▲
1 7)
逆 に 制 御系 が 位 置 外 乱を 増 幅す る 条件 は
I D (i )I
l l)
となる
,
:
-
の 逆 数 で あ る+
l l,
,
,
周 波 故 に お け る 感 度 岨致o ) 人 き さ は
I D (i )l
で あり
軸
z
･
L
の ベ ク ト ル 軌跡 と 座 憤 ト1 O j] 0 )
ク制 御系 が 川 披 数
ッ
の
･
'
ト ( x- V l1 血
ッ
(2
両
-
.
ク トル と定 轟
ベ
.
1 S (j ”
Fig
L L'
(2
'
.
.
;:]
lo
F
'
t3
ず ニ ∴+
0
=m
-
10
＼
＼
-
20
3
〈
/
言
ゝ
-
i
＼
-
I
ー
-
2
-
-
I
m
a
gi
n a ry
a x IS
F ig
.
2 1
.
3
L S ( s)I
-
l
2
3
i r 上 ll y q
15
R
u
is t d i a g
l
e a
r a 111
a xi s
/
2
3
･
18)
連 続時間 H
2 5
.
雅
制 御 閑題
a(
K
F ig
連続 時関 H
制 静 間題 で は
cB
.
2 2
F 主g
,
C
.
.
こ こで K
.
( s)
-
ー
a ( s)
また
ず
a(
と し て 与 え られ る
する と
定義
1
2
連 続暗闘 H
1
F 豆g
.
t
z
l望
G
望見
G
慧2
G ( s) は
抑
∞
また
,
B
I
般化 プ ラ
一
ト と呼 ばれ
ン
2
1
D
ll
-
D
12
C
2
D
慧i
D
2 2
制 御 問 題 は 次 03 よ う に 定 義 す る
制 卸 間題 と は 次
(2
ー
プ系 は 内務安定 で あ る
ま で の 伝 達特 性 を G
E
W
こ とが で
きる
1 9)
( s)
と 定 義す る と
G
z
w
( 8)ii
c
D
( a) を 求 め る 問 題 で あ る
条件 を満た す 連続時 間補償器
K
あ る 尊 え られ た レ ベ ル
,
<
7
7 に 対 して
(2
,
( s) を 連 続 時 間 ‰ 補償器
16
.
･
.
これらの
.
.
の 条 件 を 満 た す 連 続 時 間 補償 器 K
EI
とな る
B
,
,
C
-
a
2 2 で表書れる閲ル
から
粗
.
-
G
( s) y
各信号 は
た だ し.
.
.
連続時 間 H
,
)
l盈
K
-
A
G
bl e r n
プ系 を考 え る
u
.
r o
p
e x,
.
は 連 続 時 間 補償 器 で あ る
( s)
H
もi n tl O u S ti m e
望 2 に 示 され る 閉ル
≡
と表せ る
o n
j
B
と 呼ぶ
･
･
2 0)
これからわか るように,
未満 と す る 内部安定柁 補償 器 を 求 め
る定数 7
様 々 な 問 題 に 適周 す る
標 値 追従
D G K F( D
y le
G lo
,
v e F
以 下の 仮定が お か れ る
優定
(A
l :
,
事
た とえば
.
連 続暗 闘
サ
るという
∞
制御問 題 に 帰着さ せ る
B
2
,
K h
,
k
a Fg O n e
a r
,
取
こ とがで
抗) は 可 安定か
つ
12
およぴ
D
21
ほ そ れ ぞれ 列 フ ル ラ ン ク
仮 定 c3
:
G
12
およぴ G
2 1
ほ と も に 虚 軸上 に 不 変 零 点 を 持 た な む､
般化 プラ
また
厳定 C
,
2
2 6
.
ン
ト が 制 御 器 H ( 8) に よ
離散時間
H
e,o
て
っ
3 は数 学 上 の 飯定で
いく つ か短られて い る
,
行フ ル ラ
,
お よび億 定 C
償器 を求 め る 方 法ほ
ぞわ ゆ え
感 度 最 適托
,
目
きる
.
.
い る那
,
その 中 で
こ の 解 を求 め る 際,
可 検 出で あ る
D
一
事
.
:
l は
,
ノ ル ムをあ
c8
い ずれ もか 書 く した い 伝達
の 方法 1 7) が 特 に 有 名 で あ る
)
弧 C主s
H
プ ) レ蔑 も の で あ り
外 乱抑 圧 制 御
.
,
c2
仮定 C
ン
プ 整 形 問 題 な どが あ ぼ ら れ
ー
iI
発 常に シ
ス ト制 御
ロ バ
,
プ伝 達 関 数 の
-
制御 問 題 の 解を実 際 に 求 め る に ほ さ まぎ まな 方法が提 案さ れ て
e, c
o
きる
そ して閉 ル
,
に選ぶ こ とで
w
z
連 続暗 闘 H
億定 c
こ とが で
フ ィ ル タ 問題
,
関数 を G
も
連 続時 間 ‰ 制 御 問 題 自 体 ほ 単碁こ 閉 ル
,
クで 凝 る
.
.
き る た め の 感 要十 分条 件 を 表 して い る
安定 化 で
あり
ン
こ れ ら が満た
苦れ なく と も連続時間 ‰ 補
1 6)
制 御問 題
W
Z
･
-
･
･
･
･
･
･
･
･
-
-
卓
畠
中
i ･
卓
￠
岳
>
G [ z3
u
離散時 間
H
プ系 を考 え る
∞
.
制御 問 題 で は
ただし
,
こ の
,
2 3
.
.
D 豆s c
fe
-
-
･
y
”
･
E z]
K
F ig
-
毛e も
まm e
-
‰
p
m
bl e
m
連 続暗 闘 ‰ 制御 問 題 と 同 じ よう に
間ル
-
プ系 は 離 散 時 間 系 で あ り
i
-
G E ES
敬
17
-
,
,
F ig
各伝 習 は
H 【E】y
,
･
･
2 3L に 示 苦 れ る 閑 ル
-
と 表せ る
こ こ
,
で
叫 :J
は 離 散 帖r ritJi由仔ほ旨で あ る
また
･
Gl
,
A
…]
: i三
に
小ま
B
B
I
･
2
G
G L =】
と L て 与え ら れ る
する と
定義
1
2
F ig
.
J I ,x l
2 3 で 表 さ れ る閤 ル
まで
ご
伝達特 仕 を G
の
い
=
て
.
J
x
.
.
,
'
=
G
; 〟
21
D
2 2
[ 川
こ
,
こ とが で き る
l
c L
.
を 求 め る 問題 で あ る
[ 言]
K
ある 与え られ た レ ベ ル
.
<
↑
･
に対して
r
1
(2
,
”
ナノ v
.
H
.
補 償器 と呼 ぶ
冗.
制 御 問也u ) 解法 と 異な る 点は
1
.
こ 0)
.
､
て 連 続時 間 1 L
q 1' 化 プ ラ
.
地 紋 帖Fl11 系 0 )
富を 設計 す る
補作i 諸
L
迎 続時 制
L こ】を 離 散 時 間
y
･
2 2)
.
.
.
その 後
･
,
離 散 時 間 ノJ
.
.
18
ン トに
.
ン ト を離 散時
本研 究 で は
.
般化プラ
一
ン トを
対 し てid i 紋F!i-l'J
補 償器 を求 め る
-1一脚 ヒ プ ラ ン ト 構 城 権 は FI ‡_ ノ ル ム の 評 価 にE 呂 き 携 わ る た め
般 化 プラ
一
.
”
求 め たitE 続 時 間 J I
x
.
離 散時
,
制 御 問 題 に 帰 着 さ せ る 手法 を 用
ま ず 対象 と な る 離 散時間 系 の
･
て 離 散時 間 系に 変換す る こ と に よ り
れる
2 1)
･
.
'
叔 一次 変換 をHI L
.
E 紬(F) な f 川
fiC i
.
.
い
D
(2
･
離 脚 紺J 系 に 対す る 制 御 化 様 を 設 定 で き る 点 で あ る
.
に よ り 辿 緋Flj--I. J 系 に 変 推 す る
.
2
.
制 御 問 題 か 迎 矧l一紺】1)
1iり御Ir-] 題 0 ) 解テ上と し て
る こと とす る
を解 き
C
.l =) と 定 義 す る と
= u
れ ら の 粂L rF を 満 た す 離 散 時 間 補 償 器 ^
】系 で 矧 Jk: す る た め
l告
'
l 1
.
離 脚 帥=
IE]. JJ
D
プ系 は 内部 安定 で あ る
ー
.
となる
こ
l]
制 御 問 題 と は 次0 ) 条 件 を 満 た す 離 散 時 間 補 嗣 器
,
L[
.
D
[
.
.
.
,
また
l
.
〉
･lL か ら
.
I
C
-
離 散 時 間 什･ x 制 御Ii】遊 は 次 の よ う に 定 義 す る
,
離 散時間
2
-
H
枚
一
rf
J lilj 御I J 越
'
c
次 変換
T
補償 器 をヌR - 次 変 換 を 用
一
l
.
,
なお
,
制 御系 設計 問 題 は
.
児 一次 変換後 も そ0) 関 係 は 保 存 さ
第3 章
の構造
H D D
3 1
.
ド位 置 決 め 制 御 系
H D D の ヘ ッ
S pi n d 一e
m
ot o r
D i sk
ゴ
＼
a
Vice
c oil
m
o
fI D D
つ の
は主に
,
磁気ディ ス ク
磁気
.
部分 か ら構 成 され て
い る
.
El
3 1
,
ヘ
,
ッ
ド
,
a r
ヘ
+
d di s k (1 r i
ッ
v
e
ド位 置 決 め 磯･偶 系
ら は そ れ ぞれ 次 の 通 り で あ る
こ れ
e ad
tor
_ー
ー
_.___
F ig
g 71 e it c h
1
及 び そ れ ら の 制 御 装E 5
,
の 4
.
磁気 デ ィ ス ク
表面 に 磁性 体が塗 布 さ れ た ア ル ミ板 また は 硝子板 で
タ は 同 心 円状 に 記 録 され て お り
枚 が同
塩気
ヘ ッ
一
一
,
つ の
ス ピ ン ドル モ
軸上に 固 定 さ れ
同心円
ー
の
,
デ
タ を磁 気 情 報 と し て 記 録 す る
ー
占め る領 域 を ト ラ
タ に より 高速( 3 6 0 0
-
ク と呼 ぶ
ッ
1 5 ()0 0
r
1
p
I-
･
･
デ
ー
一般 に 複数
) でl 可 転 し て
1
い る
･
ド
ディ
ス ク の 回 転 に よ る 空気 の
を行 な う
.
ヘ
ッ
ドはデ
ィ ス
流 れ に よ り 僅 か に ( 1 ()
クのデ
ー
タIrri
-11 1
1
l l[ti に つ き 1 つ
19
以 下) 浮 上 し
.
設け ら れ て
.
い
磁 気情 報
る
･
の読み
書き
ド位 置 決 め 機 構 系
ヘ ッ
'
磁 *i
ヘ
タ
ク
.
ッ
I
､
.
ア セ ン ブ リ ( ll S A ) と 呼 ば れ る
･
”
る
い
V C 入1 に よ り ピ ボ
,
'
つ つ
( V ( 八= か 川 い ら れ て
おり
デ ィ ス ク J-. の 所)ii の 伯; '!l にI. 小帖 移 動 さ せ る 機 純 系
'
ド を 保i i し
ッ
ほ そ U ) 梅 雑 なf 軌戊か ら
/
磁 i (i
-
.
般に
一
ア ク チ
エ
ン
を 介 して キ ャ リ
ー
ヘ
ッ
ドはサ スペ ン シ
ト ベ ア T)
ン
グを 小 心 に し て 揺 動 す る
.
ッ
:7;li 耶妓数 域 で 多 数 0 ) 振 動 モ
I
,
タ と し て ボイ ス
ュ
ョ
こ の
.
ドを 市 す る
ー
.
ッ
ヘ
.
ッ
ド
イルモ
コ
ス
･
ー
タ
ジ に 同定 さ れ て
ド11 -_[ 置 決 め 機 構 系
l
ヘ
ッ
l
.
制 御 装置
ヘ
ン ピ
ュ
サ
い
Fig
･
ボ
る
タ0
コ ン
'
)
トロ
.
11 D D
の
を 対象と す る
ⅠI D D
.
ー
ラは
.
サ
ン ト ロ
ラ
ー
ス ピン
.
ド/ ラ イ ト を 実 行 す る
ー
ンプラと ホ
ー
コ ン
ドル
トロ
モ
ー
ー
タ の:川御 肌
ホ ス トコ
ラ 制御 部 か ら 構成 さ れ る
ル ドを 宿す る サ ン プル 値 制 御系 を前 掛
こ設
.
計されて
内部 の 写 貞を 示す
本研 究 で は
.
デ
,
ィ ス
ク 回 転数 1 0 0 O O
r
p 71- の 3 5 イ ン チ 型
-
.
ド位 置決 め 制御 系
ヘ ッ
3 2
軌 長に 対 し て リ
ボコ
ー
.
に
･
ッ
ー
ー
3 1
ド のf;T1.; lJ 行夫 め を 行 う サ
'
磁気
C
o n
t r o LI e d
o
bj
e ct
M a g n e ti c h e a d
o si ti o n
P
d et e c t o
A ノD
∩v e
r
S
rt
H
erv o
c o n tr o
IP e r
c o m
o st
p ut e r
H S
P o
a m
Fi g
Fig
･
3 2 に
･
ヘ
ッ
･
3 2
,
w
D /A
er
p lifl
H
e
e il
v
n
d
p
-
it i o
o s
ド帖 嗣 決 め 制 御 系 の 概 略 図 を i-i す
,
2 ()
.
e n
7LILl
S V S t tモI l l
g
磁気
.
ヘ
ッ
ドの 位置 情報 は
-
磁気
ヘ
ッ
ドの 読 み
取
た 信 号 か ら 位 置情 報積 出器 に よ り 抱調 さ れ
っ
送 らゎ る
サ
.
ボコ
ー
に対 して磁気
ヘ
ン
こ
変換 さ れ た 後に
位 置情 報 の サ
3 2 1
.
ラは ホ ス トコ ン ビ
ー
ン
パ ワ
ア ン
ー
タ を介 し て サ
ー
タか らの 指示に基づ き
-
ュ
ド を 移 動 さ せ る 制 御 人力 を 計 算 す る
ッ
に よ り ア ナ ロ グ信 引
,
トロ
コ ン バ
A/ D
プを 介 L て
V (て九l に
ン トロ
ラに
ー
Fj 標 と す る ト ラ
.
計 冒 さオ1 たn;11J 御 人) J は
.
ボコ
ー
コ ン バ
D/ A
.
印hl] さ れ る
ッ
ー
ク
タ
.
プ リ ン グ方 法
P
o siti(ヽn
d a ta
U
d
s e r
雷
彪
拐
』
辿
変≡
eS
P過
○ a
≡表
無芸
詔
覗
my汐
派
領
S
a
t :l
e c
t
o r
5
t
§
≦≡
ら
Fig
磁気
つ
か の f ) 式 が 存 在す る が
セクタ
.
サ
･
報は
の
番地 を 表 し
トラ
,
ッ
,
ー
る
ヘ
ッ
サ
ー
ッ
,
ド の 位 置 情 報 の 読 み 取 り ( サ ン プ リ ン グ) に は い
では セ クタ
･
サ
ー
ボ 方 式 と 呼 ば れ るj ￣
) 法 が
'
l
･
,
デ
ー
lt
.
,
き込 み
タ領 域は 位 置 情報 に よ
,
バ
ー
ス トI .言･l- を
'
.
.
ボ 方式 で は
.
サ
･
ボ方 式 の 概略 図 を示 す
こ とがで きる と い
21
I
■
･
1
の
間に
ユ
ザ
ー
て 区切 ら れ て お り
っ
セ ク タ 番 号 と はIi r
n んで
.
バ
ス ト†,;
ー
.
伯置
,
トラ
一
]
い る
の使用
ー
る 倍 嗣情 報 の 本 数 を 表す
い
複数 の 信 号 の 振幅 か
.
/
ク
位i賀 情
.
りと は
1
.
トラ
ッ
ら 構成 さ
.
各セ ク タ が 位 置情 報 を有す る た め
ド の 位 置 情 報 を If 確 に 知 る
.
ー
般的で あ
･
y
そ こ か ら 位; 1 l h ; 稚 を ;-;E み
.
佃 置情 報 と 位 置情報
,
位置情 報 を 得 る た め に 書 き 込 まれ た 信 号 で あ り
3 3 に セ ク タ
.
ヘ
y s t e ll l
s e r v () s
デ ィ ス ク 上に 位; 'JII I■i 相 を
す なわ ち
.
'
･
F ig
･
の
ク 市 I と セ ク タ 布 I の 他に
れて
セ クタ
t o red
c
セ ク タ 歎 と は デ ィ ス ク ヒに 書 き 込 ま れ て
い
.
e
タ領 域 の 一 組 か らな る 領域 を セ ク タ と 呼 ぶ
ク幅 よ り も 小 ざ
い る
の H l) D
全て
,
タ 龍城 が 与 え ら れ る
ー
.
位 置 情 報は 放 射 線 状 に 苫 き 込 ま れ
.
情 報 と 区切 ら れ た デ
上で
現在
,
ボ 方式 とは
ー
取 る 方 式で あ る
す るデ
S
3 3
ド位 置 決 め 制 御 系 の 制 御 壷 で あ る
ッ
-
く
る
ヘ
.
実際にデ
,
う 利点 が あ る
.
ー
タを 読み 書 き し て
しか しな が ら
.
こ の
い
方式 で は
,
デ
タ の 困 転 数 と セ ク タ 数蔓こ よ り位 置 信 号 の サ ン プリ ン グ 周 期 が 決定 さ れ る た め
ィ ス
グ周 期 を 向 土 さ せ る た め に は
有る
そ の ため
.
冠D D の デ
,
制御 系 に ほ で きる だ拝島
.
磁気ヘ
サ ン プリ ン ダ周 期 で の 制 御 が 望 ま れ て
い
ン
タ 領 域 を 翻 く 形 で 位置情報 の 本数 を 増 知 音 せ る 慈 要 が
-
タ 容量 を で き る だ け 大 き く し た い と い う 観点 か ら
ド位 置 決め 制 御 系 に ほ
ッ
い る
ヘ
,
ド位 置 決 め
ッ
.
デ
フ ォ ロ イ ン グ制御 と シ
,
タ の 読 み 書きを行 う た め に
ー
凝る
ク制御 の 2 種類の 制御 が あ る
ー
.
グ制静
フ ォ ロ イン
シ
ザの デ
ー
プリ
ン
制鞠】系 構成
3 2 2
.
-
ユ
サ
,
外乱を抑 え る
書
こ と が重要
磁気
,
ヘ
ッ
とな る た め
ドを 同
トラ
-
フ ィ
,
ドバ
ー
ク に 追 従 さ せ 続 け る た め の 静周才で
ッ
ク 緒性 が 重 要 視 さ れ る
ッ
,
タ 制御
ー
デ
タの 読 み
-
フィ
ドパ
奉研 究で は
ー
ッ
情 報の 読
●
書れ る
ッ
ク 特性 の み な ら ず フ
ィ
制御 系 の
,
を対 象 と す る
の み
き を行 う 目標ト ラ
.
フィ
ー
これら の
ー
ドフ
ォ ワ
ヘ
ー
ド特 性 も 重 要 な 要 素 と な る
ッ
ヘ
ド位 置 決 め 制 御 系 に は
ッ
ク 特性 を 論 ず る た め
普を 行わ な け れ ば怒 らな
ドを 移 動 言 せ る 制 御 で あ る
ッ
ドバ
シ
,
ー
ク制御 ほ扱わ ず フ ォ
H S 魔 の 複雑 な 構造 に よ り
こ とに よ り,
ディ
制御量 で あ る 磁窺
.
ヘ
ッ
t
ス
ク の 腐 心 に 起 因 す る 同 期外乱 や
ヘ
ッ
ス
.
て 複雑 な 機構 共 振 が 多 数 存 在 す る
ドQ) 位置 情 報 は 離 散 信 号 と し て
ディ
,
のみ得られる
.
一
制 御 対象 の モ デ リ ン グ
3 2 3
.
高周 波 数 域 に お い
,
●
イ ン ダ制 御
ロ
外 乱 抑 圧 特 性 に 優 れ た 高精 度 位毒賀決 め が 要 求
い ため,
タをこ 付随 し て 移動 す る 流 体 触 振 力 に 起 因 す る 風 乱 な ど が 存 在ず る
●
,
.
以 下 の よ う な 特徴 が あ る
,
そ の ため
.
.
磁 気デ ィ ス ク が高速 で 回転す る
･
タ ま で 磁気
ド位 置 決め 制 御 系 に おをチる 制 御 対 象 は
力までの
l
路系の
デリ
号
入 力 l 出 力系 の 伝達 特 性 で あ り
ン
究 機構 系 の
,
,
D/ A
機構 系
コ ン バ
へ
の 入力か ら A / D
コ ン バ
と回 路系 の 旋在 す る特 性 と な る
モ デ リ ン グ を そ れ ぞれ 検討 す る
22
タ
ー
.
.
ー
タの出
そこ で
,
回
H
e
i: E
K
＋
i
a
L
s
rn
R
F ig
F ig
翠
,
敬
,
.
語4 に パ ワ
+
数
私 は 電 流フ
で ある
F ig
.
.
M
.
ア ン プと V C M
ー
.
H f は 力定
3 4
.
粘
ィ
ドバ
-
3･ 4 よ り
.
ッ
o
f p
イ ル 抵抗
コ
ク 回 路 の 抵抗
K
となる
こ こ で
,
H
,
･
m
S
r
p liB
a m
は パワ
r
A
,
＋ R M
＋ 兇r
-
a
m
-
a
el
,
H
e
は 逆 起 電 力定
は磁 気 へ
､
ド速 度
プ
e
‰
＋
S
･
,
か ら 出力 奄 涜 産 ま で の 伝 達 特 性 紘
u
｢
L
.口電 圧 の 増 幅
ア ン プ 郎力
ー
ア ン プ の 飽 和 電圧
ー
H
u
叩
K
はパ ワ
a
の イ ン ダタタ ン ス
a
･
V C M
d
姐
は V C M
m
は 十分 に 大 き い 債 で あ る と坂 定 し K
a
ef
こ こで
.
H f
飛
場合 の 入 力 電 圧
T
L
L
j= E
,
ア ン プ の 飽和が 無 い
,
o w er
の 屯 デル を示 す
の
は V C M
も
d el
o
亀
＋
＋
粘
とする
c x3
V
K
♯
( 3 1き
.
!
a
これに
.
より上 或 は
1
i
とな る
ン
こ の よ うな ア ン
.
プ特性 は ゲ イ
ン 1/
ロ
イ
ン
v c M
特性
u
亮
プは 薗流 掃還 型 と呼 ば れ
み となる
こ の 場合,
.
印加 電 圧 が j = E を超 え る 範 囲 に お
特性 は
=
い て は
,
コ
( 乱 2ラ
,
イル
コ
グ制 御系
の み
を対象 と す る
の で,
の 発 生す る推 力f か ち 磁気
となる
の 慣性 モ
ー
.
ヘ
ッ
フィ
ドバ
ー
クル
ッ
,
一
プの 効 果 が なく な るた め
-
本論 文で ほ
ド位置 x ま で の 特性 が
ヘ
ヘ
ドま で
ッ
の 距 離を
,
r
-
,
=
i
と し て 定 義ぎれ る
.
､
ピボ
動 作範 囲 に お け る 磁 気
r
9
,
.
転軸 ま わ 9
H S A の回
等価 慣 性 質 量
m
,
等価推力f
.
生
( 3 逮)
.
,
r
g
ト ペ ア リ ン グ の 回 転角 度 を ♂ と す る と
ヘ
ド位 置
ッ
x
は
雷
光
r
･
g
事
フ ォ ロ イ ン グ動作 時 の 微 か な
9 と近 似す る こ と が可能 で あ る
ド 位 置 ま で の 伝 達 特性 は 1/(
23
は
( 3 3)
'
ゝ
ッ
ヘ ッ
約 に は 等価 推力 か ら磁 気
-
評
,
アンプ
,
J
m
方
ド位 置 決 め 機 構 系 の 宿 す る 伝 達
ッ
V C M が発 生す る トル ク をま と した と き
-
ア
.
奄 流飽 和 の 生 じ な い フ ォ
,
ア ン プ特 性 を定常 ゲイ ン と見 な す こ と とす る
ピ ボ ッ ト ベ ア リ ン ダの 回転軸 か ら磁気
メ ン トを J
の 田地 鷲圧 が飽 栂 しな い 範囲 で は
イ ル の 次 定 数 や 逆 起 電 力 の 影 響 は 受各チ 凱
イj レ の 次 定 数や 逆 起 電 力 の 影 響 を 含 む 特 性 と な る
コ
へ
m s
望
) (剛体
モ
-
ド)
･
した が
とな る
っ
･
て
,
理盟
しか しな
がら
.
は そ の 梅雑 な 構造 か ら 多数 の 機構 共振 を 石 し て い る
II S A
ド仰 臥
ま で 0 ) 周 波 数止 茶 の
･
対しては
系モ デル
例を
一
､
モ
.
け
J
,
F ig
.
:L
.
卜) を 以 卜0 ) よ う に 仮j宣す る
,,,
三豊
-
.
は モ デ リ ン グに 用
'
[司石 板 軌 敬[ r f " i/ ゴト (- は 各 モ
るモ
い
のblJl 定 結 果 と
一
ド敗
ー
致 す る よ う に 選 定 され る
王権 出 器 の 'i: 常 ゲ イ
i芦
'
､
1' ;∼
)
tF
振モ
;
,
こ の モ
.
から
ヘ
ッ
ド が 混[ F_ す る 系 に
ー
デリ
グ法 で ほ 機 構
ン
が 含ま れ る
ン
'
hj
q
＋ 2 (iL J
1
=
よ
.
っ
L
J
ー
ド影響 定 数
こ れ らの パ ラ メ
･
て 本論 文で は
実際
.
は 各モ
〟 ,,i
.
ー
ドの
タ は モ デル が 周波数 応 答
ー
の 測定 結 果に は
V C M
,
ア ンプや位
連 続 時 間 系 の 制 御 対 象 P ( a) は 定 数 ゲ イ
.
･
l 上7
ドの モ
ー
し か し なが ら
.
十
サ
.
,. 1
は 各モ
A :/
,
( 3 5)
.
2
ド のわ魂褒 係 数 を 表す
ー
,
'
に 示 す よ う な 多数 の
.
.
J
] t ] , をJ 削
3 5 に 等価 推 力 f
.
I
P
^
'
ド o ) 屯ね あ わ せ に よ る モ デ リ ン グ法 が 行 効 で あ る
ー
仙 '
こ こ で,
=
F ig
.
ン
r
て
'
八
”, (
.
1
)
5
^
-
'
1,
Fti
∑
.
i
と 止こ威 す る
=
b
1
2
＋ 2( iL J
l
T,
i
＋
.
b
,
LJ
( 3 6)
.
2
'
, l
L
.
雪 l
.
i
: i)
O
I
A
M
･
1
J
0
A
】
i
｢
コ
｢
笥
i
0
F
Fig
卜記 以 外 の 特 性 と し て
られる
.
本論文 で は
.
.
.
3 5
.
1)
こ の
F h モq l l (
次ホ
ー
･
I
l )(
V
.
r tl トP
l
q
u c
O
Il 汚 e
,
n ;
n L
)
l TI Iz
･
f
し-
lTIP
ぐ
1 1 a 11i c ftl s
y s t ( I一l
-
.
ル ド の 特 惟 とサ
ー
ボコ
ン
両 名を モ デル 化す る 方法 と し て
24
2
トロ
ー
種類
ラ の 演 算 に伴 う 無 駄時 間が 考 え
の
方法 を 使用 す る
.
周 波 数応 答 に 含め る 方 法
古 典:li-lJ 卸f ]l!, 論 や 本 論 丈 で 瓜 実 す る ベ ク ト ル1)･: t 跡 に) ちづ く(EiIJ 御 系 息 汁辻 で は
.
数 応 答が 必 要 と な る
間
T
[ s]
次ホ
の O
B
そ こで
･
連 続 時 間系
,
ル ドの 周 波数 特性 F
ー
F
z o FI
L. J
r
周 波 数 応答 に 対 し て
の
･
サ ン プ リ ン グ時
.
I
(J L J)
.
(, A )
z () 〟
(j )
P
制 御対 象 の 川波
,
エニ
ニニ
L
=
(3
L L)
)
.
7)
.
と
無駄 時 間
,
T ,L[s] の
の 周 波 数 特 化 F ,I ,( J-i J )
無駄 時 間要 素
(j J )
F
を川
い る こ とに より
部門如!fI -J 系 の 川 波 数FL( 芥
(j J)
ン
プリ
こ の
.
ン
方法 で は
グに よ り
ナイ キ
.
P
-
L
d
<
(j 山)
F
･
･
￣T 1'J
1
P
-
”
,
P
とす る
L
d,
LJ
( 3 8)
.
(j J)
p
香
L
d
z o fJ
(j u )
F
･
(j J)
LI
,
u
( 3 9)
.
.
ト周 波 数 よ り も 高 い 周 波 数 に 存 在 す る 制 御 対 象 の 特 惟 が サ
ス
t
イ リ ア シ ン グ さ れ る1;3
t 苧
警を 々 臆 す る こ と は で き な い
エ
しか しな が ら
.
'
イ キ ス ト 周 波 数 以 上 に 存 在 す る 特 怖 が 制 御 系 に 与 え るE;- 轡 が 小 さ い 場 合
,
,
する
こ と なく
'
8 易 に 離 散 化 モ デル を得 る
'
こ と が で き る と い う 利点 が
数 式 モ デ ル を構 築
,
ある
ナ
,
.
数 式 モ デ ル に 含め る方 法
II
幣
制御 理 論 や 現 代制 御 理 論 に お
駄 時 間を 考 慮 し た
制御 対象
ヘ ッ
3 3
.
Fig
.
の
･
制御 対 象
の
( ヱ=
P
d
こ
変換 す る
11 D D
の
ヘ
( 2 6) 式)
そ の喝 合
無
.
に よ り 連 続時 間系 の
-
,
.
.
ド 位置 決 め 機 械 系 で は 3 k II
ッ
機 構 系 の 最低次 の 共振 で あ る 主共振 は
.
7 0)
ドで あ り 一
,
主 共 振 よ り も;I I) し､J ;J 波 数 に は
'
.
伝達 特性 を
っ
一
意に定め る
ている
.
A
.
ー
本論 文 で は
ドで あり
,
z
モ
.
.
z
以 下の 周波 数域 は 剛 体 モ
以降に現れる
,
_F_ 共 振 は モ
'
,
.
二 つ の
例え ば
,
モ デ ル 化 困 難 な 非 構造 的
共振
の モ
ー
ド
ド影 響
,
そ0 ) た め
,
不確 か さ と して 捉 え
ド影野 定数 の 正 負 が 同 じ場 合 を 同
機 構 系 は 最 低 次 の 共振 で あ る 主 共 振 は
ド 影 響jZ 数 が 正 で あ る 剛 体 モ
25
ー
ー
そ の 特 惟 を 容 易 に モ デ ル 化I-FlT 能
'
ー
.
様 々 なl: ; 次 共 振 が 隣 接 し て / i 托 す る
.
こ と は 難 しく
正 負 が 反 対 の 場 合 を逆 相 と 定 義 す る
影 響定 数 が負 と な る モ
4 k li
明確 な 共振 と して 実現 さ れ
つ の
一
ー
る こ とが - 般的 とな
札
.
.
高次 共振
.
.
ド位置 決 め系 で の 機構 共 振特 性
3 5 に 示す よ う に
ている
ル ド に よ る 離 散 化 手法 (( 2 5) 式
ー
.
c
定数 が 負 と な る モ
っ
次ホ
( 1) を 離 散 時 間 系
p
が支 配 的 と な る
とな
o
制 御 対 象 の 伝達 関数 が 必 柴 と な る
いて は,
ー
モ
ー
ド
ドとは逆相 の関係となる
･
ド位 置 決 め 系 で の 位 置決 め 誤 差 要 因
ヘ ッ
3 4
.
.
a) へ
･
,
ヘ ッ
.
l
'
' L
I
l
I
r
ス ペ ク トル0 }
ー
.
_
ド位 嗣 決 め 系 に 加 わ る 外 乱 は
J
.
'
ドL I_fi L Li火めTlilJ 御 系 に お け る 位; r/亡決 めk ミJ ;; の パ ワ
L
F ig 3 6 に
デ
.
クrri] 掛
ィ ス
一
例 を示す
岡 す る も の が 支配 的 で あ る
こ起
E
I
'
り
.
A D D
･
その ため
.
t
以 トの よ う な 位EF t 決 め 誤 差 要 因 が 仔†
Li す る
●
デ
ィ ス クの
-I S
回 転 に[･F- う 流 体h H 鮎ノ] に よ り Ⅰ
i
人 き な 誤 差 度 胸 がラモTl :_ す る
低] a 波 敬
L
｡
I-l D D
lu
r
'
の
'
回転 す る デ
の よう に
l O l 1t
_
巨す る
(
.
.
ィ ス
ッ
ド位 置 信 弓_L で は
ク_l二 に 書 き 込 ま れ た 信 号 に 追 従 す る 削 卸 系 で は
3 6
,
.
か ら JI R O に よ る 線 ス
ペ
.
re
p
t a ble
e a
.
1
,
ス
タ のl･ 榊云J d 積 数o ) 幣 数[ , りこ1巨
'
'
I
ク ト)I /1月の 振 動 特 性 がr 軌 司波 数 域 に も 存 在 し て
い
.
ド付 近 で
い ヘ ッ
変 位 をl lA す る 機 椛 共 振 モ
のみ
高周 波欺 域 に て 大 き な 誤 差要 因が発生 す る
う 機 構 振動 を 風乱 と 定 義す る
.
本論 文で は
,
こ の
ー
ドが 振 劫 す る
.
凸
コ
≡
l=
ELO
≡
1 000
L
3 6
･
ユ0 0 0
P
o
l
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5 0 1)0
4()0 0
Fr eq
叩 e( t
･
ru
6 0( 〕0
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l11
O
26
f
p
7 0 00
f( 0 0 0
9000
err o r
Sig
)0 000
[ H zI
o s
i ti o
.
l li l 1 g
ll
l
a
こ とに
よう な流体 加振 力 に 伴
｢
F ig
,
'
'
F ig
ヘ
,
.
R R O ) と 呼 ば れ る 組 ス ペ ク ト ル 状 のl 抑 L 外 乱 が デ
流体 肋振 力が 肋起 しや す
より
全休 が 振 勤 す る た め
A
.
る こ と を確認 で き る
●
.
高 次機構共振 を 用 い た外乱補償
第4 章
本章 の 概略
4 1
.
ヘ
ド伯 置 決 め 制 御 系
ッ
最低 次 の 共振 で あ るi : 共振 は
の
.
の 特 性 を容 易 に モ デ ル 化 吋能 で あ る
一 方
一
.
,
高次 共振 は
た め伝達 特 性 を 一意 に 定 め る
こ と は 難 し く,
が
従 来の 制 御 系 で は
般的であ る
一
フィ
ド′i
きた
ー
ッ
そ の ため
.
,
ク 制御 は 行 わず
ノ
.
ッ
明 確 なl-E 抵i と し て 実 現 さ れ
つ 0)
,
様々な振動モ
,
ー
そ
.
ドが 憐 授 し て 仔f 1-: す る
デル 化 困 難 な非 構 造 的不 確 か さ と して 捉 え る
モ
高次 共振
,
の
存 在 す る 周波 数 に お
い て は
と
こ
積極 的 な
チ フ ィ ル タ 等 を 絹 い た ゲ イ ン 低 減 に よ る 不 安 定 化rEil 避 を 行
て
っ
.
本 章で は
従来
,
置 決め 機 構系
の
制御 系 で は 困難 で あ
っ
た 岳周 波 数域 で の 外 乱補償 を実 現 す る た め
の 有 す る 高次 共振 を 利 稽す る 機 構
を 有す る 機構 系 に 対 して は
ク ト ル 軌 跡 を 用し た 解 析 方 法 が 白 効 で あ る
`
ベ
.
制御 系 統 合化設 計 の 研究 を 行 う
･
､
次 共振 を 全 て 主共振 と 同相 化 す る 同相 安定 化 設 計法を 提 案す る
条 件 に よ り安 定 化可 能 な
数 を Od
B
ヘ
ド位 置決 め 制 御 系 を設 計 し
ッ
末端 とす る 制 御系 を実 現す る
本 制 御系 を用
.
い
さ らに
.
高 次 1t- 振
,
.
の
る こ とに より
の
ド位
ッ
権雑 な 伝達特 化
こ と を 示す
乍て
.
.
ヘ
.
.
また
托
l
,
J
機 構プIi 舶 を1 1/ fE)
'
.
存/ i: す る 周 波 数 で 0 ) 感 度 関
,
高 次 Ji 振
J
の
存 在す る周 波
'
数 に て 外 乱 祁 飢 が 火fl T F11 稚 と な る
複数 モ
4 2
.
ヘ
ッ
ー
ドに 対 す る 安 定 化 手 法 の 検 討
ド伯 置 決 め 制 御 系 で は
1
振 粘 性 が 巾 な り 合 うB i
.
る
2 3)
証し
.
,
そこで
各モ
ー
,
.
.
制御 対 象 は 様 々 な
.
そ の 共振 モ
重な り 合
っ
た二
ー
つ0) モ
モ
ー
ド の 達成 に よ り 構成 さ れ て い る
ド が 州lI か 道 川 か に 応 L; て
ー
,
.
つ の
共
そ の 伝i f 柑 ＋tJ_ カ1 大 き く 変 化 す
ド が ナ イ キ ス ト 根 因 ヒ に て ど0 ) よ う な 挙 動 を 示 す か を 検
ドに 対す る安 定 化 手法 を検討 す る
.
27
4 2
.
隣接 す る 共振 が 同 相 の 場 合
1
.
'
隣指 す る 共振か 同和 で あ る 場
h
と して
n
(3
.
,
( s)
K
-
7
/
l
^
∑
′
:1
I
＋ 2( i 叫 . i
q
.
l
=
J
式 に ホす
6)
r
^
p
.
.
＋
亨
( ヰ1)
12
.
i. I
” ,
によ†し
､
,
^
-
r' )
LJ
と し た 制御 対象 P
p(
を 考える
ク トル 軌 跡 を F i g
a) ベ
)
占
ト)
2
-
.
1 0 05
-
,
2
-
'
N
,
K 2
I
,,
50 OO
X
7T
くl
,
LJ
,
同 相条作 で の P (
.
4 2 の 実 線 に て 示す
.
.
振 点 の 間 に 反1`宅振 点 が 発 出 す る
t!
1
,
I
位相特 性 は -
.
o
.
隣 接 す る1 r= 鮎 が 逆fLl で あ る 場
'
L
t
l
と して
r
^
L
･
J
, ,
1
破線 に て 示 す
線とな り
.
4 1 の 実 線 に , Tt
.
o
･
,
の
っ
た場 合
範囲 内 に収 ま
っ
す
.
また
,
共振 点 と lモ
.
,
てお り
,
の
二 つ
方の 共振 に よ る ベ ク ト ル 軌跡 が ナ
一
も う一 方 の 共 振 も ナ イ キ ス ト 右 半 平 面 を
一
.
共振
相特 性 を 安 定 化 す る
の位
こ と が 可能 と な る
.
向 に 円を描 く
一
36 O
こ ととなり
い
.
.
2
-
-
A 2
,
7T
X
1
5()()0
.
一O O 5
-
,
変 化す る
o
一
.
方 の 共振
一
こ と は 困難 で
あり
亡l
,
,
i .)
･
,,
2
､
-
2
,
ゲイ
く2
0 02
-
.
6 0 00
X
･
4 1
･
( 4 3)
･
,
.
の
破線 に て
,
,
そ れぞれ
の
軌跡 を
ベ ク トル
ン 特 性 は 共振 点と 共振点 の
ベ ク トル 軌跡 は
F ig
.
よ
っ
て
.
ど ち ら か の 共振 に 対 し て は ノ
そ の 周 波 数 で の 信 号 を制 御 系 に よ り 増 幅 し な
28
い
.
問で 緩 や か な 曲
共振 が原 点を は さ ん で 反対 方
に 対 し て 右半 平面 を 通過 す る よう に 補 償器 を設計 し た 場 令
こ と を意 味 して い る
,
7r
-
の 周 校 数 応 答 を F ig
P ( 〟)
方 の 共 振 は 不安 定 化 さ れ る
相 を安 定 化す る
減 を行
.
2
( 4 1) 式 に 対 し
,
隣接 す る 共振が 逆 相 の 場 合
位相特性 は
.
もう
.
.
-
)
N
,
o o5
-
と し た 制 御 対 象 P ( B) を 考 え る
.
I
-
),
.I
^
4 2 の
,
隣 接 す る 共 振 が逆 相 の 場 合
4 2 2
.
6 00 0
X
- 36 0
-
その た め
.
二 つ の
同時 に
,
･
,
隣接す る 共振 が 同相 で あ
.
イ キ ス ト 右 半 平 面 を 通 過 す る よ う に 位 相 補任i を 行 う と
通過 す る ベ ク トル 軌跡 と な るた め
( 4 2)
.
周 波 数一己答 を F i g
の
)
0 02
-
27r
-
2
･
,1
月
180
振 が 描 く ベ ク トル 軌跡 は ば ぼ同 じ 軌跡 と な る
,
(2
-
.
逆 相1∃別系に あ る 共 振 は 同 時 に 位
ッ
チ フ ィ ル タ等 に よ る ゲ イ ン 低
よ う に し な けれ ば な ら な い
.
1 0
0
亘-
1 0
⊂:
■岩 - コ0
し⊃
- 30
-- 1
- p h as e
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0
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F
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｢
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云 一三7 0
I
-
-
-
-
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O
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u
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10
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4 1
.
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･
.
.
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29
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J s)
.
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O
-
ut
o
as e
｢ ph
as e
ド位 置 決 め 制 御 系 の 機構
ヘ ッ
4 3
.
I
本BTj で は
討 を子;' う
,
差 信 ト3-
は V C 入1 印h rl 電[ L;=
u
r] 標 伯
=
.
.
C
C
4 3
.
ドは ｢ 剛 体モ
ー
辿 統IL 印11 系 で 〟_) 制 卸 対 態 モ デ ル
.
p
ク伯 買
ッ
制御 室 y は
.
d p は 位 置 外fL
,
と ゲイ ン 低 減を 行 う C
l
F
.
ヘ
ッ
は 位置 誤
･
'
に 7ナ離 し て 設
2
2
t r ol s y s t e l l
o n
l
F
( ,)
I
,
A
=
”, ,
2
'
'
2 とする
するモ
こ こ で
.
17
.
暇に
･
.
I IL) D
ド 形]人を f111 し
ー
影 背走 数 が 負 で あ る
f it: す る た め
究では
の( (I
/ i17 t
剛 休モ
,
,
こ と を意 味 す る
こ れに
.
'
-
p
:; 次 共 振 の モ
.
■
I
.
3 7
×
･
10
7
-
,: 1
.
いて は
(I
の 位 置 関係 が
対 し て 高 次 i11;- 振 は
-
0
.
L
J
,,
1
-
0
.
i
･
,
-
が 高次 共
4
･
反転 す る
様々 な振動モ
.
意 に 定め る
こ
これは,
.
モ
ド
ー
ドが 達 成 して 存
ー
とは難 し い
.
そ
で 本研
こ
ド 影 轡 iE 数 の 正 負 に 応 じ て 場 合 分 け す る
I
の モ
ー
タ を ( 4 5 ) 式 の 様 に 送ji: す る
L
,
1
,
･
^
,
.
J L8
-
2
.
'
ー
,
I
高次 共振
3 が
-
i :_ LE 振 は 代 置 決 め 機 構 系 全 休 が 弓 形 に 振 動
,
ド1;P 鞘ji: 数 以 外 の パ ラ メ
ー
.
‖
lt
嵐
,
ド宗三野 辻 数 o ) 11三色 を-
ー
,
.
2 が ヱ LE
-
ド と はb(] 振 点 と 観 測 点
ー
制御 対 象 の 伝達 特惟 を名 高次 q 垢
.
I/
ド
ー
決め系 にお
I
.
そ 0) 周 波 数お よ び モ
.
は じめ に
[t
剛体 モ
1 か
-
( 4 4)
1”
＋ 叫
.
1
=
I
＋ 2 ( . 叫 ]i i
っ
.
と 設j i す る
で あ る と仮 定
( ”) 杏
'
-
I
.
ド+ ｢ -i1-: 共 振+ ｢ 高 次 共振 1 + ｢ 高次 共坂 2 +
ー
i
振
は 目標 ト ラ
ク 線 岡を示 す
.
制御 対 象 モ デ ル の 設 定
1
制 御 対 象 0 ) f 71 す る モ
し
ロ ッ
r
】
F ig
.
.
.
C
4 3
l
･
グ 削領】系 の ブ
補任貰器 は 佃fu 補 旧 を 行 う C
.
川 い た 機 桐 ;IJJr 卸 系 統 合 化 設 汁の 検
ベ ク ト ルltiJl 跡 を
,
i ;3 に 本 町 究 でFfJ い た フ ォ ロ イ ン
.
は 制 御対 象 で あ る
P
.
計す る
F ig
.
t
ド 伯; '' Lf 太め 制 御 系 に 対 し て
ッ
制 御 人) )
I
ド[ ･L 嗣
ヘ
制御 系 統合化 設 計
･
I
.
(2
-
0 ()3
･
,
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-
2
2 7,
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.
4 OO O
.
( 4 5)
･
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高次 共振 の
C
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1
モ
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･
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0 01
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.
.
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2
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.
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L
ド彩 管定 数 は
-
0 35
.
.
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.
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0. 3 5
.
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.
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の 4 通 り の 組 み 合わ せ と す る
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.
.
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周 波 数特 惟 を
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(
本 市 に お け るRiり御 系 設 計 は1 1 披 敏 江こ答 に 堪 づ く も の で あ る
L
, 7
ホ
ル ドF
-
を ( i 7 ) ∫て
頬 駄時 間特 性
'
z (, ll
.
1 寸象o ) 周 波 数liy 芥
･
.
.
p ( J L L ') は
t
F
を ( 3 8) 式 に て
I,
u
)
P
-
(j )
ヒ 土 工ニ･. I
u
,
.
1
る
こ こで
.
,
制 御対 象 に 含ま れ る
グす る
ン
こ
.
れに より
サン プリ
グ周 期 T
ン
T
･j
)
I
.
次
0
制御
( 4 6)
J
.
'
LJ
J
r
デリ
モ
.
,
,
.
p (J
と モ デ ル 化 さ4
そ こで
.
等価 紙駄 時 間 T l は 実験 に 使用す る装 置 に 合 わ
s .
せて
T
と選定す る
F ig
.
て 位相 が 5 O
D
.
l 5 に示す F
L
z () i/
.
o
か ら 1 OO
･
F
l O￣
6
50
-
q
x
15
-
ほ ど遅 れ る こ と が わ か る
1 0￣
6
×
周波 数 応 答よ り
の
Li
,
Td
,
( 4 7)
.
,
機構 共振 の 存在 す る 周 波数 域 に お
.
い
.
【Z:
て
〕
'
.≡
E勺
u
J
1 0
Fr eq
rTi ∠】
r e q u e n 亡y
【H z】
- 45
｢
a LJ
■
u e n cy
■
ロ
て -9 0
盟
孟- t
〕5
`
l
】o
F
F ig
.
本研 究 で は
る C
l
●
4 5
.
F
r(
･
u ( ll (
q
,
･
･
y
l
eS
P
O 1 1S e
O
f F
z o I1
I
F
d
r
制 御系 設計
4 3 2
.
.
と
t
.
,
補 償器 C
l
:
ド位 置 決 め 制 御 系 の 補 夙 器 を
ッ
:j 次 共 掛
.
.
ヘ
,
サ
こ
ー
対 して ゲ イ
ン 低れ
苑を 行 う C
2
･
.
剛休モ
J つに
の ￣
-
ボ系 を 構 成す る た め の 低 周 波 数 域 で
器 に よ り 構成さ れ る
.
連 続時 間 フ
ィ
ー
ド と 主 共振 に 対 し て 位 相を 安定 化 す
桝 ナて .役. 汁す る
の 植 分 器 と制御 系 を安定化 す る 位相補
ル タ と して 設 計 した 稜
32
･
,
双
･
次 変換 に よ
っ
償
て 離散化 す る
.
｡
補償 器
近
C
2
高次共 振 の ゲ イ ン を 低減す る
:
い こ と を 考慮 し
によ
て 離散 化す る
っ
通 常o) 制 御 系設 計 で は
した後
した 後
補 償器 C
'
を 息 汁す る 際 に は
l
剛体モ
.
ー
l
を 設 計 す る f rr旧と な る
数 で の 位相 ( 第
.
本 節 で は 高 次1毛
.
ド と L i E 振 をi t ;主化 す る 補ffl 器 (
'
'
ー
を設 計
2
を設 計
'
1
.
.
条件と し
モ
煉 也riJ 数 ゲ イ
,
に て 見積 も り
,
ン
を耶 人 さ せ る(2
40
o
以 上)
と し
,
に て 見積 も る
定化される
後 者 の 位相 を -
o
2 30
,
両 者 の / ミラ
の
ゲイ
二度目 の
二位相余裕
j
O
ロ ス
周波
D
以 上)
で ある
.
主 共振 は 伯相 を 遅 らせ る 補例 に よ り &
.
本例 に お
い ては
”
主 共 振 を 安 k 化 す る 位flT 迦 れ祁j q !L こ は;L;-I+ 御 系 の イ け る D ; 価 無 駄 叫I L ') に よ る 伯 榊 出 れ を 利 川 す る
A
'
'
'
,
を取 る 位 相 補 償 器 の 乳 汁 が 必 要 で あ る
ン ス
=
.
周波 数
ロ ス
ク
本研
.
の 位 相 を - 14 0
前者
.
ク
ン Od B
を設 計 す る
l
れ出 と な る
ン Od B
ゲイ
こ こ では
.
以￣
F (第
そ0 ) 制 約 の 下 で 制 静 帯 域 を 最 大 と す る 捕ifl 器 C
そ のた め
.
度目
一
と とする
こ
ドは 位 相 を進 め る補 償 に よ り 安 定化 さ れ る が
ー
て
い
の 糾域 が
式
1 S)
.
主 共振 に 対 す る 安 定 余 裕 は
,
二 位 相 余 裕 と 定 義 す る)
以 上 ( 位 相 余裕
剛体
剛体 モ
,
は L- め に 捕 m 器 C
,
し か しな が ら
=
ド に 対 す る 安 定 余 裕 は 一 巡イ
云達 特 惟 に お
位 相 余 裕)
で の 位相 (
こ とを
次 変換
一
の 設計
1
illif:ii 指 C
禿 では
の 設 計を 行う
補償器 C2
.
ト周 波 数 に
プ付 き 児
ー
.
に よ る 位 相遅 れ 0) 影響 が あ る た め
2
位 相 条 件 を 安 定 化 す る 補仔i 器 C
.
I 耶妓欺 プ リ ワ
,
ス
.
補 倍器 C
,
1 ∈振 榔 皮数 が ナ イ キ
.
ル タと して設計した緒
ィ
の 劾 特惟 を 検証 す る こ と を目的 と す る た め
振
D
連 続時 間 フ
,
ノ ッ チフ ィ ル タ
,
,
こ
ボ 系 を 構 成 す る た め の 積 分 要 素 と 位 相 進 み 捕Ifi を 行 う 近 似 微 分 要 素 を 補 旧 館
r
ととし
c
l
形の サ
1
.
ー
に持 たせ る こ と とす る
折点 周 波数
.
の調整 の結
2 7 2(
.
C
( β)
a
＋2
l
っ
補償器 C
た
の み
.
を用
1 0 0)( 9 十 2
X
7T
･
l
は
(s
.
1 4 0)
メ
＋ 2 7T
X
( 4 8 _)
2 5 0 O)
.
の設計
2
補 償器 C
算する
位 相 捕旧 器 C
.
i
.
と求ま
7T
凪
2
を 設 計す る た め
に
,
フィ
ー
そ 0 ) 計 算結 果 に 基 づ き 補 償 器 C
い た場合 の ベ
ドバ
2
ッ
ク 補 朗 旨と し て C
を 設計す る
ク トル 軌 跡 を そ れ ぞれ 示す
33
.
.
Fig
･
l
の み を 適 用 し ベ ク ト ル 軌跡 を 計
4 6 に フ ィ
L
ー
ドバ
ッ
ク 補儲 器 と し て C
l
=
≡
と
冒
･
=T
4
替
E
∈
/
L<
コ
.
0
R e al
0
R
(
I
R
C
e
l
i
a
il ヽ
s
C
I
at,e
己
､
s
2
;Lie
｢
良 し
5:
】
i
a x
宣
=T
J +
≡
/
/
/
/
i.
,
R
( r) (
亡iJ
[
.
l
E u
( t)
:i
e
,
F ig
･
【C
a s e
c
の1
)
l
-
-ニl
>
l) ,
･
h 1
>
1
,
ベ ク ト ル 軌跡 は 1 1
1
く 悪 化す る
振 周 波数 で
よ
.
の
っ
て
,
っ
･
l
t
a s e
a ヽ
s
･l
.
.
.
.
0]
て
い
る
一
.
O jl の ご く 近 い
､
C
( a
T J y q Lli s t d i a g r a 】l l
4 6
.
i _= 共 振 は そ の 共振 周 波 数
別 嗣 郁i に よ り
安定 な べ ケ ト ル 軌跡 とな
く
R
i
il ヽ s
高次 共振
l
方
.
4 k rl z に て ナ イ
主i宅振 と 逆 相 の
領域 を 通 過 す る た め
モ
.
ー
キ ス ト 右半 平 面を 通過 す る
ド で あ る 二 つ の 高次 共 振 が 描
共振 周 波 数 で の 感 度 関 数 が 著 し
と 高次 共振 2 は 制 御系 に よ る位 相安定 化 は 困難 で あ り
一巡 伝 達 特 性 の ゲ イ ン が ト分 ′トさ く な る よ う に C
34
2
を 設計 す る 必 要が あ る
,
.
共
【C
･
a s e
2
ニ
0
>
･
^
3
O]
<
･
^ 1
,
一
主 共 振 と 逆 相 で あ る 高 次壬モ振
同 相 で あ る 高 次 共振
､
'
【C
･
a s e
従
.
:
O
<
/3
,I
r; 1
,
.
,
>
T 分 小 さく な る よ う に C
4
:
･
ri :3
0
･
K 且
,
.
<
制御 系 は C
.
周 披 数0 ) み ゲ イ
2
ノ
,
2
･
ッ
,
を 設計 す る 必 要 が あ る
2
チフ
-
j . 次3 t: 振 2 の 周 波 数
r 7
.
.
.
両 共振 と も ナ イ キ
ク トル 軌 跡 と な り
べ
.
1与板 周 波 数 に て 感 度 関 数 ゲ イ
ィ ル タ 等 に よ る ゲイ ン
を 用 い ずに C
,
を用
い た
い
･
.
位 群 決 め 桁 痩 向 上二 に
,
.
ゲイ ン 低 減 に よ る不 安 定化 回 避 が 必 要で あ る
,
ノ
ッ
チフ
ィ
ル タ等
.
同 相安 定化 設計
4 3 3
.
主 共 振 と 同 相 の 高 次 共 振 を 位 相 条 件 に よ り 安 定 化 す る 手 法 ( 同 相 安 定 化 設 計 と す る)
来の ゲイ
●
.
こ ととな るた
の み で す べ て の 共振 を安定 化す る こ と が望 ま し
-
ス ト鰍 国 の
ン を 低減 す る
低減 は 感 度 関数 を悪化 さ せ る
主共 振 と逆 相関係 に あ る 高次 共 振は 位 相 補償 に よ る安 定 化 は 岡難 で あ り
.
低減
ン か
O]
高次 共振 に 苅 す る 考察 を ま と め る
利用 で き る
･
′
主 共 振 と 同 相 関 係 に あ る 高 次チ∈振 は 位 相 補f故に よ り 安 定 化 可 能 で あ り
.
主∃1; 振 と
.
卜分 トさ く な る よ う に
ンが
が i _= 共 振 と 逆 相 で あ る た め
,
右半平 面を通 過す る 安定な
め
1 0)
振 と な るが
感 度 関 数 ゲイ
J
r
こ の よ う な場 合
<
!
A
と:
I ] 次 共振 2
は と も に 主 共 振 とl ■ 州 ｢ で あ る た め
.
1
高次 共振
,
一
<
,
()]
ン が
a s e
'
.
ゲイ
:-次 共 振 1
.
高 次 tE 振
.
主 共振 と 同 相
[ .1
,
て
l は
【C
以下
っ
高次 共振
の み
･
3
f1:
指 令 と 同 じ く 不安; i な
･
を 設 計す る 必 要 が あ る
2
1 a)
a s e
は ベ ク ト ル 軌 跡 力S j JT 1 平If Jn を 通 過 す る た め
2
され る 安定 な 特 惟 と な る
C
は C
1
ン
低 減 に よ る 安 i,化 法 ( ゲ イ
J
高い
ロ バス
ノ
チフ
ッ
ン
安 芯 化 息 汁 と す る)
と比
べ
には
従
て 次 の よ う な 利点 が あ る
.
･
ト性
ィル タは
ス ト性 は 低く,
ゲイ
ン
低減 す る た め
定
の
範囲 で しか
ロ ′ミス
共振 周波 数で
の ベ ク トル
軌跡 が ナ イキ
変動 に 対 して も
相安 定化 設 計に よ る制 御 系 は
,
る 限 り安 定性 を保 証 で き る た め
共振 周波数
ンを
限 ら れ た 範囲 の み ゲイ
,
一
共振 周 波数
35
.
の
ト安定性 を 補 畷で きな い
の 変 動 お よ び ゲイ ン
ス
ロ バ
変動 に 対す る
･
同
ト右 半 平面を 通 過す
変動 に 対す る
ロ バス
ト性 は
:'
[_.I] し ､
特に
.
1∈振 0 ) ゲ イ
.
が 人きければ人き
ン
'
J
; 肺壬ik めf Fi 促 は｢ ']. 卜す る
れイ
高次共振
●
シ
ー
ほ どi [; 鮎 胤 度数 で の 感 度 関 数 ゲ イ ン が 低 減 さ
い
.
に よ る振動 の 改善
■
ク 時 に 了㌢
l 三す るfi ) + て引こ よ り 高 次 の 機 構 共 振 に よ る 振 動 が 発 生 し た 場一行
タ を適 用 す る と そ の 振動 は 白 然 減虫 に 任 さ れ る
悠 庵 関数 ゲ イ
.
本研 究 で は
4 7 に ′J け
.
.
は 5 OI
t
I
J
ヘ
ド 位1 '
ッ
LS
[
等 価無 駄 時 間 ほ
,
i t な る た め I:JI i す る
'
L
,
･
:
●
固か ら
共振 周波 数 に お
いて
て 制振 さ れ る
っ
.
決 め 機 柄 系 を . 試作 し
.
ある
1 5 I[ S で
.
T :1 E 鮎 ほ ひ と
イ
'
ド 矧 [ ∼決 め 制 御 系 o ) R 験 を 行
ッ
ン
,
'
グ制 御 系 と し
機 構 系 の:ik 計 手 法
の fLl
合
縫な 振 動 モ
ー
ド と し て 観測 され る
そ の)iiJ 綬 敬 応 答 は 若 し く 変 化 す る
,
実線 は 雰 開 気溢庵 が
ドが 近 接 して お り
-
25
F ig
.
4 d は F ig
.
.
庵 0 ) 喝f l
'
に 関 し て は 本論 の 趣 旨 と は
..
の以
合で あ る
.
.
温 度特 化が 変化す る と
,
共振 周 波 数
.
.
i 7 に 】
′
け
,
一
,
制 御 k1J 象
.
振 特 件 〟) 存 在 す る 周 波 数
55
温度 条件 が変 化す
度 の 場 合で あ る
.
図で あ る
図か ら
こ の
,
･
今回 試
見複 雑 に 妃 え る 機 構 共 振 が 全 て 同 じ 向 き の 円 軌 跡 を 描 く 同
ベ ク ト ル 軌 跡 が ナ イ キ ス ト 線 担=
に
.
の ベ ク ト ル 軌跡 を 示 した
温 度 変 化 に 伴 う 位 相 条 件 の 変 化 も は と ん ど無
れ ら0 ) 機構 共振 u) 描 く
い る
.
破線 は 雰 脚気 温 度が
.
ド(-h 呂決 め 機 構 系 で は
ドで あり
.
.
r
ー
l ('0 )
授 雑 な特 性 を 宙 し て
る こ と によ り
モ
j; 厳 に 川
.
.
の振動モ
ッ
J
.
制 御 対 象 の サ ン プ リ ン グ時 間
,
'
高次 代 振 は 梅 数
ヘ
っ
1
破 組 は);L )l11 気i) LJi i が 5 5 山
,
た
'
Ft
なお
' J
火映 は );i)FJ 気f [nJ 立 が 2 5 止
つ のET)J
.
作 した
'
r
ヘ
.
l 3 の フ ォ ロ
J
.
と い う こ と を 確認 で き る
相 O-)
∴
全 て の 高 次 共 振 が t_ 共 振 と 同 相 と な る
,
,
が 蜜化 す る
●
`
t
.
こ の
こ
,
同相安 定 化設 計の 実験 検 証 を 行う た め に
,
る 制御 系 の 構成 は 前節 同様 F i g
い
高 次 L ミ振 に よ る 振 動 は 制 御 系 に よ
,
ィ ル
.
チフ
ッ
実験
4 4
F ig
が低 減 され る た め
ン
同相安 定 化設計 で は
.
ノ
,
お い て 位 相 を遅 ら せ れ ば よ い
36
二の
い こ とが分かる
こ
.
の こ とか ら
右 半 平面 を通 過 す る よ う に
こ とが
容 易に 推 測 さ れ る
.
,
.
機構共
O
D 5
｢ ⊃
(
言- 2 0
(⊃
-4
0
-
一
I-
25 d
e
g
55
e
8
d
▲
.
,
10
F
req u e n c
y
[ H zl
F
r eq u e n c
y
[ H z】
芯 ￣9 0
｢コ
ご1 1 8
0
云- 2 7
0
■
-
2 5 °e g
-
- 55
d
.
.
eg
10
Fig
.
4 7
Ft eq
.
u e ll e
y
r es
p
o n s e
O
f
n le C
h
a Tl i c a
l
s
y
t e l l-
s
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￠
E
l
空
0 5
･
cJ)
くウ
t=
- 2
--5
-
0
.
R
F ig
.
4 8
.
V
e c
to r
lo
[
0 5
c u s
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o
37
f
l
s
y
s
t
L
g
5 d
e
g
･
.
･
l 5
.
a xi s
1- 1 e C l l a 11i c a
5 d
e
11 1
4 4 1
.
制 御 系 設計
.
'
高 次 1宅振 が 主1 搬 とI ri 臓7 で あ るfi h †
,
,
柚イ
fi 器 C
は
】
サ
●
剛l本モ
ー
が必 要 と な る
ド を Zj ji: 化 す る
･
ー
れ を 別斥け る
5O
o
,
結果
の フ
.
こ
･
の
.
また
,
拭 分特牲
ン O d B
ク
ロ ス
の 位相進 み
周 波 数付近 で
機 構 共振 が 仔[ if す る 周 波 数 域 で はI.1i 柑 遅 れ 特 性 が 必 要 と な る
1
.
制 御 系 の 存す る
れに より
.
,
捕仔
i器 C
ル タ に て A: 削 ij 川巨と な る
以 I _ 0 ) 条 件 卜に お
は
[
.
次ホ
0
ー
'
次 o ) 積 7j l 寿性 と
1
,
ゲイ
一
1
は 不要で ある た め ゲ イ ン 1 と して 与え る
巡†云達 特 化 d ) ゲ イ
一
.
J
次
2
･
低周 波 数域 で
.
･
また
.
の
構1 与板 を 蜜 ,iz 化 す る 位 即 過 れ 矧 卑 は
2
'
.
ボ系 を構 城す る た め
●
1 岩旨(
補任
.
5 d B
余裕
ン
l
本 章で は
機
,
ル ド と 等価 無駄 時 間 に よ る 位相 遅
次 の 伯 相進 み 特性 か ら 構成 さ れ る
位 榔 余裕
以上
.
特性
い て 制 御 神 域 が 最 大 と な る よ う にT J 相進 み 遅 れ の
_
30
o
以上
.
7) L
3 二 位 附余
裕
折 れ点 周波 数 を調 整 し た
,
3 5 6(
.
C l( n
.
十 2 7'
'
(5
ゞ
.
と成 ま
っ
た
.
求ま
た 補 旧器 r
っ
C
T
l
･
2
1
0)
1 0 0)
X
2
( 4 9)
.
.
･
.
十 27
T
周 波 数特 惟を
巨
X
2 5 0 0)
1
F ig
.
4 9 に 示す
.
喜
T
t L.
｢
L
1
:
LO
1 0
LO
r
:
n :q u e n cy
[ H z]
r c q u c n L :y
[ H JI
J
45
コ
=
o
也
云
45
90
F
･
4 9
･
Fr
e
10
t o
LO
F ig
J
]
ニ
l
to
q u e ll C V
r
P
L
38
S
P O ll S e O f e o l lt r O ll e r
′
実 験結 果
4 4 2
.
.
F ig
に
魔
.
ベ
.
の
4 9 に
.
'
示す フ
ク ト ル 軌跡 を
場合 で あ る
F ig
求ま
.
っ
.
F ig
.
よ る 特 惟 変 化が あ
る
い
図より
周 波 数 に お け る 外乱 を 補 償 可 能 で あ る
の
`
.
こ
と が ケナか る
い る こ とか ら
馳走 結 果を 示す
こ の
.
全て
.
塩 0) 喝 命
25
火別 し た
共 振周 波 数 に て 感 度 関数 を
こ とが確認で きる
-
-
25 d
e
55 d
eg
g
.
,
.
f
r eq u e n cy
【H zl
F
T eq u e n Cy
[11 z]
90
芯 ￣
■
｢
L
コ
= 1 18
0
謁
云 ー2 7
0
-
-
25
- 1 55
d
d
,
e
g
e
g
F ig
.
.
4 10
.
0 p
e lL
-
lo
39
o
p
c
h
.
a r a c
t
i s ti c
e r
1
4. 1 0
'
.
-
1
･
5
堤
特 に 高次 共 振 に 対 し て は
無E5Ll 大0 ) ゲ イ
.
フ ォ ロ イ ン
o
冒
8 - 20
.
破 鋭 は4j: 朗 気 温 度 が
実 線 は 雰L 珂気i'Li 畦 が
.
20
す
F ig
'
,
'
.
た場合に も
っ
巡イ去達 特 作 o ) )月 披 牧 応 芥 を
た 補 旧 器 は 全 て の 機 構 共 鮎 の 位 相 特 惟 を a :j f 化 し て お り
っ
4 1 2 に感 度 関数 の
は 1);I)rl 気 払l 虹 が 5 5 ]ji の 槻 合 で あ る
･
.
＋
ク ト ル 軌跡 の 描 く 円弧 が す べ て 右 半 平面 を通過 して
て い る と 言え る
た
}
実 線 は ];
囲 気 温庵 が
.
ト制 御 惟能 を 存 して
ロ バ ス
度 条件o) 変化 に 対 し て も
ベ
示す
4 11 に
.
,
固よ り
こ の
.
グ 補tn 器 を 用 い て 実 験 を1 i
ォ ロ ン
25
ン余裕を
' L
瞳の 喝r]
グ1liり御 系 で は
,
,
.
宿し
破線
払山 菜 件 に
未満 に 低 減 し て お り
,
そ の
-- 1
2 5 d e g.
5 5 d e g.
.E=
･
■:
∈
i
ご
2
G
■品
d
∈
`
-
l
)
3
2
R
Fig
.
4 ll
e al
N yq
.
u
a xis
is t d i a g r
a
lll
- 25
I 1 1 55
°e g.
(k
･
g
O
LZ l
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-
L喜
u
5
l
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l
I
1(I
∫
15
3
5
4
Fr eq
F ig
.
4 12
.
S
6
u e n cy
e n si t i
4(〕
v
7
[ k)l z]
it y f
u ll (
･
ti o n
吊
10
本章 の ま と め
4 5
.
本 ;t で は
.
'
ヘ
･
.
行
っ
た
る
こ
と を示 し
.
ッ
t
v
ド位; ' i 決 め 機 純 系
に
I
別 川 し た l ;I J 波 数 域 で
対しては
･ I
. .
.
1 =
. .
の
外 乱hFj甘i 御l 御 o ) 研 究 を
ベ ク ト ル 軌 跡 を糊 い た
解 析j l 法 が 有 効 で あ
高 次 共 振 を 全 て 主 共 振 とr ri 川】化 す る 同 州 安 定 化 -;i 計 法 を 考 案 し た
'
.
.[
補 慣 器 に よ り 安定 化 す る
.
･
複 雑な 伝達 特 惟 を 宿す る機 構 系
定 化 設計 に 基 づ き 試 作 さ れ た
した
の [::j 次3∈振 を
本手 法 に よ り
,
ヘ
ヘ
こ と で
.
ド 付 帯 決 め 制 御 系 をJ･n
い
た 実 験 を子i い
.
全て
また
の機構
,
同相 安
共振 を位 相
機 構i t- 振 の 存/ i三す る15-] 披 敬 に て 外 乱 を 捕†
fi H7 能 な 制 御 系 を 実 現
ド位 置 決 め 系 の 高 岡 披 数 域 に お
ッ
制御 系 の 構 築 が 可能 と な る
ッ
.
.
41
い
て
ロ バ ス
i7 す る
ト 作 と 制 御 惟 能 を 両￣
.
5
ドを 用 い た 外 乱
ー
償
本章 の 概略
5 1
.
ヘ
仮想共振 モ
章
ッ
ド位置決 め 制 御 系 に 軌
デ ィ ス ク 回 転 に 伴 う 位置 外 乱や
よ ぴ 装 置 外 部か ら 伝 わ る 振動 な ど
乱のうち
,
様 々 な 位置 決 め 誤 差 要 因
,
量 共 振 よ り も 高 い 周 波 数 に 存在 す る も の ほ
の 高次共振特性 の 影 響 も 無視 で き な い
こ と ば 容易 で は
第 4 車で は
,
ない
位相 条 件 の 安定 な 高 次 の 機構 共 振 を 伺 い
奉車で
提 案す る
は
H D D
,
の
ヘ
仮想 共振 モ
.
しか し怒 が ら
.
こ とば容易急 こ とで はなく
い う 問題 が あ る
を有す る と
,
機構 共 振
仮 想 共振 モ
.
回 転 に 開 期 し た 位置 外 乱 に 対 し て 適 閲 し
蘇
億 憩共 振 モ
をこ お い て
.
,
その 振 動を制 御 系 に よ
っ
て 補償 す る
て 主 薬 撮 よ り も 高 い 周 波 敢 の 外 乱 を 補償
の 高 次 共 板 持性 を 外 乱 周 波数 に 合 わ せ て
モ
.
サ
飯想共振 モ
ー
ド と 等 価 な 働 き を す る 共 振特性 を デ ジ タ ル フ
-
い る こ と によ
本手法 を主 共振
,
よ り 高い 周 波数 に 存 在 す る デ イ ス タ
そ の 有効 性 を 実 験 結 果 に よ り示 す
,
ィ ル
主 共振 よ り も 高 い 周 波 数 に お け
ぅ
ナ イ キ ス ト 周 波数 が 登 共 振 周 波 数 よ り も 十 労 に 高 い 場 合
こ と を示 した
い た 位置決 め 制 御 系 を
ドを 用
･
ドを 使 っ た 制御 系 設 計
ー
共振 の 位相粂 件を安定化 す る こ と で
可能 で あ る
わらの外
そ の 特 性 も 個 体 差 や 環 境 条件 の 変 化 に 伴 う ば ら つ き
,
ドを用
ー
る 振動 を 正 確 に 抑 圧 す る こ と が 可 能 と な る
.
こ
.
.
ドと は
ー
機構 系
,
ド 位置 決 め 弼 御系 に 対 し て
ッ
タ で 再現 し たもの で ある
5 2
と な る 外乱が 存在す る
港
,
.
可 能 な 制御 系 設計法 を 提 案 し た
正 確 に 設 計す る
ド 位 置 決 め 機 構 系 の 振動
ッ
そ の 周 波 数 が 制 御 帯 域 よ り も 高 く 機構系
,
こ とから
領域 で あ る
ヘ
,
,
の 特 性に は個 捧 差や環 境条 件 の 蜜 柑
こ伴
,
制御系の 有する機構
に て 感度 関 数 を 抑 圧 す る こ と が
朝鮮帯域 よ り も 高 い 周 波数
しか しな が ら
,
機構系 の 共 振 特性 を 正 確 に 設 計 す る
う ぼら
ル 土 の 共 振 特 性 を 実現 す る こ と 揺 不 可 能 に 近 い
つ
き も存 在す る
.
42
.
とく に
,
R RO
こ と は 難 しく,
そ
の 様 な線 ス ペ ク ト
方
一
デ
,
ィ
ジタ ルフ
ゲイ
ィ ル タば,
帝 位 相 な どの 周 波数特 性 を 正 確 に 設 計 可 能 習 あ り
ン
共振特 性 の よ う な 個体 差 や 環 境 条 件 の 変 叱 に 伴 う ば ら
定 な 共振 特 性 を デ
都めに
ジタ ルフ
ィ
デ ィ ジ タ ) レフ
,
ィ ル タに
こ こで
.
はモ
推v
,
r
( a)
P
s
p
弼
2
s
＋ 2 右v 叫 もV
減衰係 数
は
v
( 8)
を 翻 御 対 象 に 直列 結 合 す る
こ で
し か しな が ら
低次 元化
,
モ
P
サ
デル
こ とで,
B
%
ド を 軽業 す る
ー
ドを
-
＋
w
,
餐
,
,
w
2
n
は
n v
(阜温)
'
習
共振 周 波 数 を 表 す
.
位置 決 め 機 構
ド F ( a) を 蜘 え る と
-
r
%)
l ･
(5 望)
,
.
M
r
( a) を 導 入 す る
F
.
仮想 共 振モ
/
M
r
がプロ
( 5 3) 式 の 機構 系
.
パ
M
.
r
な 伝 達 特性 で あ る
( s) を 低 次元 化 モ デ ル
r
p
タ緑 園 は F i g
( 5 A ) 式 を 整合
之
.
P
,
こ とで,
v
-
となる
こ と とす る
そ
･
か
の 特 性 を十 分な精度 で 近 似 して い る
･
事
( 5 逮)
.
,
.
p
坂 想共振 モ
v
( 豊)
･
-
1 ＋
( 5 5)
･
,
ド を柑 如 した 制御 系 を実現 で き る
5 i の よ う に 示 す こ とが 出来 る
事
変換 に
( a)
s
#
式 を 直 列 結 合 し た 伝 達 特性 P
を新 た な 制御 対 象 とす る
下 記 に 示 す条件 を満 た す
,
に 置 書換 え る こ と で
( s)
M
と い う 安定 な 伝 達 特 性 を 得 る こ と が 出 来 る
4)
事
･
･ ＋
.
ドを付 知 で き る こ と を示 して
ー
.
B
制 御 対象 P に (5
紘
( s)
ド が 影 響 を 奪 え る 周 波数 に て
ー
P
ー
位 置 決 め 機構系 に 仮 想 共 振 モ
,
･
r
終3)
( a) が 不 安 定 零 点 を 宥 す る 場 合 ( 5 3) 式 は 不 安 定 な 伝 達 特 性
不 安定 零 点 を 持 た な い
ッ
こ で 奉研 究 で は
,
8
●
プロ
そ
上 式は
.
.
(
(8ト
P
-
r
･ ･
い る
B
に 倣 想共 振 聴
( s)
s
＋ F
p
6
,
｡
民v
H
-
ド 影 響定 数
ー
系 の 伝 達 関 数 を P s( s) と し た 場 氏
とな る
より実現 す る 仮 想共振 モ
ィ ル タ に よ り実 現 す る 仮想 共振 モ
F
とす る
き も存在 し な い
つ
機構
,
･
坂 憩共 振
モ
ー
そ の 制静 系
の
ドを制御 系 に 実装 す る 際 に は
よ り 離散 化 し た デ イ ジ タ 舟 フ ィ ル タ を 伺 い る
43
･
w
事
旦
u
J
C
,
”
F ig
B I o ( k di a g
5 1
.
Ill
制 御系 設 計
5 3
.
本 章で は
対 し て子f う
.
仮想 共振 モ
,
こ こ で
.
ドに よ る 制御 系 設計を
ー
制徽 系 の サ
,
プリ
ン
.
は じめに
グ時 間 は
ン
の 制 御 対象 モ デ ル P
連 続 時間系 で
.
p
￣ K
( )
`
5 2 の破線に示す
.
ヘ
.
4 0I L S
無 駄時 間 は
.
ド位 置 決 め 機 構 系 に
ッ
1 5 F J･S で
ある
.
,'
･■
s
L
､
'
-
'
'
L
pP
( )
メ
c
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/
∑
缶
L
b
2
･
グ を7 l
J
=
っ
た# .i 紫
'
^
,
4 :3
-
,,
=1
x
･
た モ デ ル0 ) 周 波数正 答 を
間 を 含む
.
o
次ホ
ー
7
Fig
となり
.
.
n
1
i
タ を選 定す る
ー
ホす
＋ LJ
L S
そ0 ) 他0) パ ラ メ
,
の実線に
r' 2
”
7( 1 4
次) と し て
モ
ble 5 1 に
示す 値 と な
っ
”
.
タは T
ー
( 5 6)
.
2
J
＋ 2 く, L J
が 測 定 し た 周 波 数 応 答 と 一致 す る よ う に 各 パ ラ メ
っ
Fi g
モ デリ ン グ
5 3 1
ま
r a
.
.
a
-
1
･
離 散 時 間 系 の 制 御 対象
.
ル ドに て 離 散化 し て 求め る こ と と す る
P
は
.
コr)
亘
8
.≡
占- 2 0
--
-
M
c a s u r 亡m
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L
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-
M
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･
.
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,
P
デリ
ン
た
求
･
( s) を 無 駄 時
,
T a t )1 e rj 1
P
.
d
Ill O
5 3
.
.
2
仮 想共 振 モ
本 研究 で は
I は 敷 の 42
,
-
数 である
の
,
什=
制 御帯 域 を
70 1 8 H
z
J
u1 0
d
e
l
Ill O
d
e
2
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e
3
'
l】1 0
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O
[ r a d / s]
, ‥
2
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･
L
K
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1
1 0
O
I)
.
7T
X
41 0 0
27 T
X
5 70 O
- 0 O3
0 01
4
27T
X
6 20 0
-- 0 【〕8
0 Ol
7T X
765 0
0 12
O 02
X
89 0 0
- 0 13
0 02
7T X
9 80 0
- 0 35
0 03
m
o
d
e
s
2
m
o
d
e
6
2 7T
In O
d
e
7
2
'
)
z
1 k H
z
と し
仮想 共振
,
とす る
にfll 当 す る R R O
とす る
仮想 共振 モ
.
ドの モ
ー
共振 と な る よ う に 負 の 定 数 と し て選 定 す る
外 で はゲ イ
t er
le
1 3
-
0 01
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
ドの 設計
ー
7 018 E
( I-)
e
a r a H
ン が 小 さく な る こ と が 望 ま し い
そ
.
,
仮盈1 共 振 モ
こ で
ス ク回転
ド の 共 楓 8 波 致 はl 旧 の 外 乱I J 波
'
■
ー
.
ド影 響縫 取 は
･
仮P JJ lj 振
.
モ
u
ド か 7_: )宅振 と 同 相
-
,
仮 想IJ : 振 モ
,
7 0 1 8 11 z で 0 ) み ゲ イ ン を 有 す る よ う に モ
ー
.
仮 想j 与振
ド影響 定 数 と 粘 性係 数 の 組み 合 わ せ を 検 討 し
F
ー
ドに よ り 補 供 す る 対 象 外 乱 を デ ィ
ー
また
.
.
･
モ
モ
ド F
-
,
ドで は
tj 悼 の 外 乱 周 波 数 以
.
を ド記 の よ う に 選 定 し た
代r
( !)
ー
.
( 5 7)
･
L
s
2
＋ 2 く, L J
＋
ぷ
,
i .) ,
2
'
こ こ で
K
低 次元 化 モ デル M
実 現 す る 必要 が あ る
r
.
=
,
モ
.
.
O O OO OO l
-
･
,
は 対 象 と す る 外 乱周 波数 に お
F ig
･
5 2 よ り
･
急 峻な 特 性 変化 は 認 め ら れ な
な 剛体 モ デ ル に て
- O 00 1 (
い
デル 化 す る
_
.
P
r
そこ で
の
ゲイ
,
F
,
C
ン
い
,
w
r
-
2
7 r
X
70 18
･
て 連続時 間系 の 削御 対 象モ デ ル P
特性 お よ び位 相特 性 に は
こ対応
( 5 8)
･
7 0 1 8 I-l z
す る 低 次 元化 モ デ ル を ^ I
,
とし
,
･
の
特性 を
付近 に お
･
い て
以 ドの よ う
.
･I
,
( s)
-
45
#
( 5 9)
･
F ig. 5 3 の i: 線 に ^ I
'
.
5 5 の
.
破線 に
周波 数応 答 を
0)
,
(Jk 想 共 振
,
モ
F ig
,
p
a)
周 波 数応答 を示 す
の結
果か ら
線
,
を確認できる
p
.
.
して 与 え る
構 成され る
ス ペ ク トル
F ig
.
l
C
I
C
.
はサ
p
た
L
,
を設 計す る
.
C
.
C
は 双･
r.
制 御帯 域
.
以___ヒを 実 現 す る よ う に
また
･
F I琶
.
(5
ド0 ) 無 い 制 御 対 象 P を 示 す
ー
ドが Ej 標 外 乱 の 存[i-! す る
ー
披敬 応答 を 示す
.
.
I
”,
1
こ
･
王z に 実 現 さ れ て い る こ と
7 0 1 8 1一
C
.
は
B
軌跡 が ナ イ キ
ベ ク トル
ドの
ー
1 ktl7
J
･
P トL
,
い て
ゲ イ ン 余裕
5 d B
.
の 折 点 周 波数 と C
<
.
C
I
ス
d フィルタ C
e a
の 積 分 詣 と 剛 体モ
次 変換 を川
ー
p
ト 線 図 ヒに て 右 半 平 面 を 通 過
とノ
以上
ディ ジ タル フ
.
位相 余裕 3 0
.
D
ー
の
積と
ル タ と して 制
ィ
プ 付 きメ実
以 上
の 位 相遅 れ 塁 を 設 計 した 結 果,
n
, l
ドを安 定化 す る 位 相進 み 特 性 か ら
は 川渡 数 プ リ ワ
,L
チ フ ィル タ C
ッ
一
次変 換 を 川
第
二 位 相 余裕 5 0
C
と C
p
n
o
は 以下 の
.
2
C )(
.
,
)
叫
.
(b
ヾ
.
C
( )
･
l.
与
.
＋ 2
2 O O)
X
7T
2
(5
-
s
.
'
＋ 2 1r X
l
,
2
2 削)0 )
b
･
.
l l)
l
'
＋ 2(
L
”
O
.
＋
5
u
J
(5
-
b
2
＋ 2 く`L L J _q ＋ L J
L
2
.
1 2)
.
,
(
っ
のIlq
は 主 共鮎 に 対す る 位 相 遅 れ 補 旧 器 と し て 使 用 す る
,.
い て 離散 化す る
求ま
l ･
･
5 5 の 実 線 に 仮想 共振 モ
ボ系 を 構成す る た め
-
･
っ
モ
,
御 系 に 人装す る 際 に は
ただ し
,
.
( ;)
p
-
r,
.
状 の 共振 モ
主1! 振 と 仮 想 共 振
,
ボ 補償器 C
ー
よ う に 求ま
の ため
比較
P
”
/
,
.
に対 して
す る様 に サ
.
.
ド付 き 制 御 対象
ー
の 実線 に F
r' 4
.
た C
<
L
U ) JB]
波 数) L; 答 を
･
I) 0 1
-
.
”
F ig
.
.
(
5 6 に ホす
･
-
J
{
O 13
･
･
46
,
〕
-
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畳
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芸
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▲=
i
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.
1
I
F
Fig
･
5 6
･
F
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q l l e ll C y
48
J
O1
1 0
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【u z】
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p
O llS e
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L
l
実機 評 価
5 4
.
仮数 共振
シ
モ
ド付 き 制 御 対 象
ー
ン 結 果 を F ig
ョ
I k tl z
帯域
振 と 仮想 共 振 モ
仮 想 共振
の
サ
.
ゲイ
.
モ
て C
.
,
70 1 8
u
z
,
ー
を 胤 IJ し た糸.i 火 と し て
q
.
5 9 に
,
.
.
o
3O
以 L
る
い
示す
こ の結果か ら
,
二T IL ffl
レ
ュ
ー
仮 想 共振 モ
.
破線 は 倣想 共振
.
L
第
,
の シ ミ
実 線は
.
この 岡 よ り
.
モ
ー
求ま
.
っ
シ ョ ン を子i
ー
た 制御 系 は
以 上を 実 現 し
o
た
っ
.
レ
ー
制御
,
主共
,
7 0 1 8 1l
ド付 き 制御 対 象 p
u
z
付近
に対 して
ド を 付加 し な い 制御 対象 P に 対 し
ー
ドは
臼 捺周 波数 で あ る
.
目標 周 波数 以 外 の 特 性 を 悪化 さ せ て
,
ュ
.
今 回設計 した 仮 想 共振 モ
つ
巡 伝ii5 拙 作 o ) シ ミ
余 裕50
と を確 認 で き る
こ
感 度 開戦
.
ホす
5 8 に
.
一
.
い
ない
こ
と
.
ー
ドの 効 果 を検 証 す る実 験 を 行
ス ペ クトル
仮想 共振 モ
補償 して
.
椛 相余 裕
.
で の 感 度 関数 特性 を大 幅 に 改 善 し つ
仮 想 共振 モ
のパ ワ
以 上
ン 特 性 を F ig
を適 用 し た 結果 で あ る
が う) か る
から
(1 B
を 適 用 し た 結 果 で あり
s
L
対して C
ド の 効 果を 検 証す る た め
ー
ボ補 慌 器 C
に
.
ドを位 相 条件 に て 安 定 化 し て
ー
感 庵 関数 の ゲ イ
ー
余裕5
ン
,
ベ ク トル 軌跡 を F i g
5 7 に,
.
p
い
る
こ
仮想 共振 モ
た
っ
ド有 り
F ig
.
破線
:
ドは
周 囲 の 振 動 を悪 化 させ る
ー
( 実線
,
とを確認で きる
ー
.
.
5 1 0 に 7 O 1 8 fl z
.
仮想 共振 モ
:
ー
付 近 の 位 置決 め 誤差 信 弓
ド無 し)
を示す
こ と 無 く 目標 の 線 ス ペ ク トル
.
4 0
2 0
育
=
o
-
a
ロ
ー2 0
】
`
1
10
10
F
r e q u e r[ c
y
t1 1 7]
1
一9 8
-
b
'
L
b
i)
t)
-
ほO
= 1 27
0
也
J =
L
- 360
+
1
10
10
F
F ig
･
5 7
1
0
p e rL
[ H z]
req u e n cy
-
l o op
49
l
ぐ la
r
a C
t P r i s ti c
.
こ の
結果
状 の 位 置外 乱 を
2O
15
10
菖
E
l
5
g
5 JJ
Ed
∈
0
-5
0
5
10
R
F ig
5 8
.
.
N yq
t:
al
u
5
1
:! 0
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25
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i s t d i a g r a-Ill
15
- -I
W i
(b o u t c o m
W it h
-
IO
c o m
p
p
e n s a ti o ll
e n s a ti o n
En
｢ コ
⊂:
l=
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〕
一2 0
12
5
-) 0
70 0 O
70O5
7015
701 0
F
F ig
.
5 9
.
S
e n s i ti v
70
Teq u e n Cy
it y f u
50
20
70
25
7
030
[ H z]
ll e
ti o n
a
t 7 k fl z
･
7035
-
-
-
-
W
i th () ”(
W i th
c o r n p i n S a (i o n
･
c ▲) n
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h
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- 火0
ロ〕
ロ
■
召
8
5
-9
0
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CJ)
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≡
-9 5
1 0
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6
94 0
696
0
6 98 0
7000
F
F ig
5 5
.
･
P
5 10
1
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s
70 4 O
0
706 0
7 0 辞0
71 00
t H ヱJ
t r u lrl O f p o s i ti o ll l n g
ec
p
702
r cq u c n cy
e rr o r
Sig n al
a
t 7
kH
z
本章 の まと め
本革 で は
仮想共振モ
機 構 共振
,
ー
モ
ー
ド と 等価 な働 き をす る仮 想 共振 モ
ドを用 い る こ とにより
高 い 周 波数 に お け
ドを 朋
ー
制 御 系 の 宿 す る 共 振 特 作 を Jli 碓 に 設 計 で き
.
る 振動 を 高精 度 に 補 償 す る こ とが 可 能 と な る
周 波数 に 存在す る R
R O
に 対 し て 適用 し た結果
の 周波数の振動を意化させ る こ となく
た 制 御 系 0 ) 検 討 を子テ っ た
い
.
制御帯 域 1
.
7 CI1 8 fl
z
k11
T
の
に 存 在 す る 】ミIpi O
51
F13￣
モ舶 よ り も
本 拙 宅 f は を 制 御 碍 域 よ り 高し
･
･
.
ヘ
ッ
ド 化 抑 央め 系 に 対 し て
を 補儲 で き る
こ
･
他
,
とを示した
､
･
共 振 特 性 を 利 用 した 風 乱 補償
第6 章
本章 の 概 略
6 1
.
H D D
にお
て
い
効 果的 で あ る
タ の 転 送 性能 を 向 上 さ せ る に は
ー
しか し な が ら
.
響 を増 大さ せ
デ
.
ヘ
.
っ
て 発 生す る
を 百さ な
ドとなる
いモ
よ
.
流体 加 振 ル
,
こ の ようなモ
,
ド形 状 と な る た め
ー
て
っ
ス ク[ロ
l
こ
と
ドは
ー
閉脚
ヘ
,
ソ
､
の 捕 限 を行 う
.
1i D l) の
ー
ッ
対 して
こ
から
.
ド位 置で は 変 位 を有 す る が
ッ
っ
コ
て は 可 観測 か
周 油 致に 存 在す る た め
い
変位 を 有す る モ
ー
イ ル 位 置 で は 変位
不 可到 達 な モ
つ
ー
また
.
そ の 振動 を制 御 系 に よ
.
本 章 で ば 女定 な( 別口特 性 を 存 す る 共 振
,
を
つ
提 案す る
･
モ
っ
.
て補
ドを 用 い て 風 乱 振動 の 影
ー
一 つ は 第 4 串で 提 案 した 機構系 の
他方 は 第 5 車で 提案 し た 仮 想 共振 モ
.
れ ら 0 ) ;liu 御 法 を Ji 機 に 旭 川 し
ー
ドを 利用 す
制 御 u 域 の 約 6 付TIO ) J J 波 数 に/ (= 在 す る 風 乱 振 動
L
一
r
ド矧 .t 挟め制御 系で は
( a) に 示 す 共振 は
.
で も 呼ば れ る
,
の み
J
･
I
,
,
ド位 置決 め 制 御 系 に お け る 風 乱 振 動
ド を示す
ドの う ち
ド付 近 で
ッ
.
1
ヘ
ヘ
.
ヘ ッ
6 2
モ
こ
こ と が最 も
.
ド位 置 決 めh rJ 御 系 に と
日す る f j 法 で あ り
宿す る 安 定 な 高次 共振 を 糾一
.
を増加 させ る
流 体 加 振 力 に 伴 う 機 構 振 動 ( 風 乱) の 影
て 励 起 しや す い
っ
響 を 低 減 す る 制 御 系 設 計 法( 風 乱 補 旧 と 呼 ぷ)
る 方法 で あ る
ス ク 回 転数
V C h･･l を 用 い た 制 御 系 で は 風 乱 の 動 き を 操 作 す る こ と は 不 可 能 で あ る
.
こ とは杏端で はな い
こ0) よ うな
ディ
:
へ
,
高次 共振 で あ る 風 乱 は 制 御碍 域 よ り も 高
1rI す る
の 増b r] は
転数
ド 位置 決 め 精 度 の 悪 化 を 招 く
ッ
風 乱に よ る 機 構 振 動 は
ドによ
ディ
,
,
.
また
.
つ
I
様 々 な 機 稲 共 振 糾 性 が/ r 在 す る
主 共振+ で あ り
.
.
附 則点 で あ る
叫到達 な
モ
ー
ヘ
ッ
ド と 言え る
F i g- 6 1 に 代 表 的 な 共 振
･
高次 共振 で あ る
の有する
ド+
ー
･
こ
と い う名 称
れらの モ
￣
ド位 置 と 操 作 点 で あ る コ イ ルイ立置 が 変 位 を 有 す る こ と
一
.
･
そ の 形 状 か ら ｢ ′ミタ フ ラ イ モ
( b ) お よ び ( c) に 示 す 共 振 は 機 構 系
( a ) と ( b) は
可観 測 か
｢
.
方 ( c)
,
52
0) モ
-
ドほ
.
ヘ
ッ
ド位置 は 変位 を 有す るが
･
-
コ
イ ル の 位 置 が 変 位 を Jj さ な い た め
め 制御 系 に と
っ
て
,
転に 伴 う 流休加 振 力に
ドで あ る
め
まり
つ
.
.
と
っ
ては
可観 測 か つ 不 r lI 到 達 な モ
ドの 動 き を操 作す る
ー
ー
ドで あ る
と は 不可能 で あ る
こ
-
,
ヘ
ッ
よ
.
ド 付 近 で の み 変 位 をf17 す る モ
ー
っ
て
一
.
,
ヘ
ド位 訂 決
ッ
九
デ ィス ク回
ドは 非 常 に 励起 しやす
( ぐ) は 流 体 加 振 力 に よ り 軌 起 さ れ る 風 乱 の 振 動 を 点 し て
風 乱 に よ る振 動 は
.
の ような モ
( p)
.
る と 言え る
い
.
い モ
ー
そのた
'
主 共 振 よ り も 高 い 周 波 数0 ) 振 軌 と し て 検 山 さ れ る 位LtYl 外 乱 に 相 当 す る
.
.
/ ≠
H
e ad
覇
C o il
F ig
6 1
･
･
M
o
1 al
(
s
ll a P
e
高 次 機構共 振 を 用 い た 風 乱補償
6 3
.
風乱は
ヘ
制 御系 に よ
ッ
ド位 置決 め 制 御系 か ら は 不 可 到達 な モ
っ
て制御す る こ とは 困難で ある
ドの 位 置 決め 誤 差 を抑 え る
を使
( c)
( b)
( a)
っ
節で は
て 相殺 す る こ と で
,
,
こ とで
ヘ
ッ
ある ため
･
,
ー
ドの 振動である た め
しか しな が ら
風乱に よ る
ヘ
の
その モ
ッ
ッ
ドイ
;I 胃 決 め 制 御 系 の 臼 的 は
ド位 置 の 振動 を別
こ
ヘ
ッ
･
の機構系の モ
と が 可能 と 考 え られ る
高次 共振 を利 伺す る 方 法 に よ り風 札 補償 を 行 う
53
ドの 動 き を
ー
-
ヘ
.
ド の 位置 決め誤 差 を 低 減 す る
第 4 章に て 提 案 した 機 構系
･
･
･
ー
ド
そ こ で本
制 御対 象 と モ デリ
6 3 1
.
.
機 構系
の
グ
ン
高 次l宅振 を 利Ff] L て 風 乱 補 慣 を 行 う た め に は
,
と同 相 と な る 共振 特 性が 必 要 と な る
本研究 で は
,
ヘ
,
m O)
こ こ では
.
.
6 2 の
.
,
こ jT ( す
破鰍
機 柄系
の
風乱に起因する
.
は 6 I k I-l z と な る よ う 設 計 さ れ て い る
Fig
汎n : %. i 火 に 対 し て
( 5)
1
c
K
-
･
に示す値とな
っ
た
F ig
.
制 御 対 象に 含ま れ る
グす る
.
これに よ り
0
.
モ
6 2 の
ル ド F
ー
)
p ()
とモ デル 化され る
.
こ こで
＋ 2 ( iL J
P
,
Li
'
p
.
に な る 高次 共 振
,主 共 振 と 同 相
.
n ,
)
土二 亡ヒニ( j
( )
.
T
･
d
j
の 周 波数 応 答を 示 す
F d土
･
･
を( 3 8) 式 に て モ デ リ
ン
.
( 6 2)
J
･
L
T d は 火 験 に 便 川 す る 装i ( (L こ 合 わ
}
T･= 価 無 駄 叫I l lJ
”
タ は T al , 1 e 6 1
LJ
A
サ ン プ リ ン グ) iJ 別 T
s
c
ー
.
.
.
の他の パ ラメ
そ
,
無駄 時 間特性
,
P (j L J) は
Iw
( 6 1)
1
2
u
× l O 7
･
.
.
＋
iS
た 機 構系 モ デル P
っ
(,
,.
は3 7
1
,
.
1
を( 3 7) 式
z o FI
≡
〟
F ig 6 2 の 破 線 に て 試 作 し た
.
.
9
,
制御 対 象 の 周 波 数応答
.
機
.
( 3 6) 式 の 機 純 系 モ デ ル
,
L
l
実線にて 求ま
,
次ホ
=
ド 数 1V は 5
ー
ドと
ー
なお
rL:i
2
.
た モ デ リ ン グを行 う
モ
.
ド
ー
V
∑
p
i
い
て 主1 与板
.
L
p
を用
ド位 置 決め 機構 系 を 試 作 し た
ッ
に 関 し て は 本論 の 趣 旨 と は 毘な る た め 割愛す る
機 構 系 の 周 波数 応答 を 示す
い
解析 等 に 基 づ き 風乱 の 原 因 と なる モ
F E M
.
とI L司 じ 周 波 数 に i 三共 振 と 同 相 と な る 機 構 lt 振 を 宿 す る
構 系o ) 設 計 手法
風 乱 の 存 在す る 周波数 に お
.
”
.
L
せて
T
と 選定 す る
50
-
<
10
×
-
6
T
､
l
15
=
.
×
10 -
6
.
T
111 0
d
e
P
ble 6 1
a
.
(･り
J
. .
,L i
a r a m
e
L r a d / s]
t e rs
o
f P (
,
)
”
(
rC i
i
1 O
O
3 95 0
- i 0
O 0 35
7T X
5 10 0
0 4
0 01 5
2
7T X
61 OO
- 1 2
0 0 15
2
1T X
7 1 1〕O
0 9
O r)6 0
n 10
d
e
l
0
rn o
d
e
2
2
7T
X
t11 0
d
e
3
2
ln O
d
e
4
11 1 0
d
e
5
.
⊥
54
.
.
.
.
,
,
.
.
( 6 3)
･
.
0
A
1 0
亘
_ E: 1 2 0
el
くっ
1 3O
ー
ー
M
ー
-
亡a S u r e m
F illi
n
d
e rL[
ata
O d el
Fn
g
- 40
d
to
t
F
req u e n c
y
L H z】
O
r
L
汁
- 9O
=
ロ
■
ご1 1 8 0
岳1 2 7 0
-
-
M
-
e a s u r e rrLC nt
Fi tti
-
n
d
ata
o d el
m
g
F
F ig
.
制 御系 は
モ
F ig
ド3 とモ
ー
また
モ
,
･
ー
チフ
ッ
ク ゲイ
ィ
る 制御 系 を設 計す る
ー
の ピ
えた
re
を用
い
q
n e II C I
.
ドバ
ー
クゲイ
ン が
る
T
･
O IIS e
p
O
r
ble 6 1 よ り
a
･
と 逆札
また
p l a rl t
モ
一
制御 対 象 の 右す る 高次 共振 の う ち
･
ド 4 が 主 rモ振 とI.i] f ‖で あ る こ と が わ か る
ー
?
i: 共 振 と
モ
.
,
こ の 機 構 系で は風 乱 振動 は 6 1 k H
.
.
とみなす
い
ド4 は伯 榔
ー
よ
･
こよ
っ
て
モ
,
･
￣
り 安 定 化す
に 仔/ 亡す る こ と が 確 認 済 で あ り
z
ド 4 と そ の 周 波 数 が一 致 し て い る こ と が 確 認 で き る
･
一
ー
い
.
P l-l e
d 丘
It
a
巡 伝 達特性 上に お
er
C
と
”
.
-
-I 1 0 †C h 6 1 t e
･
r
･
C
' '
2
0)
･
'
枇 と して i える
モ
.
￣
￣
て 十 分 に 小 さ く な る よ う に C 2( 9) を 以 F の よ う に 与
い
1
.
b
)
s
s
こ こで
･
2
2
十 2(
LJ
S
＋
＋ 2 ( d LJ
S
＋
n
L
J
u
}
2
(6
2
.
4)
.
(
p I l e a d fi l t e
-
re S
小 さ い た め制 御系 に 与え る 影 響 は 小 さ
ン が
クhli仔i 諾
LI C は
ッ
ド 2)
ー
C 2(
･`
′
ル タ に よ る ゲ イ ン 低 減 を適 用 し
安定 な機構 共 振 で あ る モ
フ ィ
の
ド 5 が 主 共振 ( モ
ド5 は ピ
ー
示され る も
4 3 に
.
ー
ド3 のみにノ
ド3
F
.
制 御 系設 計
6 3 2
.
6 2
.
[ r7 z]
req u e n cy
,
C
,,
l
-
o o5
･
”
.
ぐd
-
は ゲイ ン 余 裕 4 5 d B 以 上
･
帯 域 を 1 k 11 z と す る よ う に
,
位 相進 み 選 れ 補 偶
0 3
･
-
LJ
2
-
位 相余裕
7T
3O
54 0 0
i
ら
l
C l(
)
β
(s
a
･
＋ 2 汀
3 O O O )(
T:
)
,
5
(
s
与
,
＋ 2 7T
＋ 2 7T
X
･
第 IJ- 位 相 余 裕
設計 を 行
l
l oo)
.
L
以ヒ
の 折 点 周波 数 の
1 6 0( a ＋ 2 7 r
(6
･
メ
8 0 0 0)
4 0 0 0)
っ
た結果
5O
o
以上
･
･
5)
制御
･
(6
.
6)
と求ま
た
っ
プ 付 きメ父
を F ig
･
.
また
を過川し
ゲイ
.
に よ り離 散 化 さ れ る も の と し
,
果を
余裕
ン
とする ように フ ′
F ig
.
_
,
ッ
実 線 に て 示す
6 5 の
.
い
4 5 (l B
ドバ
-
設計 したフ
,
- 一巡 伝 達 特 惟 o ) 設 計 結 果 を F i g
,
風 乱 捕憤を行 わ な
,
;) ( A : 換
.
L
実線 に て
の 設 計結
ト ル 軌跡
C l ( Y) は メ丈
,
次 変換 に て 離 散化 さ れ る も の と す る
6 3 の
.
で
こ こ
,
場 合 と して
以上
モ
,
ク 補償 器
ド3 とモ
I 6 0(
･
＋2
a
.
C L ( 5)
_
D
30
.
0)
ー
周 波数 応 答
ナ イ キ ス ト線 図 上の
,
7T
た
C l( s) と C 2 (
･
.
2
1 0 0)
X
(s
＋ 2 7T
.
)
.
50
の
L
.
ィル タによ る
チフ
ッ
机 ∴ 位捌 余裕
以_L 二
っ
ド4 にノ
ー
.
設計 を 行
の
.
= ま 榔夜数 プ リ ワ
ク補 償 器 C
ッ
実 線に て
6 4 0)
,
ドバ
-
与
.
ク
ベ
.
ー
伯fll 余 裕
,
ィ
C 2(
,
5
o
ゲイ
1
制御 け域 を 1 k l i z
以上
･
.
設 計結 果 を 以 F に 示 す
6 0 0 0)
X
ン低減
･
( 6 7)
,
p
.
＋ 2 7T
叶9
2
c 2(
)
s
2
＋ 2(
占
∑
-
3 0 0 0 )(
ズ
1
=
i
4 0 0 0)
X
2
叫 S ＋ 叫
( 6 8)
.
2
･
5
＋ 2 ( di 叫 占 ＋
.
i
,1
＋ 2 7T
a
i.
I
2
,
i
こ こ で
(
‖
O 05
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.
.
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,
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風 乱 補 償 無 し) を 示 す
･
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･
･
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6 6 に 感 度関数 の
･
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っ
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･
z
の感度
関 数が 約
5 .( u 3
.
の 測 定結果
改 善さ れ て
( 実線
る こ とが わか る
い
'
風 乱 硝 旧f l り
:
風 乱0 ) 周 波 数 が 6_ I k fi z で あ る
さ れて
い
破線
-
る こ と を 確認 で き る
,
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,
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､
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.
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.
6 7 に 位置 決め 誤差 信 弓 の パ ワ
.
風 乱 補 倒 無 し) を 示 す
:
こ とが確認で き る
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F ig
.
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6 4
.
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ー
.
こ と と な る
結果
の
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機構 共 振
●
そ
.
た 凪 乱 榔fLi で は
い
.
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では
乱補 償 に
6 4
.
つ い
仮 想 共振
振
の
二
,
て 検討 す る
番目
モ
.
第 5 孝 に て 提 案 し た･(Ti J t 1J 与板 モ
ド をJ-f] い た 風
=
.
.
て 高 次 共 振 の 周 波 数 が あ る 矧 曳変 化 す る こ と
j
,
ドに よ る 風 乱 補償効 果を 検 証す る た め に は
ー
存 在 しな
い
へ
ド位置 決 め 機 構 系が 必 要で あ る
”
)
の
影 響 が ′ト さ
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っ
て
ととす る
,
と 同一
- とす る
なお
-
制御 系は
.
F ig
.
,
仮 想 共振
設定 す る
.
い
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.
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ー
l
,
-
風 乱振 動
,
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､
る
の
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周波数 は
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である の で
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･
､
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･
.
モ
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っ
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そ
･
以 上 の 幅 をf･ わ て 振 動 を 抑[ 1 す る よ う に
仮想 共振 モ
,
ッ
の モ デ ル は す べ て ;l l 5
6 6 5 k 11 x で あ る
風 乱振 動 は あ る程 度0) 周 波 数幅 を 持
ド F , C ま目 標 周 波 数 に 対 し て
ヘ
ド 位FE I 決 め 系 を 制 御 柑 態 と し てJ 机
ッ
前車 で の 仮想 八坂
･
高 岡池 敬 域 に て
.
l
ヘ
周波 数 は
こ の 機械 系 で は 風 乱 振動 の
.
5 1 に 示 され る もq)
モ
た
い
風 乱掘 勤が 存 在す る 周 波 数に 高次 共
.
本節 で は
.
い る 機柄 系モ
.
,
ル 状 の 位 置ケ帽L と は 異 な り
した
こ とが で きな い
.
系 の 機 構 共振 特性
こ で
-
機 構 系 を 作1'R し
.
周 波 数 が 31E 離 す る 場 合 も 考 え れ る
の
鳳乱 補 償 と して
の
て
っ
制 御 系 設計
1
.
風乱 の 周波 数 と 高次 共振
本研 究 で は
.
した が
.
風 乱 補抗 に 関す る制 御化 能 を 見積 も る
.
=
.
ク ゲ イ ン を I F_ 確 に 設 計 す る こ と は 周 難 で あ る
ー
,
J
.
製造 公差 や動 作条 件 の 変 化に よ
,
が 避 け らず
そ こで
岨 乱Fll) 耶 の 劫 火 は 安) i! な 横 柄l 〔振f jiqI に よ り 決)i: ど
,
￣下記 の よ う な 問 題 点 が 考 え ら れ る
,
そ の 周 波 数特 惟 を 測 定 す る ま で
●
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機 柄 系 の :, i 次 共 振 を 川
ー
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(6
.
1 7)
と し て 与 え られ る
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^ I ,) は 整 合
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こ際
して は
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.
6 11
の
.
6 9
.
の
榊御 系に
実線 に て 示 す
の
軌跡
つ い
破線 に て
の
は 双 --;欠 変 換
'
p
設 計 結 果 を F ig 6
,
.
11
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”
たフィ
っ
.
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.
プ 付 き 双 -1 次 変嵐
ー
ド′ミ ッ ク 補 旧 器 を F i g
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.
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.
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6 10 の 破 線 に て
.
ドバ
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.
ナ イ キ ス ト 線 同 卜 の ベ ク ト ル 軌跡 の 設 計 結
,
ボ捕位 器 C
ー
巡 伝達 特 性 の 設 計結 果 を
一
C
,
.
て も 挽iL寸す る
,
求ま
.
6 1 O の 実 線に て
.
風 乱補償 の 効果 を検 証す る ため に
合
(
.
愛換 に よ り 離散 化 し た
巡 伝 達 特 性 の 設 計 結 果 を r ig
一
.
果を
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.
:
･
上の
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.
'
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.
風 乱の 周波 数 が
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ッ
鳳 乱 補 旧 無 し) を 示 す
:
改 善 され て
トラ ム の 測 a 結 果 ( 実 線
果より
ク 補 旧 器 を 叩 い て 実 験 を ff
'
ドバ
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る こ とが わ か る
い
風 乱 捕旧有 り
:
破線
.
.
い る こ と を確 認 で き る
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.
.
6 13 に
.
.
6 12 に 感
確認 で き る
,
.
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.
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.
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本章 の ま と め
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デ ィ ス 列 riJ* 云数0 ) 向 上 に 伴 う 風 乱 鮎 勤
す る 共 脚 寺作 を 用
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増 加 に 対 応す る た め
風 乱 補 旧 0 ) ji 法 を 撞 案 し た
る 高 次j∈振 を 利 川 す る 方 法 で あ り
-
.
は 第 5 章で 提 案 し た機構 系 の 右 す
他 方 は 第 6 車 で 提 案 し た 仮 想 J=! 振
J
,
安定 な 位相 特 惟 を 宿
.
モ
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ド を 利 用す る 方法 で あ
I
主壬七振 よ り も :' J L ､J d 波 数l･こ/ i 任 す る 風 乱 振 動 を 輔佐 け る
'
る
.
こ れ ら0)
/7 法 馴 J
･
こ と が 可能 と な る
.
い
るこ とに よ り
実験に より
.
･
'
1
.
,
,
提 案す る 風 乱 補償 法は 制 御 帯域
乱 に 起 因 す る 位 吊 決め 誤 差 を 大 き く 改 善 す る
こ と を確 認 し た
64
･
の
約
6
倍
の
周波 数 に 存 在 す る 風
第7 章
モ
ド形 状 設 計 に よ る 制 御 帯 域 の 高 帯 域 化
ー
本 章 の 概略
7 1
.
ヘ
ド位 置 決 め 制 御 系
ッ
の
制御 帯 域 は 機 構系
共振 特性 に よ り 制限 さ れ る た め
の
は 制 御 系 設 計 の 改 良 だ け で は な く 駿 構 系 特性 の 改 良 が 必 要 で あ る
来 は 圭共振 周 波数 を増 加 させ 必 要 な制御 帯域 を 実現 し て き た が
困難な状況と な
本章では
バ
I
.
)
っ
ている
制御 帯域
,
ク補 償 器 は 剛 体
とす る
は じめ に
.
要 素 が機構 共振
の
.
高帯 域 化 を可 能 と す る 機 構系 特性 に
ー
共振 周 波数 と
a 数 の 低 減 に よ り 制御 帯域
の
･
.
.
モ
モ
ー
ド影 響 定 数 で あ り
向 上が 可能 で あ る
=
こ と を ,7 < す
ド形状 設 計か ら 主共振 の
ー
モ
さ らに
･
･
その 際
フ ィ
,
ド
ー
の
.
.
制 御帯 域 を 制限 す る
向上の み で な く
4
節リ
モ
ド影 響
ー
ン ク 機 構 をJLJJ tJ し た
L
ド影 響 定数 を 低減 さ せ る こ と に よ り
ー
刺
,
･
:
人 別 棚 E な;IilJ 御 川 域 は i- 共 振 に よ り
'
.
･
･
.
こ と となる
制限され る
.
響 を 及 ぼす か を解析す る
m
そこ で
本節 で は 主共振 に 関 す る
,
解析 用
.
の
機構 系 モ デ ル は
｢
剛体
･
パ ラ メ
モ
ド+
ー
ー
タ 力1 ど の よ う に 制 御 常 軌
と ｢￣
i -= 共振 +
こ宗',
J
に よ り 構 放 さ寸t
( s)
p
と 仮定す る
.
こ こ で
.
小 まモ
ド影響 定数 は 常 に 負 で あ り
ッ
て 検 討す る
つ い
共振 周 波数
,
土
ナ イ キ ス ト 絹 波 数 が 主 共振 川 渡 数 よ り も 十 分 に ■: j い Li- 命
ヘ
,
制 御帯 域 と 主共 振 特 性 の 関 係
7 2
P
さ ら な る 主 i-t 坂 周 波 数 の 噌h L7 は
.
高帯域 化 に 与 え る 影響 を 調 べ
の
御 帯 域 を 向 上 可能 で あ る こ と を 実 験 に よ り 確 認 す る
%
従
,
ドと 主 共振 を 位相条 件 に て 安 定化 す る 簡 易な フ ィ ル タ で あ る こ と を 前提
機構 系特 惟 が 制御 帯域
機 構 系形 状 を提 案 し
よ う な問題 に 対 し て
.
の
モ
こ の
.
'
制 御 帯 域1. ･J I : に
.
,
ー
-
( ;)
･
1
=
I; I
＋
?
2
2
'
＋ 2 ( I L L ',
＋ LJ L
5
.
( I L ま粘 性 係 数
ド影響 定 数
( 7 1)
.
s
I
LJ
t
はl一 組 司 政 教 で あ る
主f 臓 の モ
･
制 御 系 は 主 共 振 を 伯 相 条 件 に て 安 定 化 す る こ と を 前提 と す る
ド 位 置 決 め 系 に 加 わ る 加 速 度 入力 か ら
へ
､
ソ
ド加速度 ま で の 伝達 特性 に 相 当す る P
65
-
( 5)
･
･
ー
また
の イナ
.
1
特性 は
顔 ンス
,
f
と尊え られ る
ラ
制御性能 に 対す
.
制御対象 p 臣郎 ま
.
プリ
グ時 間
ン
TB は 35
P
m
( B)
m
柁書B
呈＋
-
( s) を 無駄暗 闘 付 き 0 次 #
終
等価無駄時 間 は
C
フィ
.
奉節 で は
1 5 ji
a r a r n et e r
サ
ドパ
ー
ッ
1
5 5 00
2
鐘9 5 0
3
605 8
-
4
5 5 00
-
5
55 0 0
-
6
5 50 8
-
7
55 0 0
-
-
ド と 重 来振 を 位 樹
ー
ク 補償容 C
糾ま
縫
こて
を 双- - 次変換す る
e r
-
-
こ とに
()
o
以上
-
s
i
よ り計算 す る
C
38
0.0 3
こ こ で
･
い て
行
サ
ン
,
ま0
0 03
i 0
0 03
O 5
0 03
1 5
0 0.3
1 0
0 0且
l B
0 05
.
女
.
.
i
･
.
.
.
,
.
プ付 き 双
第 二 位 相 余裕 5 0
( )
2
s
8
ィ ル タで
C
紘( a
a
C
.
'
t ZY
"
と
l
n o
嘘
馳
C
e r
C
.
tZr
2
E z】は 連続 時間 フ ィ
I
＋ 2 7T
2 0 0)
X
'
の横とする
そこ で
･
･
C
･
,
【z】は
l
C
[ zl
2
( 8)
l
( 7 3)
･
(a
＋
α
)
l
｡
望
＋ 2 首e2 n
W
c2
S
＋
2
十 2e e 2d
W
e2
B
＋ 蝿2
w
c2
こ と に よ り 計算 す る
,
$6
C
2
( s)
2
( 7 4)
.
-
以 止 を 最終 と し て
ルタ C
ク
ッ
2
【z】は 連 続 時 間 ブ イ ) レタ
s
鰐パ
-
あ る こ とを前提 とす る
2
8
フィ
ド を 安定化 す る 位 相 進 み 特性 か ら 構 成さ れ る
ー
-
次変換 す る
-
べ る こ とが 目的 で あ る た め,
補償 ず る 簡易 な フ
P I l e a d A lt
C
を周 波数プ リ ワ
i 0
,
をま主 共振 に 封ず る 位相 遅 れ 補償発 と し て 便 潤 す る
i
を伺
6i
.
:
m
f pi a n も
.
-
P
･
民i
u 毛
ボ 系 を 構成 す る た め の 積分津 と 醐 体 モ
-
o
.
董 共振特性 が 制 御 帯 域 に 与 え る 影響 を調
,
`
種頬 の 機構 系 モ デ ル
と坂 定 す る
S
【E z】
お
2
w 藍
ドパ ッ ク 補償 案 の 構成
ー
補償 熟 ま剛 体 モ
フィ
･
亀畠e
＋
β
ル ドに て 離 散 化 し て 計算 す る
-
J
.
.
＋ 2∈納
.
T a bl e 7 丑 P
ア2 玉
2
馳 7 1 に示す7
%
事
( 7 2)
1
B
る 解析 は
2
･
7
2
ゲイ
以上
ン 余裕 4 5 d B
･
･
制御帯 域が 最大 と な る よう に
C
l
の
位 相余裕
折点 周 波 数
とC
位相 遅 れ 塵 を 調 整 す
の
2
ラメ
タは T
ー
a
.
BtS e
る C
a 題e
6 0 50
H
(C
艶
,
F ig
1) の
数 が 6 05 0
より
a
k
c互
畠
望
2 071
×1 0
3
2 7 豊6
×1
4
3 7 09
x
10
轟
5
1 925
×
10
8
6
2 5 26
x
lO
8
7
2 5 2 速 x 丑0
&
.
.
.
.
.
P
a 若挽 m
lO
2 7T
もe
r
o
f
もr o 呈
1e
c o n
F
忘2
宕望d
X
4 00 0
0 0 5･
8 2
2
7F X
6 7 00
n
W
c
.
.
c慧
･島
2
7r X
3･5 0 O
0 05
8 患5
2
7r X
5 魂0 0
08
2
7r X
4 0 00
0 85
0 盟
2
7r X
8 5 0 8･
2
7T X
50 0 0
0 e5
0 2
2
7r X
7 08 0
0 2
望7T
…
.
.
.
.
.
.
2 7T
X
3 鍾8 8
2 7T
X
轟0 0 0
0 05
O 2
7r X
4 00 0
0 05
0 2
2
_
.
e
el
α
x
.
各パ
,
a
.
2 5･2 8
に 対応 し た 制 御 系 を 設計 し た 結 果
%
0 05
≧
･
岳
･
.
,
,
.
べ るために
迅 芸( C
7 1 より
C
,
C
0 0･ 鮎 )
C
,
a
aB e
2
a s e
a B e
.
7 2
.
夕 ン ス 特 性 を F 豆g
一
X
670 0
2
7T X
6 7 00
2
7T X
67細
ble 7 1 に お い て 粘性 係 数 とモ
( 共振 周 波 数
イナ
,
1( 加
3( 知
-
u t
的
-
7 1
･
に示す
( b)
-
各 P
.
また
･
事
叫
e
a se
ド影響 定 数 が 岡
お よぴ G
斑 芝)
: &9 58
3
a B e
の 周 波 数 応 答 を F 呈g
F ig
ア2
f
( 昆)
サ
に
-
6 4 5 0) で の 制 御 帯 域 は 1 7 5 0 H
て い る こ と を確認 で 普 る
また
,
7 豊( a )
･
架線 は 主 共 振 周 波 数 が
,
2) の 場 合
を
-
,
5･5 8 8
点 鎖線 は 登 共 振 周 波
書
5 5 0 0) で の 制 御 帯域 は 丑6 5 0
一
･
'
･
退転 達 特性 野 周
タ ン ス 特 性 は 主 共 振 周 波 数 に 大 き く 依存 す る こ と が 労 か る
周 波数 に 依 存 す る と言え る
であ
-
( 共振 周 波数
( a)
m
これら の困で は
･
破 線 は 主 共振 周 波 数 が 4 9 5 0
3) の 場 合 を 示 ず
a se
･
ー
･
に ナ イ キ ス ト緑 園 を 示 す
(b )
場合 敬
,
.
: 55
T
,
) の 制 御 対 象 を 削 ､ た 場 合 の 制 御 帯 域 を 比 較す る
a s e
F ig
た
b 王e 7 2
T
Ty
.
芸
客 P M ( s) の イ ナ
z
･
1
( 共 振 周 波数
1
波 数 応答 を
H
bl e 7 且 に 示 す 各 P
っ
.
主 共振 周 波数 の 影 響 を 調
,
a
共振 周 波 数 に よ る 影 響
7 2 2
に
T
.
bl e 7 2 に 示 す健 と な
C
.
る
F ig
7 2
-
少
( ら)
艶
z
C
a s e
とな
っ
2( 2
た
･
甘W 老
-
F 敏 7 2
,
･
( a)
鰯 0 ) で の 制 御 滞 域 は 呈5 5 0
こ の 結 果 か ら,
劉 靭帯域 は 主 薬 振
に よ り い ず れ の 制 御 系 も 妾共 振 を位相 で 安 定托 し
-
67
1 1
J
i
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喜
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'
.
(b)
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･
.
7 2
.
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1
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モ
ド影響 定数
ー
- 1 5)
:
に
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の
,
,
寅
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〕
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L
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C o n
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N y q u i st d i a g T
s
y
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4
r a : .i ゝ
a T r)
T(1
ド影 響定数 に よ る 影 響
ー
ドi;lL壬門 出 数 の h 壬鞘 を 調 べ る た め に
ー
I
I
t
( l liL r N
p
a
R
L
モ
定数
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Fig
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z
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'
云
( a)
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･
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1F 三
丁
肯
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1
､
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r
.
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l
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1
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L
M
-- 1 0 )
,
制 御 対象 を用
( i)
.
:
0)
イナ
-
い
,
C
a s e
T
.
4
a
(
b l e 7 1 に お い て 粘 性 係 数 と 共 振).J
'
モ
ー
ド貰∋暫 定 数
.
7 3
･
(b) に 示 す
68
･
- 0 5)
:
た 場 合 の 制 御 帯域 を比 較す る
タ ン ス 特 惟 を F ig
^
.
お よび C
.
.
各
また
.
p
( s)
7Tl
F ig
･
の
7 4
･
波 数 がl 叶
a s e
5
(
モ
周波 数 応答 を
( a)
に
一
-
ー
で ある
ド影 響
F ig
.
7 3
.
巡伝 達特 性 の
周 積数 応 答 を
-
1 O(
.
C
F ig
より
c
C
5(
.
1( A
a s e
イナ
,
-
-
1
夕 ン ス 特性 は モ
一
ー
,
きる
.
また
F ig
.
7 4
.
.
0 ら( C
.
の喝
4)
a se
実 線は モ
,
令を
ド影響 定数 に 大 き く依 存す る
l
･
.
れ ら0 ) 国 で は
こ
.
.
,
点鎖線は
z
(I ))
7
.
とな
C
,
た
っ
e
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4 ( A-I
分か る
･
1
[
柑価= け域 は モ
.
a ∩I R (】 - - -刀l 50
I- - .
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J O.
I
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( a) M
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E 5 1N 1
2t K K)
F
]
2
( b)
s y s t e rI )
F ig
.
7 3
.
･
7 4
L
( a)
ー
z
.
ドi弟子P F Ji: 敬
に よ り い ず れ の 制 御 系 も 主Jミ振 を 位 相 で 安 定 化 し て い る
6D
re
Fig
.
,
プ
･
ド影響
ー
- 0 5) で の 制 御7-F 域 は 1 9(〕O li
1
.
モ
t
-
,
こ の f1 -i!1上か ら
.
こ とが
.
f
ド影背 走 数 が
-
.
- 1 5) で の[l;lJ 御 i i 域 は 1 5 0 0 11
こ と を確 認 で
訂
′
.
に依 存す る と 言え る
'
'
場 合 を 示す
l
”,
ド影 幣 a 数 が -
ー
- 1 O) で の 制 御 碍 域 は 1 6 {'L) H
-
(
破線はモ
5) の
a s e
.
.
,
as e
1 さ( C
7 3 より
.
( b) に ナ イ キ ス ト 線 阿 を 示 す
7 i
.
1 ) の 場 合 を.
a s e
定数が -
F ig
.
Frp
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枯 性 係数
l
I ( ki
.
,
IL
O ,
7A
象 を用
Fr eq
の 影 響 を調 べ る ため に
: ” o 3)
什係 数
.
7 6
.
C
.
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T
.
a s e
.
,
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c o ll t r O
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8 X
7
is
払g
･
r a m
m
･
命を
一
,
より
す
て の 頃 合 で の 制 御 荷 域 は 1 6 5〔 川
べ
,
as e
( 粘性 係 数
7
.
7 5
･
･
,
. ,.
F ig
( a) に
7 6
.
.
一
( a) に
巡 伝達 特 性
実 線 は粘 性 係数 が 0
,
点鎖 線 は 粘 性係数 が 0
･
O 5( C
･
-
と ん ど依存 し な い と 言 え る
て い る こ と を確 認で き る
.
また
,
F ig
.
7 6
.
7
,
とな
( b)
っ
た
.
こ の
結 果か ら
,
各
P
制御 対
の
･
,
であ る
一
m
( s) の イ
の 周 披 数 応答 を
0 3( C
as e
: 0 05)
a s e
7) の 場 合 を 示 す
I
F ig
,
場 合を
i) の
､
タ ン ス 特 性 は 帖 性 係 数 に ほ と ん ど 依 存 し な い こ と が 分力 る
7 5
･
イナ
(∼
) の場
.
れ らの 囲で は
こ
.
ド影響定 数 と共 振周 波 数が 同
5
の 周 波数 応答 を F i g
.( )
P
また
.
ー
お よび C
: () O l )
( 枯惟 係 数
6
e
,
.
線 は 粘 性 係 数 が () o 1( C
より
P
ble 7 1 に お い て モ
a
( b) に 1 ( す
7 5
.
( 1 ,) に ナ イ キ ス ト 線 閑 を 示 す
F ig
r CS
u e 】1 ぐy
た 場 合0 ) 制 御 樺 域 を 比 槻 す る
い
タ ン ス 特 惟 を F ig
-
R
( b)
l
ナ
+
3
-
粘性 係 数 に よ る 影 響
7 2 4
(
l
c ri s ti c
t
･
1
..
[ H lz
【h a r a c
p
F ig
.
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,
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I
1
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-
-
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ノ
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ー
､
J
f
ノ
'
F ig
･
･
･
破
I
7 6
･
( a)
制御 帯 域 は 粘 性係 数 に ほ
に よ り い ず れ の 制御 系 も 主共振 を位 相 で 安定 化 し
.
7〔
)
J
1:L
喜
-
;
l 11
LO
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｢:
-
二｢
曽
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1
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三〔柑
窪
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1
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ノ
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l
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一
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1
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7 5
.
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㌔
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一
1
10
Fr
￣-.--￣￣￣
J
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1
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7
1
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1
+
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-
lo
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･
q
p
u L rt e
,
c
h
a r a c
.
.
イナ
ー
以 上 の 鮒 火よ り
かる
こ
で
.
,
これは
,
ンス
タ
･
ゲイ
･
R
r H zl
y
Fig
7 2 5
1
L
ro
t
( b)
c ri s - i c
,
7 6
FI
･
L
e
q ll C n C y
r
e
s
p
s e
O
f
火別 可 能 な 制 御 f? 域 は 機 純 系 の イ ナ
･
.
制 御帯 域が 機構 系
本研 究 で は イ ナ
,
n
ー
co n
1
4
_
a x 15
N y q l li 5 t d i 叩
r 血'
‖
t r ol s y s t e m
ン に よ る 機 構特 性 評 価
･
,
o
亡a l
のイ
ナ
一
ー
タ ン ス ゲ イ ン に伴
夕 ン ス 特性 に依 存 して 決定 さ れ る
タ ン ス ゲ イ ン に 対す る 指 標 と し て
る 周 波 数 ( ＋ 3 d B 周 綬 数 と 呼 ぶ)
に 着 目す る
･
71
･
イナ
ー
こ
い
変化 す る
と を 表 して
こ とが分
い
る
･
そ
タン ス ゲイ ン が ＋ 3 d B とな
T
a
b l e 7 1 と T a l Jl e 7 2 に 示 す 制 御 対 象 と フ ィ
ドバ
ー
.
.
周 波 数 と 制御 掃 射 ) 関 係を
T
h l e 7 3 に示 す
a
.
こ と h V ,} か る
な 制御 鞘 城 が 高く な る
まり
つ
.
制御 帯域
T
＋ 3
,
粘 惟 係 数 が I-
I
に トさ い と 仮if す る と
高帯 域 化を 実 現す る た め に は
の
十 3 d B
'
1
′
,]
,
.
d B 周波 数 が 高け れ ば実 現 可能
の 十 3 (l B 周 波 数 が 増 加 す る よ う な 機 構 系 特 性 を 実 現 す れ ば 良 い と 言 え る
こ こで
＋ 3 d B
､
結 果よ り
こ0 )
.
ク補慣 器 を用し た場 合 に お け る
ッ
機構系
,
.
周 波 数 が 臼 標 周 波数
よ り も 高く な る
0
条作 は
fe z
)
(芸
'
と し て J j･ え ら れ る
定数で ある
･
こ とが分か る
.
e r
a
bl e 7 3
P
a r a rll e
S
b
a n
.
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t er
I
()
.
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I
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J t
t H z】
0 03
2 6 7 8 1I
z
15 5 0 上
1z
2
49 50
- 1 0
0 03
2 f) 7 3 LI
7
1 6 5 0 1-I z
6
5 50 0
-1 0
0 01
2 9 7 5 11
y
1G 5 0 上
-1 7
l
55O O
-1 0
0 03
2 9 7 9 1l z
1 6 50 1l L
7
55 00
ーl 0
0 05
1 7 5 O 11 z
3
6O 50
1 0
0 03
1 9 U O 出2:
4
5 BO O
- 0 5
O O3
J
,
u
-
-
/
検討に より
,
.
z
主 共振
ヒす る
ヘ
タ 各 臣の 低 下に
主共振
ッ
のモ
ー
.
.
.
.
.
.
.
-
.
.
.
.
.
実 現 可 能 な 制 御 帯 域 は 主 共振 の 共 振 周 波 数 と モ
.
の 1 与板 周 波 数 は 11 S A
の
全長 に 依 存す る 面が 強く
i
.
.
機 構系 統合 化 設計
･
･
/
研究 で は
.
.
す る 等 の 装 即 ) 小 型 化 無 し で は i; 振J Jt 披 数 0 ) 向 上 は 困 難 で あ る
-
J
- 1 5
.
'
ドエ
;t多鞘
ー
(I
-
Fl L
5 5 00
た
5)
y st eln
5
.
高 帯 域化 を 目 指 し た 制 御系
型化 は デ
共振 川披 放 と モ
の
z
3 7 0 3 1l
っ
主共振
1 5 0 0 11
'
る こ と が 分か
の は
2 5 5 7 l-1 z
:1 2 7 2
･
.
'
これまでの
(7
.
- 1
1
,
.
＋3 d B i n
.
.
i- 式 か ら も (li1- M ;? 域 の11ilJ 限 と な る も
.
T
7 3
() 4 1 2 5
≦
2
つ
ながる ため
,
H D D
ド影 響 定 数 を 低 減 す る
ド位 置決 め 機 構 系の 実現 を 目指 す
の
.
72
･
H S A
ド 影響 定数 に 依 存 す
デ
ィ ス
しか し なが ら
デ
大 容 副 ヒに は 相 坂 す る
こ とに より
ー
の
こ
,
.
とと なる
ク 径を 小 さく
ィ ス
･
ク径
そこで
の
,
小
本
全 長を 変え ず に 制御帯 域 を 向
従来の
7 3 1
.
.
ド位 置決 め 機構 系
ヘ ッ
従来設計に よる
ヘ
ド位 置 決 め 機 構 系 の 周 波 数T L 答 を
ッ
J
F ig
､
7 7 の
.
.
J
実 線 に )] ( す
制御対象の 連続
.
時 間 系 モ デ ル を ( 3 6) 式 に 示 し た
.
p
と仮定する
各パ ラ メ
.
タを
ー
再現す る よ う に選 定 し た結 果
タは T
a
ble 7 4 に 示 す 値 と な
T
.
a
は - 1 7 で あ る こ と が分 か る
.
F ig
.
7 8
.
( b)
で ある磁気
に 示す
ヘ
ッ
A
の
F ig
.
.
i
1i ＋
･
.
,1 2
ヘ
破線 に 求 ま
モ
;
( 7 6)
･
2
ド 伯iE i 決 め 機 構 系
ッ
ン ^
っ
ド2
ー
n
'
定数 ゲイ
,
LJ
l
示す 従 来0)
は4
7 7 の
.
＋ 2 くE L J
'
よ り 主 共 振(
.
)
E,
は 3 7
×
･
7
1 ()
,
形〕犬を
F ig
7 8
.
.
( a)
ド位 置 決 め 制 御 系 に お け る 主 共 振
周波 数 は
0)
=
.
'
7 O O tl z
モ
,
に
牌 折 か ら 得 ら れ た 主共振
F E M
.
の モ
ド形 状 と な
-
っ
て い る こ と が クI か る
ド影 響定 数 は 大 き い 値 と な る
ー
コ
EO
･
･
-2 0
(コ
30
M
-
-
-
-
M
t:
as u re m
i
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=
1
U
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L
0
t寸
⊂
一
h
･
-2 7
0
-
-
-
1
M
e a5 u re m
M
o d el
e rlt
F
Fig
･
7 7
･
Fr
t
ー
ー
ド影響 定 数
e
q u e rl C y
re S
P
O l1 5
C
O
u e n c
r eq
f
c
73
o
71
y
V
L H z]
io
e r )t
l
ll a
m
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1 1 a r li c al
･
s
Y S t e 】11
L
の モ
ー
ド 刷 犬を
イル 位置と 酬 偵
t
∈
-
･
そ の 他o ) パ ラ メ
冒
- 10
s
.
周 波 数l L 答 を
た 制 御 対 象 の 辿 続時 間 系モ デ ル の 周 波
従 来 設 計 に よ る 主 共 掛 ま加 振 点 で あ る
,
ド 位置 に て 変 位の 大 き い モ
I
の
.
これ らの図 より
.
s
ド数 N
7 7
.
2
.
ー
た
p
7 7 の実線に
.
モ
,
と F ig
ble 7 A
手足束 設 計 に よ る 1i S
F ig
(善
i;
･
^
-
5
･
っ
.
数応 答 を 示す
( ,
(
こ の結果
.
ヘ
ッ
T
∼l
hl p 7 I
F
L
.
l
･
)I l o (1 (
d
l
3
.
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.
C
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.
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,
.
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F ig
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2
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m
a r
y
r e s o Tl a n
-
C e
e sig n
4 節 リ ン ク機構 に よ る 機 構 系設 計
本研 究で は
,
観 測点 で あ る
ン ク 機 構 を 用 い た l-1 S A
ヘ
ッ
ド位置 で の モ
構造 を提案 す る
.
ー
ド変位 を小 さ くす る た め の 手段 と し て
こ れ は Ii S A
74
の ア
ー
.
4 節リ
ム 部分 に 4 節 リ ン ク機 構を 適 伺 し た
もの であ る
構を考え る
する
こ の
.
こ こ で
,
4 師 リ ン ク 機 構 に 関 し て 簡 単 に 説l叶け る
,
場合
4 節 機 構 は そ の リ ン ク 構 造 か ら F ig
,
ク の 先に 現 れ る
こ の
.
,
とで
ヘ
,
ド†抑 L で
t
ッ
に 適 用 し た 形 状 を F ig
A
際の HS
こ
の モ
7 1O
.
.
の であり
共振
の モ
気
ッ
ヘ
分か る
ー
ド形状 を Fi g
こ の結果
とが 期 待 で き る
.
7 10
.
ヘ
ッ
,
に示す
ア
.
ー
従来
.
に 示す
( b)
ドの 節 と な
ー
-
.
よ
.
,
っ
ており
.
,
て
っ
回 転 LP 心 点 が リ ン
,
リ ン クの 聞 き角 の 変更
.
ド伯h 引 こ 相 -当す る 場 所 に 回 転
T
ヘ
.
こ の l-1 S A
,
ッ
､
は
ア
.
ー
機桃を 人
4 Eilj
I
一
ム 部分0 ) 端 部 の 幅 を小 さく
ム 部 分 が 4 節 T) ン ク 機 構 に 規( ” ) 変 形 と な る よ う に
の II S A
に 対して ア
わ ず に 実 現 可能 で あ る
部 品 点数 の 増 加 を 伴
,
ド位 置が モ
.
提案 す る 手 法 は
.
に I-( す 変 形 を し
(I )
7 9
こ の
間よ り
観測点
.
ー
ム 部 0) 穴 形 状 に 変 更 を 加 え る も
解析 か ら得 ら れ た
F E M
.
変位 が 小 さ い モ
の
こ の II S A
の モ
ー
ー
ド 捌j: と な
て い る こ とが
っ
ド影 響 定 数 は 小 さ
値と なる
い
.
R i gi d b o d y
上
/
チ
L i nk
R
ot at
i
/
㌔_
F
( a)
B
8 rC e
a si c
i np ut
( b) D
st r u ct u re
Fig
1
7 9
･
M
e cll a n
is
m
75
o
f fo
での 主
提 案 手 法 に よ る 主f 臓 は 観 測 点 で あ る 磁
ド位 置 決 め 制 御 系 に お け る 主 共振
/
ン ク機
図 に 示す 力 が 作 用 す る と
.
ド 変 位 を 減 少 さ せ る こ と が ‖TTfE と な る
ー
( a)
し 中間 部 の 幅 を 大 きく す る こ と に よ り
設 計 し た もの で ある
.
回 転 中 心 点 は 変形 前 の 2 本 の リ ン ク の 交 点 で あ り
に よ り 任 意 の 位置 に 回 転中 心 を 設け る こ と が で き る
中心 を 設け る
.
( a) に 示 す 剛 体 リ
7 9
,
重 心 位 置 に 慣 性-) ) が 作 用 す る と 考 え
こ こ で リ ン ク 機構 の
.
F ig
.
u r
-
b
a
r
efo r H la
li -1 k n g
ti
e
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l- c 7L
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Y
i
o r
o n
c e nt
e
r
こ
( Ll 】 S l l a
e
P
Of
ll S A
(b ) M
Fig
F i g･ 7 7 のて
尖線 に ′J
け 従 来の
.
た II S A
す
を川
い
て 試 作 した
Fig
7 5 に示す
･
併とな
よ J) 主 共 振 ( モ
Fi g
･
L
る 結果 を ホ し
周 波数 は
･
ヒ向 上 し て
い
の
r
F
噛
P
,
4
る
z
で あり
節リ
,
d
e
of
p lうI T ) a
7 11 の
1
破 線 に 求ま
1 8 0 [l fl z
.
.
た P
っ
を 4 節 リ ン ク機構 を適 用 し
ー
fl S A
× 10 7
ドi P 暫 定 数 は I
/
こ こ で
,
十 3 d B
そ の 他の パ ラ メ
.
O 2 で
.
実線は 4 師リ
.
24 50 B
z
タは T
.
こ と が分 か る
ン ク機 構 を
,
ー
T a･b】c 7 5 と F i g
.
ある
こ の結果か ら
周波数 は
.
タ を那J k 私.i 火 をrlT- 別 す る よ
ー
周波数 応答 を 示 す
の
周波 数応 答 を 示
の
'
各パ ラ メ
.
.
,
r e SO lla rlC e
.
ド代 田 決 め 機 構 系
ッ
は 3 8
p
に よ る結 果をホす
従 来設 計 に よ る
た
ン K
モ
-
ン ク 機構 を 用 い
ヘ
.
追 放 ゲイ
rY
(l e s i g 】l
実線 に 試作 し た
タ ン ス特化 を 示す
ー
H
p o
を ( 3 G ) 式 と 仙i: し
は 七
周 波数 は
0)
イナ
･
の
.
破 線 は 従 来設 計 の tl S A
,
3 O O O li
提 案す る
I
ド2 )
ー
7 12 に P
た
っ
ド放 N
o
e
p
.
7 1 1
･
.
ー
r
sh a
fL 決 め 機 構 系 と 同 条 件 の Ei D D
ド( (iFこ
ッ
l
モ
P
･
al
L
ヘ
糾 御 対 敏 の 仙 縦”i. 糊 系 モ デ ル
･
う に 選起 し た 括 弧
ち
.
7 10
･
d
o
剛
､
.
a
ble
7 ll
.
.
た fl S A に よ
提案手 法 に よ る ＋
3 d B
で あ る こ と が 分か る す な わ
.
は 従 来 設 計 の 11 S A と 比 べ て ＋ 3 d B 周 波 数 を 2 0 O/L 以
l
.
76
言
-1
?
0
.E - 2
0
I
”
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M
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M
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u e n cy
re s
y
p
[ H z]
o n s e
O
y
t =
二
よ迎 続 時 間 フ
では
A
ィ
p
･I L a g フ
と
l(
.
5 はピ
バ ッ
ン
ィ
-
7 5 か らモ
.
･
ー
i三1 r; 鮎 に 対 す る 位 相 遅 れ 補 夙 に は ノ
,
,
ル タ に て 実槻す る
ド 3 は 上-1 七舶 ( モ
こ
ととする
F ig
.
.
っ
た
よ
.
て
っ
7 1 1 に 示す
ヘ ッ
.
C(
.
以上
4 5 d B
.
大 と な る よ う に C ( リ)
.
以_1 二
o
30
Fig
比較 の た め
指 を 息 汁す る
･
6 1 1 7(
7 1 3 の 実 線 に 求ま
･
Fig
.
,
第
,
=
.
.
.
･
二 伯 相余 裕 5 0
っ
(a
i
,
ヾ
ゲイ
は 折 点周 波数 に 基づ く
また
.
.
,
モ
したが
ー
っ
＋ 2
7T
X
(
β
＋ 2 7T
ド4 と モ
て
,
フ ィ
以 上
.
ヘ
ッ
位 榔 余裕
78
い
.
bl e
a
ド
ー
ド
ー
ゲイ
て 制御 帯 域 が 最
7 0 0 0)
X
X
6 0 0 0)
･
ド位置 決め 機 構 系に 対 して フ
30
ロ
以上
( 7 7)
.
4 2 0 0)( s ＋ 2 7T
-
.
2
た C [ 2] の 周 波 数 応 答 を 示 す
.
ン 余 裕 4 r) d B
以 上 の 条 件 下に お
ロ
T
.
,
＋ 2 汀 × 2 O O)
7 7 に 'J ( す 従 束 設 計 に よ る
.
ル タ を利 用す る よ
ド位 置 決 め 機 構 系 で は
ド 2 ) と 同 相 の l 宅振 で あ る こ と が わ か る
の 折 点 間披 数 を設計 し た結 果
C ( s)
となっ た
)
'
.
ィ
こ とで求め
ド 3 に 示 す 高次 共振 を位 相安 定化す る よ う に 設計すれ ば 良 い
ー
位 相 余裕
,
チフ
ッ
ク ゲ イ ン が 小 さ い た め 制 御 系設 計時 に は 無 視 で き る も の と す る
ー
ク 捕旧 説 は を共振 と モ
余裕
ー
次 変換 に よ り離 散 化す る
一
･
.
L
-
g a i l1
e r t a ll C e
ル タ C ( b) を 洞
り も! rT 点 周 波 数 に よ るl ･ H ‖巡 れbJJ 耶0 ) 方 が 効 果 的 で あ
pl L
f hl
制 御 系設計
7 3 3
.
7 12
･
r eq
.
1n ∴
位刷 余 裕 5 0
ィ
o
ー
ドバ
ッ
ク補償
以 上 の 条件 下 に
お い て 制 御 市 域 が 最 大 と な る よ う に C ( y) を 設 計 し た 結 果
.
2 31 6 ( メ ＋ 2
.
C(
)
(
t
っ
た
F ig
.
破槻 に て 戊 ま
7 13 の
.
.
石
(,
X
X
3 0 0 0 )( s
＋ 2 7T
L
.
X
600 O)
( 7- 8)
5
･
とな
L'
1 0 0)
7T
.
･
.
＋ 2
写
7T
十 2 7T
I O O O)
X
た C[ヱ
】のJ J 抜 放 応 汚 を 示 す
l
っ
･
l o
1⊃
-
.
≡
a
o
-I -
P
e nllO n
Y
o rl
ro
I
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H
l
l
L O
F
a
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p
･
-
10
首
C
1O
[ _]
y
7
o
”
￡ -5
■
0
- -1
-
〉
7o
】
シミ
7 3 4
.
.
ュ
レ
ー
シ
L
7 13
1
Fr
e (1 u e l l C
た
F ig
,
T
.
囲も
ン
,
7 1 3 に 示す フ ィ
.
.
ー
･
bl ｡ 7 6 に
a
を示 す
.
F ig
ドバ
制御 滞 軌
7 14 に
･
.
,
一
ッ
可能 で あ る
.
r eS
Y
.
p
O
ll
F ig
,
.
S
e
r 仁 【モ(1 h
O
7 7 と Fig
.
J
1 0
k
･
l(
Ⅰ
)(
ぐ. , 7 1t r り
ン 余 裕,
ゲイ
提案 手 法に よ る
ヘ
ッ
.
7 11 に示す
.
.
.
ヘ
ッ
位相 余裕
巡 伝達特 性 の 周 波数 応 答を
こ と が 分か る
o s 亡d
L H zJ
rcq u c n cy
ク補償 器 に よ る
実 線 は提 案 手法 に よ る結 果 を
結果 よ り
e n ti o n al
v
p
r
.
ン
ョ
拙 素 手 法 のイ1 効 性 を 検 止 す る た め に
と
o n
r o
】o
F
Fi g
P
￣
コ
10
C
･
地 紋E[ JJ l･ Jr 系 で
':
ド位 円 状 め 制 御 系 0 )
第
.
F ig
･
二 位相余
.
79
･
シ ミ
ュ
のTliu
レ
ー
御 対象モ デ ル
シ
裕 お よ び感 僅 関 数 0 )
7 15 にナ イ キ ス
･
破線 は従 束設 計 に よ る 結 果 を示 す
ド位置 決 め 制御 系 は
m
.
従 来設 計 と 比
ョ
I1
ト線 岡 を示 す
･
･
べて
制 御帯 域を 約
ュ
ずれの
レ
21 I
っ
ノル ム
九
い
･
これ らの シ ミ
を行
ン
ー
シ ョ
卯 Il -L-
T
bl
a
e
7 6
.
C
S
v
e r
G
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P h
S
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i11
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P
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1 4 0 0 Ei z
1 7 0 0 tI 7
4 6 d B
i 5 d B
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.
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a s e lT l a r
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e
g
.
66 d
e
g
.
e
g
68 d
e
g
,
.
,
8 7 d B
8 7 d B
X
31 d
.
.
20
10
/
雪
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･喜
10
l
､
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l
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F
F ig
･
7 14
･
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- F r o p o s cd
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a
a
.
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､
㌔
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､
7
[
R
F ig
S i ll l 11l
7 15
.
.
提 案手 法の 有効性 を 検証す る た め に
示す フ
7 13 に
.
御帯 域
一
ィ
ー
ドバ
ゲ イ ン 余裕
,
巡 伝達 特 性
験 結果 も
ッ
位 相余 裕
.
e
s
ul
t
f
o
.
第
.
F ig
.
7 7 と F ig
.
di a
y q u is t
ll
g r
a
ヘ
ッ
lll
.
ッ
7 1 1 に ,] け
.
'
,
.
7 1 7 に ナ イ キ ス ト緑 園 を示 す
以 F
ゲイ
･
･
シ ミ
.
提案手法
を約
提 案 手法 に よ る
ド 位 置 決 め 制 御 系 は 1 k I-1
ヘ
ッ
O)
･
.
1 k H
,
〕
た
ン
2 5 d B
.
z
･
ュ
レ
シ
ー
L
破線
‥
x
Fig
い
81
7 16 に
L
L
ョ
ン
t
結 果 川様 に
い
る
.
れ ら 0) 実
こ
･
を iA< す
J
'
25 Z
こ 0 )L 姻
･
'
る こ と が ,I か る
以 下 の 外 乱 に よ る振 動 を約
.
Er ･lJ
:
.
ず れ u ) t4 も ∴ J; 線 は 拙 案 下
従 兵 設 計)
改 善 して
･
･
い
示して
こ とを
Fi g
.
T f tL ,1 p 7 7 に
･
-
測 定結 果 ( 実 線
7
-
お よ び 感 度 関 数 q ) )1 _ ノ ル ム を 示 す
__ 相 余 裕
二1 II
'
提 案 手 法 が 制 御 帯 域 を 約 2 0 PE 向 ヒnJ 能 と す る
7 1 8 に 感 度 関数 の
ド 帖 紛 失め 機 構 系 と
'
ド 位 円 状 め 制 御 系 o ) 尖 験 を1 -J
L
.
.
'
ヘ
案 手 法は 感度 関数 の
かる
r
破 線 は 従 来設 計 に よ る結 果 を 示 す
,
T
.
F ig
,
ク 補償 器 に よ る
の 周 波数 応 答を
法に よ る結 果 を
F ig
ti o n
a
実験
7 3 5
.
.
3
e a l a x is
･
･
より
こ の こ
改 善す る
･
擢
とより
こ
'
･
と が JI
T
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t )l e 7 7
C
S
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r ･) p o s e
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.
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.
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･
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.
.
9 2 d B
,
.
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4 6 d B
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.
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.
一
-
I
-
-
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L) S t
.
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.
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H
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-
u
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亡1 )
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言
l 帥
gi
云
27O
-
-
-
-
C
o n v e nti o n a l
P
ro
p
os ed
10
F
F ig
.
7 16
.
E
x
p
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82
o
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.
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S
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- P r op o sed
-)
[
7 17
E
･
･
x
p
er
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e ll t a
l
4
5
e a l a xi s
R
Fig
3
2
al
re s u
lt
o f ll
Y q uist
,
di a g r
u l
∼1
tO
-
-
-
-
C
o n v e n ti o T) a)
P
ro
p
ヽ
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l
5
0
/
ロ〕
ロ
●■
I
15
'
3
し⊃
- [0
- 】5
4
1
F O
10
FT eq
Fig
･
7 18
･
E
x
p
r l z】
y 【
tl e n e
e r i l l l e llt a l r e s u
8 :i
lt
o
f
s
e
IIS
it･i v i ty f u
Jl e
ti o n
冒4
.
奉 牽の ま と め
紘
主薬 振の モ
,
ド形 状設計 に よ る 制 御帯域 の 轟碍 域化 を 考案 し た
ー
特 性 が 制 御碍域 の 高滞域化阜こ 与 え る 影 響 を 調
数 とモ
-
ド影 響 定数 で あ り
,
童共 振の モ
ー
.
書らに
は じめ に
機構 系
,
朝 鮮帯域 を 制限 す る 要 素 が 機構共振 の 共振 周 波
べ書
共 振 周 波数 の 向 土 の み で な く モ
の 陶土 が可 能で あ る こ と を明 ちか に した
.
,
4
ー
筋 リ ン ク 機構 を 応潤
ド影 響 定 数 を 低 減 書 せ 制御帯域 を 向 上 可 能 で あ る
84
ド 影 響 定 数 の 低 減 に よ り 制 御 帯域
し た 機構 系 形 状 に よ り
こ と を 実験 に よ り 確 認 し た
.
.
第8 章
E3
杏
∫
刺
i
した
に考
廿
帯域 の 高
に よる
化
市
本章 の 概 要
8 1
.
奉車 で は
主 共振 特 性 が 制 御 帯 域 の 制 約 と な る 場合 に お
,
高帯域 粍 を 実現 す る 制御 系 設計 法 を 検討す
して
,
離散時 間
H
u
制御 理 論を伺
数式モデルを 削
.
､
る
.
碁ま じ め に
い た 設計 を行 う
た 設 計を行う た め
.
い て
‥
主薬 海 将像 を補償 し嗣御 滞 域
重共 振 特性 を陽 に 考 慮で き る 設 計 法 と
車
それは
,
設計周 モ デル に童 共 振特 性 を含 ま せ る
,
主 共 振 特 性 を 考 慮 し た 制 御 系 設 計 問 題 を 構築 可 能 で あ る
感 度 関 数 や 相補感 度 関 数 等 の 制 御 性 能 を 離 散 時関 域 に お い て 整 形 す る
.
離散時 間 系
の 制 御 対 象 に 対 し て 離 散 時間 補償器 を 直 接設 計 す る た め
生 せ ずサ
プ ル 点上 の 挙 動 に 対 す る 安 定性 が 保 証 書 れ る
等 の 利点が あ る ため で あ る
一
.
般化 プラ
ン トの
しか しな が ら
.
であり
.
複雑 な行列 演 舞が必要
.
補償器 を間接 的 に 設 計す る た め
等 の 欠点が あり
しく な い
一
離散 時間
,
方
事
.
H
拙
,
あり
補償 器 の 次 数 も 来
普い
,
必 要最 低 限 の次 数 に て 補償器 を実現 可能 で あ る
●
設計が容 易 で あ る
そ
こ で
,
,
ある
･
離散托 に よ る誤 差 が発
･
･
設 計方 法 が 煩 雑 で 凝 る
･
･
.
両 者 の 利 点 を 観 み 合 わ せ た 新 し い 設 計法 と し て
85
い
･
そ の ま ま の 形 で 実 機遠 国 す る こ と ば 望 ま
は
.
等 の 事EJ 点 が あ る
,
こ と が可能 で
補 償器 の 構造 と物理 的 な 意 味 を 設計 時 に 定義 で 普な
設 計で 求 め た 補償 器 を
古典制 御 理 論 に
容 易をこ
,
の 調 整 が必 要 で
構築 や 重 み 関数
こ とで,
･
.
ン
の
,
I
i = tE 振 特 恨 を 考 慮 し た 離 散 時 間
.
2
.
,
求ま
･
.
t
た 離 散 時I7J
'
)J
っ
設計 を 行う
∝
補†
[1 器 か ら
七共振特 性 を 補償す る構 造 を 導 出 す る
,
t
噂Il . し た 捕 悦 指 構 造 と r 横 制 御 確 論 ( 伯 相 進 み 遅 れ 補 償)
.
J ちづ く 新 し
.
を糾み 合わ せ た
L 汁手 法 を 榔三乙す る
H
離 散時 間
8 2
.
Il
∝
.
f ]- え る と
-
=
ィ
特に
.
ス モ
本(i)f 4 琶で
'
の lJ
ドバ
ー
ス モ
.
ク;liJr 御 に よ
ッ
.
.
て Jj一え ら れ た 伝iiiI R] 数 0 ) 大 き さ を あ る 仙 以 下 に す
っ
ル ゲイ ン 定 確 を 利用 す る
ー
しか し な が ら
.
とに より
こ
系 統 立て て
,
本研 究で は
,
をそ の 目 的 とす る
の整形のみ
II
設計 に よ る
刃
ス ト設計 を
ト安定
ロ バ ス
そ の 理 由を以 下 に 示す
.
場合によ
,
ロ バ
っ
.
て は 非 常 に 保守的な 紹
.
,
x
-設計 u ) L 柑勺は L j宅振 特 作 を 考 慮 し た 補 償2筈構 造 O-) 導 出 で あ り
I
化 は 本 市 で u ) 本 汽 帆 なrt･U 趨 で は な い
8 2 1
巡伝達 特 性 に
一
.
ル ゲイ ン 定嘩 は ゲイ ン の み で の 安 定性 補 償で あり
ー
･
.
設計
感 風 洞数 と 相補感 度 関数
.
架 を 帝[11 す る
●
.x
い う こ と が 大 きな 利点 で あ る
化は行わず
●
H
制 御 u ) 本門 は フ
る と こ ろ に ある
.
:J
い
う 割 捌 こ よ る 制 御 帯 域 の r 郭 拝域 化 を 臼 指 す
い
.
.
]
3
と
c D
Jl
,
ト安 定
ロ バ ス
.
設 計 用 モ デル
は じめ に
を作 滅す る
実 線に 示 す
.
.
.
制 御 対 象 を 点 す モ デ ル と し て 主 共 振 特 性 を 含む 設 計 摘 モ デ ル ( ノ ミ ナ ル
の 制 御 対 象 ( リ ア ル プ ラ ン ト)
本 章で 用 い る離 散時 間系 で
P
駄 時 間を 含む
0
L ヱ]
”
は離 散時 間系 で あ る こ と か ら
次ホ
ー
ル ドに て 離 散 化 し て P
ま ず連続 時間
,
モ
デル
の 周 波 数 応 苓 を F ig
デル
P
る こ と とする
l ヱ】 を 求 め
”
モ
.
( )
c
s
を作成し
P
,
連続時間モ デル
P
.
I 之】
)
n
8 1 の
.
( s) を 無
e
P
( s)
(
は
.
( 3 6) 式 に 示 す
.
!
八
I? (什 s)リ ー ^
J
と L て 与え る
,
-
･
`
.
'
l
Pp
∑
E;
PC l
･
L
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2
＋ 2 (iL J
制御 対 象 の 特性 を 再現 す る よ う に
N
-
2
,
K
-
p
2 5
×
･
10
パ ラメ
8
.
斥1
-
X
60
＋ LJ
S
･
･
” .
L
2
( 8 1)
.
'
タ を設 定 し た 結 果
ー
1
n
,
p=
2
-
-O 8
1
.
,
( 8 2)
.
(1
-
0 3
.
,
(2
-
0 05
.
.
LJ
n
l
-
2
86
7r
,
LJ
,1
2
-
2 7T
X
i40 0
､
とな
た
っ
また
.
実 験 装 置 に あ わ せ て 離 散 化 0.) 際 0 ) サ
,
5 5 I I 占 と選 定 し た
求ま
･
た ノ ミ ナ ル モ デル P
っ
ンプリン
F
グ
j
イ ム を TJf) / I, i
.
t こ】の 掛 疫 敬 特 作 を F i g
,,
等価 無駄 時 間を
の破線に て 示す
8 1
.
.
.
.
40
至
20
.
≡
0
3
-2
0
-
10
-
-
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.
般 化 プラ
一
.
本研究 で は
こ の
素に
｡
F ig
,
般化プラ
一
つ い
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.
.
z
.
ン
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8 2 に 示す 一 般化
.
プラ
デル
P
2
･
から
z
へ
e
l S
O
f
r e a
l pl
1 rlt
a ll
{
d
”()I u i lla
l
d c1
u lO
,.
て 離 散E7!i 間 L L
t =】を 川 い
ン ト G
と 重 み 関 数 It / ll
.
”
州庁ほM
=
ニーー,
'
･
!
lt
ノ
,,
′い
l
,,
TK
.
.
か らなる
) ' 弘 汁 を子i う
次に (
.
'
.
L =J
,
; ,∫
0)
･
各要
の 伝 達特性
が 感 度 関数 に 対す る 重み と な る
s
＋ P
[ e j ej q
e
n
を 利 用 して 感 度 関数 の 整 形 を行う
w
Ol
y
.
l1
■
P
S
【 -】
R
ト
伝達 特性 に よ り W
この
u e ll C
ン トはノ ミナルモ
て 説明 す る
から
打 eq
8 1
r eq u e n cy
l 誌小
･
je
]
すな わ ち
,
∀ 0 ∈[ -
二
7
打
2 2 ) J=t: 0 )l 馴 系よ り
(2
,
T
･
-
]
】
.
〔8 3 )
･
.
.
の 伝達特 性
こ の 伝 達特性 に よ り W
,
が 相 補感 度 関数 に 対す る 重み と な る
,,1
.
すな わち
.
(2
･
2 2)
式 の 関係
より
.
p
o
n
O
[e } l C[e J ]
l
ノ
'
l
I
請コ 和 l I 両ニ百巧
を 利用 し て 相補 感 度関数
の
整形 を行 う
87
7
‥
∀ 0 ∈
トT
7
.
7T
ト
( 8 4)
･
●
から
zJ ,;-
z
へ
の 伝 達特 性
こ の 伝 達 特 性 に よ り tt ',
係よ り
P
J
,
が 相 補 感 度 関 数 に 対 す る 重み と な る
,.
聖
地 l l塁
空ヨ
W
く
ー
0
I ) ) c [ 叫l
,Z
F
を 利 用 し て 相 補 感 度 快] 数 の 整 形 を子f う
LV
.
,
LIT.
L
･
∀0 ∈
=
↑
o
l (･) l
r
･
2 2)
式の関
ト7T 7T]
(8
､
,
.
1/ P
,
は 高 周波 敬域 で 大 きな ゲイ ン を持
,,
＋
＋
F ig
.
つ
･
た
･
p 11 C r a
a
＋
＋
P
G
8 2
tl /I
m
1-
＋
5)
W 3
2
”(
｡
･
n
に
特
.
1W
之
'
n
li z e d p l il l )t
重 み 関数
8 2 3
.
屯み 舶 数 は
迎 続 時 間 系 でjiZ 蓋 し た 関 数 を 叔
次 変換 に よ り 離 散 化 し て 作 成す る
'
.
一
麿 間 数と 柑 捕感 度関 数 の 哲 形結 果を 参照 し な が ら
｡
,
に 定 数 ゲ イ ン を 与 え る だ け で 高 周 波 数 域 で の 相 補 感 度 関 数 を 十分 に 低 減 で き る
a
u ll
.
すなわ ち (2
,
1 ＋ P
め
･
低J t-J; 波 敬 で
,
の 感 度 間 数 を 低i威す る よ う に t4
重み 関 数を 以 F
.
を設 計す る
/
,
I
｡
主共振 周 波 数で u) 相 補感 度 関数0 ) 増 加 を抑 え る よう に
●
-
求ま
っ
t
:iJ J 桟 敷 で の 削11lJ九軌止一
対数 を 低カaE す る よ う に W
■
-
.
.
た
1
.
連続時 間系 で
の
重 み 関 数 を ( 8 6) L てに
.
2
月
LI / .
-
O 15
,
.
i
t
2
,
m
9
2 2
＋ 1 5
2
10
･
×
×
,
.
'
I I. (
＋ 2 0
＋ 3 4
.
10
×
の よ う な 指 針 で 選定 す る
W
(.
. 1
を 設計 す る
を 没バ十す る
.
n
J
s
2
L
10
4
10
J
＋l 0
,
＋ 1 5
q
そ0 ) 際
感
,
.
.
重み 関 数 の ゲ イ
.
.
,
/
.
.
×
.
ン 特 性 を F ig
10
×
.
8 3 に 示す
.
.
8
10 -
3
s
＋ 3 6
×
10
さ
s
＋ 3 9
×
10
9
.
.
'
( 8 6)
･
.
s
2
＋7 5
.
W
[
-
(i
88
×
2 0
.
.
.
'
30
-
W
s
-- W
- 一W
20
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Lu
】0
L n
て)
'
t
0
∃
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20
了o
8 3
.
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･
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S
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H
)
f
z
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･
制御系の評価
8 2 4
.
10
10
L
F ig
J
1
コ
.
般化 プラ
こ れ ら の一
一
ン ト お よ び 重み
関 数 をF 削
､
て 離 散時 間 JL
=
1
.
紺澗 脚 ) 設 計 を子]
た
っ
その紙
･
d
凪
っ の
o 7 6 と な り,
仙は
の 実線 に ,
1
hulri 脚
感 度 関 数 と 7/ W
波数 特性 を
Fig
.
8 6 に
･
示す
F ig
感度 関 数を効 果的 に整 形 し て
間数の併 剛
する
こ
IO
次とな
の 周 波 数特 惟 を F i g
s
･
次数は
J
･
8 5 お よ び F ig
･
っ
8 5 に
･
･
い る こ と を 確 認で き る
求ま
･
た 州(t‡脚 ) J J 沌 放 帖 什 を F i g
-
っ
･
相 補 感 偲 莫倣 と
.
8 6 より
･
･
た
･
T P
,
J
tl
ノ
′
'
.
･J
u
'
,
･”
･
0 )JF tJ
設 計 し た 指 rfJ-l み 性徴 が 感J 畦F対 数 と 州 補
特 に 相 補 感 岐｢ 矧数 に I 1 し て は
,
･
/
rp
ポi
･
･
･
2
柿 W I O ) E13' み
･
l
】脚 数 を 矧 侍
よ り 共 振 特 件 の 存 托す る 周 波 数 域 と 高J iJ 放 散 域 に k T し て 個 別 に f｢ 棚 鰍 娃
こ と が可 稚 と な
l
っ
ている
.
89
l
￣
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喜
主
冒
:
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10
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0
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F
F ig
離 散 時間
8 2 5
.
.
離散時間
H
c (
H
求ま
o
た補 償 謂
っ
に 次 数 が 大 き い 可 絶 性 がI J￣る の で
結鼠
.
4
1 0
r c q u e r) c y
s e rl S i ti
-
v
L Li z】
it y f u
ti o
n e
･
の構造解析を行 う
ムi ,1 ､ )1 別 に よ る 鮒 那!i-l ･ .I
”
'
,
た 低次元 化補 償器 の 次 数 は 6 次 と な
っ
〕
TL
補償 器 の 構 造 解 析
加
設 計 に よ り求 ま
,
C
8 6
.
o
た
っ
Fi g
･
は じめ に
･
JI
帥信て 柳
≠
)
x
補L 那冨 は 必 要 以 上
低 ;A , 亡化 を1 1i う
￣
低 次 元 化 に よ り 取 り 除 か れ た 極 と # Jf . は- E と し て
1 0( ) rl z
'
･
の
周 波数 特 性 を示 す
の
もの で あり
こ の
.
て い る こ と が5) カ る
よ
､
を川
る こ ととする
い
次に
.
っ
て
こ れ以
,
間系 に 変換 す る
た 抑 即 削ま F i g
こ こ で
.
.
T
a
bl e 8 l に
･
双
一
.
連 続 時 間系
次変 換 を 用 い た場 合
波数 と 比 べ て 高 い 周 波数 に写 像 さ れ る
付近で の急激な変軌を もつ 要素は
債 器を
8 7 に
.
a
.
b
,
c
.
d
の
e
要素か らな るフ
フ ィ ル タ 1 のJ･ iJ
･
,
へ
,
I
･
,
0
￣
以 F
特惟 は 低次 元化 後 も保 存 さ れ
の
補 償 器 の 解 析 に は 低 次 ′己化 さ れ た 捕 旧 説
低次 元化 補 償器 を 双
.
り 共 振) -J 波 数 付 近l こ お
8 4 よ
.
降 の 離 散 時 間 ′I
以上
z
t
.
構 造 解析 を 容 易 に す る た め
,
分か る
･
,
の 安 定 性 や 制 御 惟 能 を 決 定 す る 1 ()O tl
制御 系
,
図 より
そ0 )
･
破 線 に て 低 次 ′亡化 さ4 1 た 神 佑 器
乱4 の
･
II
･
,
ィ
l
する
･
する と
点 と 悔 の 組 み 合わ
ル タ l と
.
e
,
T
い
a
.
の 極 と 零 点 を ,l ( す
求ま
=
極 と 執 烹は T t
の
bl e 8 1 に お い て
･
せ で あ る と 判 断で きる
f の 要素か らな る フ
フ ィ ル タ 2 の).
91
,
よ り 離散 時 間系 か ら 連 続時
'
糾 の 変 化 を イJ し て
い て:i . 政 な ゲ イ ン と 伯
こ と に 注意
枚数 応 芥を 破線 に て
こ
変換 し た 低 次 元化 補償 器
ナ イ キ ス ト周 波数 に 近
･
r の零
次変 捌
一
ィ
･
っ
い る こ とが
離 散系 で の 周
共振 周 波 数
･
･
そこで
ル タ 2 に 分脈 す る
は 数 応 芥 を 上組 に て 示 す
･
･
･
こ の
･
補
F ig
図か
･
ら
の
フ ィ ル タ 1 は 2
.
次
の伯
相 進 み 補仔i 器 で あ る
働 き を押 解す る こ と は 難 し い
そこ で
.
ノ ミ ナ ル モ デル f い
か を計 算す る
ち
.
こフ ィ
.
す る こ とに よ り
分か るが
ルタ 2
.
特 化を 直列結 合 し た 場 合
0)
こ の
.
図か ら
共振 特 惟 が 高 周 波 敬 域 に 移 動 し た か
.
フ ィ ル タ L) の 反
共 振牛字性 に よ り
､
.
P
,
機構 共振 の 逆
増b u を 抑 え る
モ
,
ど の よ うな 効果 を持 つ の
の よ う な 特 惟 と な る こ とが
デル
P
分か る
,.
に 付加
す なわ
.
t
の 共 振 柑 性に よ る ゲ イ ン の‡i ち 上 が り を 榔 殺 し
.
n
.
フ ィル
特に
.
新 た に 共振 点 を 付加 す る
こ
デ ル を 補iB 音別こ 持 た せ た 場 合 と 比 較 し て
,
高周 波 数域 に お け る ゲ イ
ン
Tj; 振 特 性 に よ る 制 御 系
の
こ とが できる点が特徴である
制約 が 緩 和 さ れ
,
フ ィ ル タ 2 を ノミナ ル モ
.
タ 2 の 共振 特性 が 新 た な共振 点 と し て 付 加さ れ る こ と と な る
と に より
フ ィ ル タ 2 は 周波 数特 性 か らそ
,
.
そ の 結 果を Fi g 8 8 に 示す
.
こ とが
.
こ の よ う な働
制 御 系 の 高 市 域 化 が 可能 と な る
T a ble 8 1
Str
,
Z
(
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.
きに より
,
,
.
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主 共 振 補 償 に よ る 高帯域化 設 計
8 3
.
た 鮒 鮒 iF'J j]
っ
わな くとも
2
次
L
hlJ 仔i 捌
”
tli
振特 惟 を相殺 す る
構戒 され る
た JlJ'J ; 姻己化 を 叫徒 と す る 出 身 ま
`
I
尺ま
)
,
%
乃ま れ て
こ
役複 素 の 苓 点 と
の フ ィ ル タで
ある
.
い
I
.
,
そ
の フ ィ ル タ の
設計 は
対 象に 直列結 合 し た 後 の 特 性 を新 た な制 御 対象 と み な す
Jl
.
設 計 な ど の 複雑 な行 列演 等 を 行
甘
こ とに より
.
,
また
こ の フ ィ ル タを制御
,
PI D 制 御 や 位相 進 み 遅 れ 補
償 な ど の 古 典 制 御f 里論 に 基 づ く 制 御 系 設 計 法 の 適 用 が 容 易 に 可 能 で あ る と 考 え ら れ る
研究 で は
し
前節
,
の フ ィ ル タ 2 0 ) よう な構 造 に よ り主 共振 特牲
.
.
F ig
8 1 の実線にて
.
.
.
ィ ル タ の 設計
主 共振 補 償 フ
8 3 1
そこ で 本
.
を 整 形 す る 方 法 を 主 共 振 補(fi と 定 義
古 典 制 御 理 論 o ) 枠 組 み に お い て 主 共振 特 性 を 補 償 す る 高 帯 域 化 設 計 法 を 提 案 す る
,
共
つ
新 た に 付bLI E れ る 共 振 特 性 を 実 現 す る 共 役 複 素 の 極 に よ り
.
制 御 対象 の 伝 達特 惟 か ら 容 易に 直招 設 計 が 可能 で ある
.
制御 対象 の も
,
示す 制御 対象 に 対 して
ィ ル タを 設計 す る
主共振補 償 フ
,
.
は じめ に
,
連続 系
の フ ィ ル タ
F
, r
･
,
を 定超 す る
.
二欠 に
LJ
,
[
そ 0 ) 7*
.
9
2
＋ 2 く1 L J I
2
LJ
＋
＋ 2 ぐ2 L J 2 号 ＋
1
2
･
L.
,
,
2
2
LJ
2
LJ
]
( 8 7)
.
2
.
2
-
4 45 O
X
7r
'
.
(I
'
新 た に 付J m す る 共 振f J 性 を
=
LJ
･
,
S
と ( 】 は 制 御 対 象 の も つ i : 1 毛振 特 牲 を 実 現 す る よ う に
叫
とiiF Ji: す る
2
s
( ゴ)
2
･
0 O8
-
･
( 8 8)
.
.
と ( 2 に よ り 凱 十す る
1
.
その際に < 慮すべ き
'
.
点は
1
2
高塀 域 化効 果
.
高周波 数域 に お け る安 定化
.
3
.
主 共振 周 波 数 付 近 に お け る 安 定 惟
で ある
こ の
.
まず
｢
.
両 者は ト レ
波 敬域 で
の
周 波数 域で
: 11 ];i 域 化 効 火+
■
l
'
ー
補 旧器
の
1
.
ドオ フ
の
ハ
の
を J ;. 虚 し な が ら L J 2 を 退 出 す る
'
と ｢:
' ,J J 波 数 域 に お け る 安jii 性+
L .
.
関係 に あり
'
1
.
,
LJ
2
'
を 高く 設 定 す る に 従
イ ゲイ ン 化 が 進 み ス ピ ル オ
ー
バ
等
の
い
,
高帯 域 効 果 は 高 ま る が
可能 性 が増す
.
.
高周
,
そ こ で 本研 究 で は
高
,
安定 性 を考慮 し
w 2
-
2
7T
94
X
55 50
.
( 8 9)
,
と選 定 す る
て
また
.
は -一巡 伝 達 特 件 の 位 相 曲 線 が
-
(
.
1'
i_ 共 振 補 仔i に よ り 付 加 さ れ る 共 振 熟 度致 に
-
.
凹 凸 の 少 な い 滑 ら か な 曲線 と な る よ う に 選 起 す る
,
響 を 減じ る
こ と も 考慮 に
入れ
設計 した
( s) を 離 散 化 す る
.
デ
ィ
.
ジタ ルフ
.
ル タ と し て 5拝め る た め に
ィ
ヲ割下乏す る 巨i E 鮎 柑Tt カ サ イ キ
蛮換 を 適 用す る
=
散化 に よ る 反 共振 点 と 共振 点 の 周 波 数 ず れを 防 ぐ た め で あ る
波 数 削- 性 を
=
F ig
.
8 9 に示す
.
の員
2
( 良 1 0)
,
本制 御系 で は
.
離 散 化 手法 と し て 幣 合
,
0 O3
-
フ ィ ル タを
r ,
と を 考慮 し
主共 如 こ よ る 位 相 遅わ
′
主 共振 補 償
,
フ ィ ル タ F
い こ
に近
その 穐
.
,
亡2 を く1 よ り トさ く
く2
と 選 定す る
本 研究で は
.
.
整命
ニ
変換 を川
ス ト開披 数
い る 理 tt lE ま
設 計 し た 主三毛振 補 償 フ
.
連 続系 で
,
離
,
ィ ル タ の
周
.
ヱ
邑
[
⊂
:
ra
(⊃
1
10
F
rcq u c n cy
L H IJ
t J】
V
｢
コ
E3
J =
lL
.
J
lO
F
F ig
.
制御 対 象 に 主共振 補 償 フ
器 を設 計す る
する
.
P ri
.
m
a ∫y
q
u c n cy
[ H ∠1
r e s o n a 71 C e
C O rl ll ) e llS a
tO r
安 定 化 補 償器 の 設計
8 3 2
.
8 9
.
rc
した が
行う2 次
本章 で は
.
,
ィ ル タ を適 用 した 後 の
制御 系 を 安 定 化す る 安定 化補 償
.
主 共 振 に 対 す る 位 相 遅 れ 補 償 に は 制 御 系 の 有 す るfF_ 相 遅 れ 要 素 を 利 周
っ
て
.
の PI 1
e a
d フ ィルタ C
-
特惟に対 して
安定 化補 償 料 ま
.
s
_(
(
1
形
のサ
ボ系を 構 成す る た め の 柄分 要 素 と位 相進 み 補旧を
ー
)
s
'
C
s
( )
(
s
(s
2
＋ 2 7T
X
1 0 0)
＋ 2 7T
X
I O O O O)
I
.
i
95
(8
.
ll)
を 双 . 次変 換 に よ り 離 散化 し た も0) と す る
こ こ で.
･
あり
ゲイ
,
ン
余裕
1 0 '1 B
大値 が
答を示す
以上
4 d B
.
以 L
o
位相 余 裕 3 0
.
未 満 と な る 範 囲 で 最 大o ) 偵 と す る
k / は 制御 系 の
第 一二位 相 余 裕
,
F ig
･
5 ()
比例 ゲイ
o
ン
を 設定す る 定数 で
感度 関 数ゲ イ
以上
8 1 0 に A / を 1 と し た 場 合0 ) C
.
･
･
.
′
号
ン の
最
の 周波 数応
.
宅
l o
la
2 O
〔⊃
30
4
2
1 0
to
F
rc
F
r cq u
H
y 【
u c n c
q
10
]
z
5
芯
畳
u
B
D
-5
･
10
10
F ig
.
'
'
t
; x 汁 し た l 三I Ei 振hli(i王フ
.
.
ン k I は L) 1 9 3 と な
･
を
F ig
8 1 0
.
4
1 0
l
n C
L
P l le
-
.
10
L H z】
y
a
(1
fi 1 t c r
.
線に て
波数 を
ル タ と 安 山 化糾
ifi i‡榊
そ0 ) 唱 和
一
ン A
I
I
は0
ン 特 性 を F ig
･
･
を 弧 記で き る
.
z
か ら 1 35 0 u
また
,
Fi g
.
S 12
･
の
い
Fi g
.
っ
た
.
る こ とが確認で き る
ー
.
;liJF 御 系 の 比 例 ゲ イ
,
感 度関数
の
ゲイ
横線にて示す
F ig
.
,
一
巡 伝達 特性 を
臥1 1 に 示す
一
F ig
.
.
巡伝 達特 性 の 比 較
一 巡 伝達特 性 に お い て 共 振 周積 数特 性 を 4 4 0 0 H
,
ン 特性
8 11 の 破
一
.
8 1 2 に 示 す 感]*l A J
.
8 11 の実線にて,
そ の 場 合の
れに より
こ
に 上 げ る こ と が 可能 と な り
z
高 滞 域 化0 ) 効 果 に よ り 感 度 関 数 の ピ
ヒさ せ て
よ り 制御 系 を柵 築 し た 緋 火
主共振 補償 を適 岡せ ず に 安定 化 補償 器 の み を 適 用
.
と な
1 63
に 向 ヒさ せ て い る こ と が 確 認 で き る
1 1 5 0 tl
こ
巡 伝達 特 性を
また比憶の ため
.
制御 系 の 比例 ゲ イ
.
)
主 共振補償 を 適用 し た 制御系 は
.
z
･
感度 関数 の ゲイ
.
に より
た
っ
'
ィ
実 線 に て 示す
8 12 0 )
.
した 結 果
5 5 O O ll
･
性能 評価
8 3 3
.
1
'
1
一
,
.
巡 伝達 特 性 の ゲ イ
ン O d B
ク
制 御 系 の 高 市 矧 ヒを 実 現 し て
から
z
ロ ス
周
い る こ と
d
数
の 比lIiR か ら
主 共 振 紺B l を 過 川 し た 似 合 :lilJ 御 系
･
,
ク 値 を 悪 化 させ ず に I k H
.
96
,
2:
以 下で
の
感 度関数
の
低減 率 を 向
三0
1
亘
⊂;
I
昌
u
0
o
一1 0
- 2 0 ーーI
W il h
o ut c o m
W i th
-
co m
p
c n
p
s
e n
a ti o n
s
且ti o n
l
II)
F
r eq u c ll C
y 【H z】
局 - 9O
■
1
コ
I - I 阜o
宏 一2 7 0
-
-
-
W i L h く) ut
W it h
-
C O m
c o m
P
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p
J
1 0
F
F ig
0 p
8 11
1
･
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R
[
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c
h
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10
ー
W ith
W
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2 5
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F
F ig
.
8 12
.
S
rcq u c n cy
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97
L O
[H
]
z
vi t y f
u ll C
ti o n
本章 の ま と め
乳4
奉 車で ば
,
機構系 の 盛 儀次 の 共振 で あ る 董 共振 特性 が 制 御 帯域 の 制 限
と な る 場合 に お い て
共 振 特性 を 補 償 し 制 御 帯 域 の 高帯 域 化 を 実現 す る 制 御系 設 計法 の 研 究 を 行
制御 理 論 を 伺
時闇
H
た
その後
.
e
x,
,
いて
,
た
っ
.
は じめ に
,
,
童
解散
童 共 振 特 性 を 陽 に 考慮 し た 制 御 系設 計 問 題 を 構築 し 補償 器 を 設計 し
得 ち れ た 補償館 の 構 造 解析 を 行
高帯域 化 を 実 現 す る 要 素 が
い,
制御対 象 の 有 す る
,
主 薬 振特性 を 相殺 す る 共役複素 の 零点 と 新 た に 付 知 苦 れ る 共 振 特性 を 実 現 す る 共 役 複素 の 極 に よ
り構 成 ざ れ る 望 凍 フ
ィ ル タ で あ る こ とを明
象 の 有 す る 主 共 振 特性 を
苦らに
,
一
らか に した
え る こ と を 可 能 と す る 制 御 系設計法 を 提案 し た
,
示 した
ぞ して
,
得 ら れ た 短見 に 基 づ き
,
制 御対
巡 伝 達 特性上 に お い て 高 周 波数 域 へ 移動 さ せ る 童 共 振 補償 を 導 出 し た
童 共 振補償 と 苗典 制 御 理 論 を 組 み 合 わ せ る
制御系に適摺 し
.
.
こ とで,
また
,
提案
提 案 手 法 に よ る 制御帯域高帯域陀 の 効 果 を
.
98
設 計 が 容易 で か
つ
補償器 の 次数 を抑
し た 制 御 系 設 計法 を
-
.
ヘ
ッ
ド位 置 決 め
退 転 適 時性 お よ ぴ 感度関 数 に よ り
第9 章
奉論 文 は
る
.
請
の 記 録密度 向 上 を 支 え る 高輪 塵 ヘ
H D D
,
研 究対象 で あ る
ⅢD D
は
大量 生 産 苦 れ
,
ル 単位 で の 位 置 決 め 精 度 が 求 め ら れ て い る
ト性を 有 し
つ つ
低
コ
.
る いわゆる
した が
高性能 な 制 御技 術 で あ る
ス トで
ド位 置 決 め 闇 御 系 の 研 究 に 関 す る も の で あ
ッ
っ
ス プE3 ダ ク ト で あ りなが ち
マ
て
製 造 交 差 や 環 境 饗すヒ等 に 対す
,
こ と が研 究の 前提 と な る
ド位 置 決め 制御系 の 有 す る 機構共 振 が 制御性能向 上 の 妨 げ に な
ンサやア
クチ
ュ
エ
系の 研 究を 行 っ た
ー
し
,
タ を追 加 す る
こ と な く,
第
究で
と い う 二 種 類の 手段 を伺 い た検討 を行
車をこ 示 し た
4
は
｢
っ
た
は 制 御困 難で あ
っ
を 有 す る 機械系 に 対 し て は
,
とで
,
ッ
い た 実験 を 行 い ,
した ｢
第 5 車に 示
補償+
の 研 究で は
を 考案 し た
い
,
機構 共 振特性 を 陽
機 構共振
飯 想共振 モ
･
ロ バ
ー
モ
-
ドを 軌
また
,
ィ ス タ 困転に
第 6 車で は
,
,
ヘ ッ
ず
ヘ
ッ
の研
ド位
複雑 な 伝 達特性
.
,
高次共振
闘 将安 定 陀 設 計 に 基 づ 普 試 作 き
こ と を実証 した
に 考慮 し た 制 御 系設 計+
,
番 手 法をこ よ り
.
に よる ｢
ィ ルタで
,
-
そ の 有効 性 を 実 験 結 熱
っ
一
た
書
ド
潮 解帯域 よ り も 高
番 手 法 を 制 御碍 域 よ り 高 い 周 波数
ド位置 決 め 翻御 系 の 研 究 を 行
こ
に
よ り示 し た
.
風 乱 転 勤 の 影 響 を 低減
機 構 系 の 宿 す る 高次 共 振 に よ り 風 乱 を 補 償 す る 方 法 と
99
ヘ ッ
構築 が 可 能 と な る
あ る 顧 怒 共振 モ
,
.
,
こ
高周 波 数 域 に 掛 ナる 外鼠
共轟 特性を 正 確 に 設計 で き
同期 し た位置 外 乱 に対 して 適 周 し
風 乱振 動 を 補償 す る
す る 弼 御 系 設 計法 と し て
した
ス ト 性 と 制 御性能 を 両 立 す る 制 御 系 の
る こ とに よ り
した 制御
全 て の 機構 共振 を 位相 条 件 に よ り 安 定 化 ず る
周波数 に おけ る 外乱 を正 確 に 補 償す る こ と が可 能 と な る
存在 す る デ
,
ド と 等価 な 働 き を す る デ ジ タ ル フ
､
を 目的 と
高周 波 数 頓 に お け る 外 乱 補償+
｢
機構 共 振 の 存 在 す る 周 波 数 に て 外 乱 を 補償可 能 で あ る
ド 位 置 決 め 系 の 高 周 波 数域 に お い て
ド位 置 決 め
ッ
ベ ク ト ル 軌跡 を 用 い た 解析方法 が 有 効 で 凝 る こ と を 示 し
ド位 置 決 め 制 御 系 を 伺
新た なセ
,
機構共振特性 を 陽 に 考慮
制御系 統 合 化 設 計 を 考案
･
ヘ ッ
,
.
を 全 て 主 共 振 と 同 相 化 す る 同 相安 定 化 設計法 を 開 発 し た
ヘ
ヘ
た 高 周 波数域 で の 輿乱補償 を 実 現 す る た め
置 決 め 機構 系 の 有 す る 高 次 共振 を 鞘 摺 す る 機構
れた
と ｢
朝 鮮 系 と 機構 系 の 統合 柁 設 計+ をこ よ る
従来 の 制御系 で
,
て い る 場合を己 お い て
と ｢ 制 御帯域 の 高帯域 柁+
,
各 々 の 目 的 に 対 し て ｢ 制 御 系 と 機 構 系 の 統合 化 設 計+
系 設 計+
っ
ド
-
ロ バ ス
る
本論 受で は
.
位置決 め 制 御性能 を 向 上 可 能 と す る
そ の 際 ｢ 高 周 波 数 域 に お け る 外乱補償+
.
ナノメ
,
,
鮫想 共 凝 を
-
ドを 利 用 し て 魔 乱 を 補償 ず る 方 法 を 検 討 し た
償法 で は
動 に 合わ せ
て 仮 想共振モ
ド を 設計 す る
-
こ
とに よ り
れ ぞ れ の 方法 に 対 し て 実験 に よ る 評 儀 を 行 い
の
モ
高帯 域 柁 に 卑 え
定数 で あり
能で 為 る
モ
丁
る影 響を調 べ
,
こ と を明 らか に し た
.
研 究で ほ
,
さ らに
4
,
に よ る ｢ 制御碍域の
節リ
ン
,
,
の 研究で は
高帯域 陀 を 窺現 す る 要 素 が
.
そ
,
.
童
機構系特性 が 制 御 帯域
とモ
ク 機構 を 応 用 し た 機構 系 形状 に よ り
,
ー
ド影 響
童 共振 の
こ と を実験 に よ り確認 した
.
.
登 米 振特 性 が 制 御 帯 域 の 制 限 と な る 場 合 に お
.
風 乱振
,
ド影 響 定 数 の 低減 に よ り 制 御 帯 域 の 高帯域托 が 可
ー
に よ る ｢ 制 御帯域 の 高 帯 域 化+
は じめ に
離 散 暗闘 ‰ 制御理 論を伺
,
.
の
童 共 振 特 性 を 補 償 し 制 御 帯域 の 高
い て,
を 陽 に 考 慮 し た 弼 御 系 設 計 問 題 を 構 築 し 補償器 を 設 計 し た
い
高碍域 化+
ほ じめ に
.
し た ｢ 機 構 共 振特性 を 陽 に 考慮 し た 制 御系設 計+
帯 域 化 を 実 現 す る 制 御 系 設 計法を 考案 し た
を行
た 風 乱 補償法 で は
風乱
,
風 乱 振動 を 相 殺 す る 制 御 系 を 構 築 し た
,
ド 影 響 定 数 を 低減 苫 せ 制御帯 域 を 向 上 可 能 で あ る
笥 8 車に 示
､
制御帯 域 を･ 弼 限 す る 要 素 が 機構共振 の 共振 周 波 数
共 振周波数 の 向並の み で なく モ
,
ドを 剛
ー
ド形状設計 に よ る 制 御帯域 の 高帯域 化 を 考案 し た
ー
た 風 乱補
提 案す る 風 乱補償法 の 有効性 を 実 機 に て 検 証 し た.
,
し た ｢ 制 御系 と 機構系 の 統合 化 設計+
第 7 拳に示
い
致 す る よ う に 機構 系 を 設計 し
-
次 に 行 っ た仮想共 振モ
.
た 機構系 の 高 次 共 振 を 伺
っ
風 乱揺 動 の 周 波数 と 安定 な 高次共振 の 周 波数が
,
振 動 を 相殺 す る 醜静 系を 境草 し た
共振 の
ほ じ めをこ 行
.
その後
,
い て
,
主 共振
得 ら れ た 補償器 の 構 造 解 析
網 御対象 の 有 す る 主 共振 の 特性 を 栢療 ず る 共役複 素 の 零 点
,
と 新 た に 付 知 苦 れ る 共 振 特 性 を実 現 す る 共 役 凌 嚢 の 極 に よ り 構 成 ざ れ る 2 次 フ ィ ル タ で 凝 る こ と
を明 らか に した
そ して
.
,
得 ら れ た 知 見 に 基づ き
制 御 対象 の 有 す る 董 共 振 を
,
お い て 高 周 波 数 域 へ 移動 さ せ る 主 共 振補償 を 噂 出 し た
み 合わ せ る 己 とで
案し
,
設計 が 容 易 で
,
か
補償 器 の 次 数 を 抑 え る
つ
実機適 偶 に よ り そ の 有効性 を 検 証
以 よをこ 示 し た よ う に
高次機構共振 を 利 用
し た 風 乱補償
,
4)
本論文は
,
し た 外 乱 補償
モ
ー
H D D
,
2
した
,
,
巡 伝達特性上 に
主薬 振 補 償 と 古典 制 御 理 論 を 組
こ と を 可 能 と す る 嗣 御 系 設計注 を 提
.
に お 梓 る 磁気
) 仮想 共 振 モ
ヘ
ッ
ドの 位置 決 め 精 度 向上 を 目 的 と し
ドを 用
ー
い た 外 乱 補償 ,
ド形 状 設 計 に よ る 制 静 帯域 の 高 帯域 叱
御 系 設 計 に よ る 制御滞 域 の 高帯 域す虹 の 検討 を 行
可能 な条件 に て
さらに
.
-
っ
た
ぞ の 有効性 を 実 証 し た も の で あ る
及O O
.
.
5)
3)
i)
共振 特性 を 利 用
共振 特性 を 陽 に 考慮
い ずれの 提 案手 法も,
,
した 綱
製 品の H D D に 適 用
謝辞
奉研 究 を 遂 行
謝の 意を 表
し
,
し た い と 思 い ます
野 波健蔵教 授 に は
を 賜 り ま した
導 して 頂
導
,
ま と める に あ た っ て
い た
予莫大 学 在学中 の ど指 導
,
お かげで あ り
します
謝致
.
も
,
謝 致 します
.
.
た
,
様
,
,
.
,
また
,
,
バ ルス
常 田 光 男 助教授 に は
,
トレ
ー
千莫 大 学在 学中の ど指
,
した
い
博 士 論文 を ま
.
た賜 物で あり
と め る に あ た り 寅重 な ど意 見 を 賜 り ま し た
奉研究を ま
新 鹿志助教授i こ は
,
心 か ら感 謝致 し ます
,
ジテ ク ノ
ロ
ジ
また
.
,
奉研 究 を 共 同 で 行
中川義介 氏
最後に
,
っ
.
て 頂 きま した
,
多売
心 か ら感
ず
有坂寿
渡 田 洋 介 氏 に 心 か ち 感謝 改 し ま す
ズ の 皆 様 に 心 か ら 感謝致 し ま す
ー
ボ
ロ
ッ
.
蕊
.
また
,
多く の ど指 導
lo x
.
また
,
多
ト 王 学教育研 究分野 の 皆 様 に 心 か ら 感 謝 い た し
研 究 生 活 を 支 え て く れ た 妻 に らか ら 感謝鼓 し ま す
}
,
むか ら感
}
と ど支 援 を 頂 き ま し た 日 立 製 作所研 究 開 発 奉部 の 皆
多売 な ど指導
大 な ど指導 と ど 支援 を 頂 き ま し た 千 莫大 学
.
,
とめ る
奉研 究 を ま と め る に あ た り幾 重
,
と ど助言 を 頂 き ま し た 電 気 学 会 産 業計測 制 御 技 術 委 鼠 会 の 皆 様 に 心 か ら 感謝致 し ま す
ます
と ど 支援
多夫 な ど指導
,
千 莫大 学 在学中 な ら び に 卒 業 後 の 学会活動等 を 通 じ て
谷 萩 隆 嗣 教授
,
奉研究を 進 め る に 当 た り
ー
感
千 葉東学在 学中か ら野 波 先 生 に ど指
書
多 大 な ど指導 と ど 支援 を 賜 り ま
清水利彦 氏 山 口 高 司 氏 増 田 広光 氏
田立グロ
の 就 職等
へ
千 葉大 学 在 学 中か ら 平 田 先 生 に ご轟聾 し て 頂
潜 藤樹 海 教授
な ご意 見 を賜 り ま した
洋氏
心 か ら感謝致 し ます
,
西 村 秀和助教 授 に は
な ど 指導 を 賜 り ま し た
日立 製 作 所
,
る こ と が 出来 ま し た の も
日 立 製作所就職後 の 共 闘 研 究 等
こ と が 出来ま したの
こ の 場を借り て,
.
.
博士論文を ま とめ
.
多く の 方々 に お 世話に な りま した
,
.
考文
を星j
フリ
百 科事典 『ウ イ キ ペ デ ィ ア ( W 量k i p e d i a ) 盟
ー
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研 究会資料 II C 0 1 弘 ( 2 0 0 1)
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熱海武憲 : 板 想共坂 モ ドを 開
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,
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,
熱海武題 : ハ
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応 用 部門大会講演論文集 2 S 4 3 ( 2 0 0 5)
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,
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,
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,
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,
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位置決め制 御装置
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,
年5 月
,
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,
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:
磁 気デ ィ ス ク 装置
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,
日公 開
16
中川東介
:
位 置 決 め 制 御装 置
,
特問
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一
年
月 30 日
5
公開
6
熱 海 武憲
7
｡
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中 川 葉介
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22
月
位 置 決 め 制 御装置
伊藤清忠
,
,
,
特開
2 0 O3 3 3 i 54 3
-
,
2 00 2
年 蓬1 月 2 1 日 公 開
熱海武憲 : 位置 決 め 制 御 方法 と そ の 装置
,
特開
2 0 0 各 2 1 7 鎚 , 望8 0 4
時間
2 0 0 む2 8 0 98 2
7
沼 盛 業彦
,
,
中川 真 介
,
阿 部二 鮮
か林正人
,
:
位 置 決め 制 御 装置
,
,
2 0 O4
年
日公 開
熱海 武塞
沼 里英彦
,
:
磁 気 デ ィ ス ク 装 置. 特 閣 2 0 8
,
む3 5 $ 7 5 B
,
公開
比
年且
日公 開
熱海 武 喜
且0
9
:
熱 海 武憲
:
磁 気デ ィ ス タ装置
,
拷問 2 0 05
-
26 77 62
ま1 1
,
288 5
年9 月
29
日公 開
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月 16 日
解説 記 事
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,
電 気 学 会技 術 報 告 ｢
,
p p 36
.
ォ ロ イ ン
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,
ン
ル の 最 新 技 術+
.
河o
電 気学会技 術 報 告 ｢
p p 98 -1 0 1
,
.
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,
平 成 1 6 年塵 確 気学 会産 業計測簡静枝 術 萎 鼠 会 優秀論文賞
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