Design of Linear DC Motor Two-degree-of-freedom Positioning System using Model Reference type Sliding Mode Controller

モデル規範形SMCを用いたリニアDCモータ2自由度位置決めシステム設計法

One of fundamental problems in the factory automation is how to obtain linear motion. Linear motors produce directly the linear motion force without a motion-transform mechanism. Linear d.c. motors (LDMs) have excellent performance and controllability. However, the dynamics of small-sized LDMs is adversely affected by the dead-band due to the friction between brushes and commutators.In this paper, it is described that the design of the two-degree-of-freedom positioning system with a LDM using model reference type sliding mode controller (SMC). The proposed positioning system consists of a fixed gain feedforward controller and a SMC used as a feedback controller. The objective of the SMC is to repress the influence of nonlinear characteristics (the dead-band and parameter variations etc.). The tracking performance can be improved as the fixed gain feedforward controller makes a dynamic inverse system in the feedforward path. The effectiveness of the proposed system for improvement of the tracking performance is demonstrated by experimental results.

本論文では，摩擦の影響が応答特性に顕著に表れるリニアDCモータを対象とし，モデル規範形スライディングモードコントローラ(SMC)を用いた2自由度位置決めシステムの設計法について述べている．提案するシステムは，外乱抑圧を目的としたモデル規範形SMCと応答特性の改善を目的とする固定ゲインフィードフォワードコントローラによって構成されている．リニアモータの望ましい動特性を規範モデルとして与え，そのモデルの出力にリニアモータの出力位置が一致するように各コントローラの設計を行う．モデル規範形SMCの等価制御入力は，係数図法の一手法である真鍋多項式を用いた切換平面の設計を行うことにより導出する．フィードフォワードコントローラは，規範モデルの入力からリニアモータの出力位置までの伝達特性を規範モデルと一致するように設計する．外乱抑圧特性と位置決め特性については，供試リニアモータを用いた実験により検証している．

IEEJ Transactions on Industry Applications

電気学会論文誌D (産業応用部門誌)


Generation of Adaptive Gait Patterns for Quadruped Robot with CPG Network Including Motor Dynamic Model

This paper describes the generation of adaptive gait patterns using new Central Pattern Generators (CPGs) in- cluding motor dynamic models for a quadruped robot under various environments. The CPGs act as the flexible oscilla- tors of the joints and adjust joint angles to required values. The CPGs are interconnected with each other and sets of their coupling parameters are adjusted by a genetic algo- rithm so that the quadruped robot can realize stable and adequate gait patterns. Generation of gait patterns results in the formation of the CPG networks suitable for the forma- tion of not only a straight walking pattern but also of rotating gait patterns. Experimental results demonstrate that the proposed CPG networks are effective for the auto- matic adjustment of the adaptive gait patterns for the tested quadruped robot under various environments. Furthermore, the target tracking control based on image processing is achieved by combining the general gait patterns.

本論文では，4脚ロボットの自律的な適応歩行を実現するためには，紳経系ダイナミクスと機械系ダイナミクスの調和により周期的な動作を実現する必要があるという観点から，CPGの抑制性ニューロンを各関節位置サーボシステムで代替した新しいCPGモデルを提案している．提案するCPGモデルは内部に駆動モータの動特性を含むため，関節角が外乱の影響を受けた場合はその影響に応じて自律的にCPGの発振特性も変化する．このCPGを各関節に設けて相互結合することによってCPGネットワークを構成し，遺伝的アルゴリ ズムを適用して前進動作と左右旋回動作を実現するCPGネットワークのパラメータを最適化している．


Generation of Adaptive Gait Patterns for Quadruped Robot Using CPG Network

This paper describes the generation of adaptive gait patterns for a quadruped robot using central pattern generators (CPGs). A new CPG model, in which the dynamics of a joint servomotor is incorporated, is proposed and used to generate the periodical oscillation of the joint angleThe CPGs are mutually connected with each other through coupling parameters. The sets of coupling parameters are adjusted by a genetic algorithm (GA) so that the quadruped robot can realize stable and suitable gait patterns by interacting adaptively with the environment. Some experimental results obtained using a quadruped robot demonstrate that the proposed CPG network is effective in generating suitable gait patterns.

本論文は，Central Pattern Generator(CPG)を用いた4脚ロボットの適応的歩行パターン生成について述べている．各関節サーボモータのダイナミクスを含む新しいCPGモデルが提案され，それは関節角の周期的な発振を生成するために用いられている．また，各CPGは結合係数を解して相互に結合され，結合係数の組合せは，環境との適応的相互作用によって安定で適切な歩容を実現することができるよう遺伝的アルゴリズムにより調整される．試作4脚ロボットを用いた実験結果の幾つかは，提案するCPGネットワークが歩容の生成に有効であることを示している．


Generation of Adaptive Gait Patterns for Quadruped Robot with CPG Network including Motor Dynamic Model

モータ動特性を考慮したCPGネットワークによる4脚ロボットの歩行動作の生成

This paper describes the generation of adaptive gait patterns using new Central Pattern Generators (CPGs) including motor dynamic models for a quadruped robot under various environment. The CPGs act as the flexible oscillators of the joints and make the desired angle of the joints. The CPGs are mutually connected each other, and the sets of their coupling parameters are adjusted by genetic algorithm so that the quadruped robot can realize the stable and adequate gait patterns. As a result of generation, the suitable CPG networks for not only a walking straight gait pattern but also rotation gait patterns are obtained. Experimental results demonstrate that the proposed CPG networks are effective to automatically adjust the adaptive gait patterns for the tested quadruped robot under various environment. Furthermore, the target tracking control based on image processing is achieved by combining the generated gait patterns.

本論文は，4脚ロボットの自律的な適応歩行を実現するためには，紳経系ダイナミクスと機械系ダイナミクスの調和により周期的な動作を実現する必要があるという観点から，まず，CPGの抑制性ニューロンを各関節位置サーボシステムで代替した新しいCPGモデルを提案している．提案するCPGモデルは，内部に駆動モータの動特性を含むため，例えば，関節角が外乱の影響を受けた場合·その影響に応じて自律的にCPGの発振特性も変化する．次に，各関節に設けたCPGを相互結合してCPGネットワークを構成する．このとき，目的とする歩行動作を実現するためには，CPGの内部パラメータと相互結合係数を適切に調整する必要がある．ここでは，遺伝的アルゴリズム(GA)を適用し，歩行において基本的な動作である前進動作と左右旋回動作を実現するCPGネットワークのパラメータを最適化している．さらに，CPGネットワークのパラメータセットを外界環境に応じて切り替えることにより，転倒することなくスムーズな前進·左右旋回動作の遷移が実現できることを確認している．

IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems

電気学会論文誌C (電子，情報，システム部門誌)


Realization of Cooperative Behavior for Multiple Mobile Robots on Catching Problem

捕獲問題における群移動ロボットの協調行動の実現

In this paper, the realization of cooperative knowledge for a catching problem of multiple hunter robots and an escaping target is considered. To achieve successful catching, a pincer attack movement between two hunter robots is introduced as the basic cooperation strategy. The pincer attack movement of each hunter robot is described by the fuzzy rules. The fuzzy rules are tuned by genetic algorithm that the hunter robots can realize the pincer attack formation. Furthermore, the indirect approach is discussed in which the tuned fuzzy pincer attack rules are only applied to the nearest pair among the multiple hunter robots. Experimental and simulation results demonstrate that the suitable cooperative movement among the robots is realized and the proposed cooperation scheme is effective to the catching problem.

本論文では，協調行動が必要な群ロボットシステムの一例として，複数の捕獲ロボットによる逃避ターゲットの捕獲問題を取り上げている．まず，群捕獲ロボットにおいて協調の最小単位である2台の捕獲ロボットによる協調挟撃行動を捕獲行動の中から生成している．この行動は，if-then形式のファジィルールで記述され，捕獲行動を通じて遺伝的アルゴリズムにより調整される．次に，生成したファジィ挟撃ルールを3台以上の群捕獲ロボットシステムに適用する方法として，捕獲ロボットの検知範囲内にある最も近い捕獲ロボットとターゲットとの間にルールを適用し，群内の確保各ロボットをルールを介して間接的に関係づける協調捕獲行動について検討している．提案手法の有用性は実験とシミュレーションにより確認している．

電気学会論文誌C (電子，情報，システム部門誌)


Navigation of Autonomous Mobile Robot under Decision-making Strategy tuned by Genetic Algorithm

This paper describes a novel application of genetic algorithm for navigation of an autonomous mobile robot (AMR) under unknown environments. In the navigation system, the AMR is controlled by the decision-making block, which consists of neural network. To achieve both successful navigation to the goal and the suitable obstacle avoidance, the connection weights of the neural network and speed gains for predefined actions are encoded as genotypes and are tuned simultaneously by genetic algorithm so that the static and dynamic danger-degrees, the energy consumption and the distance and direction errors decrease during the navigation. Experimental results demonstrate the validity of the proposed navigation system.

本論文は，未知環境下における自律型移動ロボットのナビゲーションに対する遺伝的アルゴリズム(GA)の応用について述べている．ナビゲーションシステムにおいて，自律型移動ロボットは階層型ニューラルネットワーク(NN)で構成される状況判断ブロックにより制御される．目標到達制御および適切な障害物回避制御を達成するために，NNの重みと予め定義された行動の速度ゲインは遺伝子としてコーディングされ，静的危険度，動的危険度，エネルギー消費量，目標位置までの距離誤差と角度誤差を減少するように調整される．提案アルゴリズムの有用性は，試作ロボットを用いた実験により確認している．

IEEJ Transactions on Industry Applications


Tuning of Fuzzy Output Control Rules for Wind Power Generating System using Genetic Algorithm

遺伝的アルゴリズムを用いた風力発電システムにおけるファジィ出力制御ルールの調整

本論文は，バッテリーを負荷に持つ小規模の風力発電システムに対し，発電機の出力電圧を制御することによって，風エネルギーを効率良く電気エネルギーに変換する方法について述べている．提案する制御法は，計測した風速および風車回転速度をもとに，ファジィ推論を用いて最適な出力電圧を推論し制御する．また，風力発電システムの数学モデルを もとに．オフラインによりファジィ制御ルールを遺伝的アルゴリズムにより調整する．提案手法の有用性はシミュレーション解析により確認している．


A Design Method of Model Reference Type Sliding Mode Controller for Two-mass Servo System

二慣性速度サーボシステムに対するモデル規範型スライディングモードコントローラの一設計法

In this paper, we describe a model reference type sliding mode controller for a two-mass speed control system. The two-mass system consists of a dc motor, a load inertia, and an elastic shaft which connects between them. To design the conventional sliding mode controller for the two-mass system, the nominal parameters of the system are required. Although the nominal parameters of the motor side such as the dc power amplifier gain K, the motor inertia J1 and the torque constant Kt are easy to know, the load side parameters such as the load inertia J2 and the stiffness of the shaft Ke are unknown in advance and can not be used in the design. Therefore, the design method without using the load information is expected. In the paper, new design scheme of the sliding mode controller, in which a reference model and an adaptive mechanism are introduced, is proposed. Some experimental responses of the system under the proposed sliding mode control are measured. These result the compatibility of simplification of the design procedure and robustness for the friction, the modeling error and the disturbance.

本論文は，スライディングモードコントローラの等価制御入力をモデル規範型適応制御手法(MRACS)に基づいてオンラインチューニングする方法を提案している．また，状態方程式の形が既知で負荷側パラメータのノミナル値が未知である二慣性速度サーボシステムに対し，提案する制御手法が有効であることを示している．MRACS手法をスライディングモード制御に適用すると，設計者は等価制御入力に相当する線形コントローラのフィードバックゲインを設計する必要が無く，速応性や減衰特性の情報から，規範モデルを設計することができる．制御対象に対して規範モデルが適切に設計されれば，線形コントローラのゲインが最適にチューニングされ，かつコントローラのハイゲイン特性も維持されることが期待できる．提案する手法の有用性は，試作機を用いた速度制御実験より確認している．

電気学会論文誌D (産業応用部門誌)


State Estimation System of the Windmill using the Wavelet Transform

ウェーブレット変換を用いた風力発電機の状態推定システム


Calibration Method of Propeller Type Anemovane using Genetic Algorithm

遺伝的アルゴリズムを用いたプロペラ形風速風向計の校正法

本論文は，プロペラ形風速風向計を対象として，遺伝的アルゴリズムにより同定される逆モデルを導入した校正手法を提案している．逆モデルは風速計および風向計の干渉を考慮して構成したものであり，それらの各パラメータは遺伝子と見なしてコーディングされ，入力データと校正データとが一致するよう遺伝子操作により調整される．提案した校正手法の有効性を確認するために，ステップ状入力風に対する実測結果をもとに逆モデルを同定している．そして，同定した逆モデルを用いてステップ状風速風向に対する実測校正結果と模擬自然風に対するシミュレーション校正結果を求めている．それらの結果から，高精度に校正できることを示している．また，自然風に対する校正も行っており．妥当な校正結果を得ている．この校正法はプロペラ形風向風速計に限定されず，機械的可動部分により動特性が問題となる風速計全般にも適用可能であり，汎用性の高い校正法であると考えられる．


Simplified Model of Photovoltaic Modules Using Fuzzy Interpolation Considering Intensity of Solar Radiation and Temperature

照度·温度を考慮した太陽電池のファジィ補間による簡易モデル

The output power induced in the photovoltaic modules is influenced by intensity of irradiance and temperature of the solar modules. Therefore it is necessary to estimate the characteristics of PV modules precisely in order to construct a controller of model reference adaptive system and so on. This paper presents an approach to estimate the I=V curves of photovoltaic modules using fuzzy interpolation. The model is composed of data on short circuit current, open circuit voltage and voltage and current of maximum power point under conditions of several different temperatures and high level intensity of the sunshine. The courve fill factor of modules under the above-mentioned conditions can be used instead of maximum power point dates. The remarkable nonlinear curve between voltage and current of PV module is described by three approximating straightlines emplying fuzzy interpolation.

照度や温度によって出力か著しく変動する特性を持つ太陽電池に対し，ファジィ補間を用いて電圧一電流特性を推定する手法を提案している．提案手法は，比較的高い照度において2∼3の異なる温度における短終電流，開放電圧および最適動作電圧と電流が与えられると，3本の近似直線を数組用いて任意の動作点における出力特性を推定できる．最適動作電圧と電流の値が得られない場合は．曲線因子の値から最適動作点を求める方法を示している．また，この出力特性は最大出力付近で精度が良く，太陽電池の最大出力制御を行なうことを前提とすれば，その近傍では実用化に必要な精度の特性を得ている．この手法を用いて．モデル規範型適応制御など，高度の最大出力制御が期待できる．


Estimation of Piecewise-Linearized Torque Coefficient and Moment of Inertia of Windmill using Genetic Algorithm

遺伝的アルゴリズムを用いた風車トルク係数の区分線形近似と慣性モーメントの推定

In this paper, an estimation method of both torque coefficient and moment of inertia of the windmill by using genetic algorithm is proposed. Generally, the torque coefficient is dependent on the shape of the windmill and is represented as a nonlinear function of the tip speed ratio. To simulate the nonlinearity, the torque coefficient is split into the m areas with respect to the tip speed ratio and is approximated by a piecewise linear equation in each area. The gains of the piecewise linear equation in each area and the moment of inertia are regarded as the gene and adjusted by the genetic algorithm so that the estimated windmill speed and acceleration correspond to the actual values. The results demonstrate the effective of the proposed scheme for estimation of the windmill parameters.

本論文は，遺伝的アルゴリズムを用いて風車慣性モーメントの推定と同時に，風車トルク係数を区分線形化して推定する手法を提案している．ここでは，風車パラメータの推定問題を風車の動的入出力関係を満足させるための最適組み合わせ問題とみなしている．風車トルク係数は周速比に対して等分割され，各領域において線形近似している．各領域の近似式のパラメータと風車慣性モーメントを遺伝子としてコーディングし，GAにより，回転速度と回転加速度が実機の値と一致するように最適化している．提案手法の推定精度は区分領域数に依存するものの，任意の風車トルク係数を近似することができ，幅広い種類の風車に適用可能である．

IEEJ Transactions on Industry Applications

電気学会論文誌D (産業応用部門誌)


Swing up and Stability Control of Inverted Pendulum with Inertia Rotor under Energy Control and Sliding Mode Schemes

エネルギー法とスライディングモード制御法による慣性ロータを有する倒立振子の振り上げ·安定化制御

In this paper, we describe swing up and stability control of inverted pendulum with an inertia rotor. To realize the smooth swing up motion of the inverted pendulum, the energy method is introduced. Then, the speed of the inertia rotor is controlled so that the energy of the pendulum increases. When the pendulum is inverted, the control method is changed to the stability control with the sliding mode. The sliding mode controller is effective to stabilize the pendulum because the controller has robustness for the modeling error. The design of both swing up and stability controllers are shown. The responses of the pendulum using the both controllers are measured. Experimental results demonstrate that the proposed controllers have effectiveness and robustness.

本論文は，慣性ロータを有する倒立振子に対し，振り上げ制御にエネルギー法を，安定化制御にスライディングモード制御法を適用している．スライディングモードコントローラは，線形コントローラではモデル化誤差のため安定化に限界があるシステムに対しても．十分なロバスト性を有している．また，エネルギー法と組み合わせることにより，振り上 げ制御と安定化制御が可能であることを実測結果によって示し，提案する手法の有効性を提示している．

電気学会論文誌D (産業応用部門誌)


High-PerformancePositioning System with Linear DC Servo Motor under Self-tuning Fuzzy Control


Angle Control of Powered Ankle Orthosis Using Ultrasonic Motor

超音波モータを用いた短下肢装具の足首角制御

An ankle orthosis is prescribed for the persons who have the movement disorders caused by the paralyzed ankle. The most important purpose of the ankle orthosis is to support the gait by keeping the toe clearance. However, the conventional ankle orthosis with fixed joint restricts the motion of ankle because the ankle orthosis has no actuators. Therefore, the flexible and powered ankle orthosis is required to realize smooth walking. In this paper, a powered ankle orthosis with a progressive wave type ultrasonic motor (PUM) is proposed. To achieve smooth walking, a fuzzy reference generator and a fuzzy feedforward controller are introduced. The objective of the fuzzy reference generator is to estimate the appropriate ankle motion, which is obtained from the walking experiments for a person without handicap.The fuzzy feedforward controller is used to improve the tracking performance of the ankle positioning system. The effectiveness of the proposed ankle orthosis is demonstrated by experiments.

本論文は，足首角度の制御に超音波モータを用いた動力化短下肢装具とその制御法を提案している．歩行状態に応じて足首関節を制御するには，歩行状態を示すパラメータと足首関節角との関係を把握する必要がある．しかし，その関係が明確になっているわけではなく個人差もある．そこで，これらの関係を捉え，装具に取り付けたセンサより適切な足首関節角を求めるフアジイ推論システムおよび自己調整型フアジイコントローラを用いた位置サーボシステムを組み合わせた装具システムを提案し，実際に製作している．そして，実験により提案システムの有効性について述べている．

Transactions of the Institute of Systems, Control and Information Engineers

システム制御情報学会論文誌


Generation of Suitable Jumping Motion Pattern for Hopping Robot under Genetic Algorithm

遺伝的アルゴリズムを用いた一次元ホッピングロボットの最適跳躍パターン生成

In this paper, an application of genetic algorithm for generation of jumping motion pattern of a hopping robot is described. The parameters of a central pattern generator are regarded as genes and tuned by the genetic algorithm so that the robot car, jump to the reference height continuously with the minimum drive current. To realize online tuning of the parameters, new genetic operations such as a few individuals, rapidestimation, instant selection and intentional mutation are introduced. Experimental and simulation results demonstrate that the proposed scheme is effective to generate the suitable jumping motion pattern of the hopping robot.

本論文は，遺伝的アルゴリズム(GA)を用いた一次元ホッピングロポットの最適跳躍パターンの生成について検討している．ここで，最適跳躍パターンとは目標跳躍高さまで最小の駆動トルクで跳躍することである．提案システムは，ロボットの跳躍高さ，跳躍速度，跳躍加速度に対するフィードバックコントローラとして機能するCPGにより，最適な跳躍パターンを生成する．CPGで発生する跳躍パターンは，アクチュエータヘの電流指令として与えられ，ホッピングロポットを最小トルクで目標高さまで連続跳躍させる．CPGのゲインは遺伝子とみなされ，跳躍ごとの跳躍誤差と駆動電流面積を最小とするようGAによって調整される．提案したアルゴリズムを用いて試作ホッピングロポットの跳躍特性を実測した結果とシミュレーション結果から，提案したアルゴリズムの有用性を示している．

IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems

電気学会論文誌C (電子，情報，システム部門誌)


Disturbance Suppression of Two-mass Positioning System with Small Inertia Ratio under Two-degree of Freedom Controller

二自由度制御手法を用いた慣性比の小さい二慣性位置決めシステムの外乱抑圧特性

One fundamental problem in two-mass positioning systems is suppression of disturbance inputs, which are applied to the motor and the outputshaft. For example. a poor suppression results in degradation of positioning performances. In this paper, two-degree of freedom control for a two-mass positioning system with small inertia ratio is described. The control system consists of a state feedback controller (SFC), a sliding mode regulator (SMR) and an adaptive feedforward controller (AFC). The objective of the SFC is to suppress the vibration for the reference input and the step disturbance to the output shaft. The SMR is used to restrain the influence of the disturbance to the motor. The parameters of the AFC are adjusted by an adaptation law so that the tracking error converges to zero. The responses of the proposed positioning system for some disturbance inputs are measured. The experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed system.

本論文は，減速ギヤにより見かけの慣性比が小さく，負荷慣性モーメントとバネ定数が未知の二慣性システムを制御対象とし，状態フィードバックコントローラ(SFC)，スライディングモードレギュレータ(SMR)からなるフイードバックシステムに，アダプティブフイードフォワードコントローラ(AFC)を付加した二自由度制御システムを提案している．SFCの目的は，二慣性システムの制振とステップ状出力軸外乱入力の影響を抑えることである．また，AFCの目的は目標追従特性の改善と，出力位置，速度及び加速度など状態に依存する出力軸外乱の影響を軽減することである．さらにSMRは，駆動モータ軸外乱あるいは，モータのクーロン摩擦トルクや不感帯の影響を抑圧する役割を担う．試作したシステムを用いて規範入力追従特性や種々の外乱入力に対する応答特性を実測し，提案システムの有用性を確認している．

電気学会論文誌C (電子，情報，システム部門誌)


Generation of jumping motion pattern for a hopping robot using genetic algorithm

This paper describes an application of genetic algorithm to generate a jumping motion pattern for a hopping robot. A central pattern generator is used to generate the motion pattern. The tuning parameters of the central pattern generator are regarded as genes and adjusted by the genetic algorithm, so that the hoplSing robot can jump continuously to the reference height with the minimum force. To realize online tuning of the parameters, new genetic operations such as few individuals, quick estimation, instant selection, and intentional mutation are introduced. The experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed scheme.

本論文は，ホッピングロボットに対する跳躍動作パターン生成のための遺伝的アルゴリズム(GA)の応用について述べている．Central Pattern Generator(CPG)は，動作パターン生成のために用いられている．そして，CPGのパラメータは遺伝子としてコーディングされ，ホッピングロボットが最小の力を使って目標跳躍高さで連続跳躍するようにGAによって最適化される．CPGパラメータのオンラインチューニングを実現するために，少ない個体，瞬時淘汰，意図的突然変異などの遺伝的操作を導入している．提案手法は，試作機を用いた実験結果から有用であることが示されている．


Autonomous Mobile Robot Based on Behavior Decision Skill and Control Skill of the Operator

This paper introduces a human skill base control algorithm using artificial neural networks and fuzzy reasoning for an autonomous mobile robot. Neural networks are used to select a suitable motion control pattern in actual environments. The back propagation algorithm adjusts the weights of the neural networks so that the selected motion control pattern corresponds to the action, which is obtained by the operators behavior decision skill. To realize the selected motion control pattern, the orientation angle and the speed of the mobile robot are determined by fuzzy reasoning in which fuzzy rules are also automatically tuned so as to simulate the operators control skill. We have implemented and tested the proposed control algorithm on an autonomous mobile robot and some experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed control algorithm for the autonomous mobile robot.

本論文は，自律型移動ロボットのためのニューラルネットワーク(NN)とファジィ推論を用いた人間のスキルに基づく制御アルゴリズムを提案している．NNは，実際の環境において適切な行動パターンを選択するために用いられ，その重み係数はNNにより選択された行動パターンとオペレータが実際に選択した行動パターンが一致するようにバックプロパゲーションアルゴリズムにより調整される．また，選択された行動パターンを実現するために，自律型移動ロボットの操舵角と速度は，オペレータの制御スキルを模擬するようにチューニングされたファジィルールに基づいて決定される．提案システムの有用性を確認するために，試作自律型移動ロボットに制御アルゴリズムを実装した．その結果，良好なナビゲーションが実現できることを確認している．


Generation of Jumping Motion Pattern for Hopping Robot with CPG Model under Genetic Algorithm

遺伝的アルゴリズムを用いたCPGによる一次元ホッピングロボットの跳躍制御

本論文では，非線形連立微分方程式で表されるCPG(Central Pattern Generator)モデルの各パラメータを遺伝的アルゴリズム(GA)を用いて調整する，生物の運動パターン生成機能のモデル化手法を提案している．非線形連立微分方程式で表されるCPGモデルのパラメータと，モータを一方向のみに回転させるためにCPG出力に加えるバイアスのゲインは遺伝子とみなされ，一次元ホッピングロボットの跳躍ごとの目標跳躍高さとの跳躍誤差が零収束するよう，意図的突然変異，瞬時淘汰，選択，交叉などの遺伝的操作によって調整される．提案しているアルゴリズムを用いて試作一次元ホッピングロボットの跳躍特性をシミュレーションした結果，一次元ホッピングロボットを目標跳躍高さで連続跳躍させるためのCPGゲインをGAを用いてオンラインで調整できることが確認できた．また，目標跳躍高さの変化に対しても，提案したアルゴリズムにより適切な跳躍パターンが得られることを確認している．

Bulletin of Faculty of Engineering, The University of Tokushima


Two-degree-of-freedom Servo System with Ultrasonic Motor by Frequency and Phase Fuzzy Hybrid Control

周波数および位相差ファジィハイブリッド制御による超音波モータ二自由度位置サーボシステム

In this paper, a two-degree-of freedom control system with fuzzy controllers for the progressive wave type ultrasonic motor (PUM) is proposed. The system consists of a fuzzy feedforward controller (FFC) and a fuzzy disturbance observer (FDO). The FFC adjusts both the driving frequency and the phase, of which objective is to improve the tracking performances. The frequency and the phase control rules of the FFC are tuned so that the tracking error converges to zero. After tuning process is completed, the fuzzy rules which represent the equivalent dynamic inverse are obtained in the FFC. The tuned fuzzy rules of the FFC are copied and used to estimate the applied disturbance in the FDO. The responses of the proposed positioning system for the desired output and the disturbance are measured. Experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed system for improvement of the tracking performances and suppression of the disturbance input.

本論文は，良好な追従特性と充分な外乱抑圧特性を両立する超音波モータ位置サーボシステムとして，PIフィードバックループに周波数ファジィコントローラと位相差ファジィコントローラをフィードフォワード接続したファジィフィードフォワードコントローラ(FFC)とファジィ外乱オブザーバ(FDO)を用いた二自由度位置サーボシステムを提案している．FFCは周波数と位相差を操作量とする二つの自己調整ファジィコントローラからなり，一方のコントローラの出力を他方の入力とすることにより，操作量の適切な組み合わせが実現できる．FDOは，FFCで調整されたルールを直接用いることで外乱を推定する．提案システムの有用性は，試作システムを用いた実測結果から確認している．

電気学会論文誌C (電子，情報，システム部門誌)


Parameter Estimation of Propeller Type Windmill using Genetic Algorithm

遺伝的アルゴリズムを用いたプロペラ形風車パラメータの推定

本論文は，遺伝的アルゴリズム(GA)を用いてプロペラ型風車の風車トルク係数と風車慣性モーメントを同時に推定する手法を提案している．ここでは，風車パラメータの推定問題を風車の動的入出力関係を満足させるための最適組合せ問題と見なし，風車トルク係数を周速比の2次式で近似することによって，そのパラメータをGAにより探索している．提案する推定手法の有用性を確認するために，2つの異なるプロペラ形風車のパラメータ推定を行った結果，ほぼ真値を推定できることをシミュレーション解析により確認している．


Modeling and Generation of Reference Pattern for an Overhead Traveling Crane Using Genetic Algorithm

GAを用いた天井型クレーンのパラメータ推定と制振規範パターンの生成

The Transactions of The Institute of Electrical Engineers of Japan


Practical Fuzzy Modeling of Aerial Working Platform

高所作業車の実用的ファジィモデリング

One of fundamental problems in design of construction machines is to make a practical model which represents the relation between input and output signals. For an example, an excellent model is useful for designing superior controllers which result in automation and simplification of operations. However, it is difficult to make a detailed mathematical model for construction machines because of nonlinear characteristics of hydraulic actuators and its complicated mechanical structures. In this paper, a fuzzy model for an aerial working platform is described. The fuzzy model in each driving axis is based on fuzzy rules and approximated dynamic models which are measured in advance under different operating conditions. The fuzzy rules represent not only the static nonlinear characteristics of actuator but also the effect of the approximated dynamic models on the output under the different operating conditions, and are automatically adjusted by a tuning law so that modeling error decreases. The effectiveness of the proposed fuzzy model is demonstrated by experimental results.

本論文は，高所作業車のブーム伸縮·起伏軸の入出力実測結果から，高木·菅野のファジィモデルを推定するためのファジィルールの自動的調整法について検討している．導出されたファジィモデルは，各駆動軸の非線形性や姿勢変化に伴う動特性の変化を考慮した実用的なモデルであり，入力の大きさやブームの長短，ブーム起伏角の高低といった機械姿勢に応じて適切にゲイン調整されるため，油圧アクチュエータや機械構造物の非線形性および駆動軸間の干渉を含め模擬できている．また，提案しているファジィモデルの推論ルールは，実測した入出力データのみから自動的に調整されるため，設計者による反復的な調整が不要であり，実用的である．

Transactions of the Institute of Systems, Control and Information Engineers

システム制御情報学会論文誌


Autonomous Mobile Robot based on Behavior Decision Skill and Control Skill of Operator

人間の状況判断機能と操縦スキルを模擬した自律型移動ロボットの走行制御

In this paper, an application of neural networks and fuzzy rules for an autonomous mobile robot is de- scribed. The neural networks are used to select a suitable action from tracking and avoidance actions under operating environment and are adjusted by the back propagation algorithm so that the selected action cor- responds to the action obtained by operator's decision skill. To realize the selected action, the steering angle and the speed are determined by using the fuzzy rules which are also automatically tuned so as to simulate the operator's control skill. Experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed scheme for tracking and avoidance motions of the autonomous mobile robot.

本論文は，人間の思考，感覚，運動の階層性から，人間のスキルは上位の状況判断スキルと下位の行動制御スキルにより実現されていると考え，自律型移動ロボットの走行に必要な状況判断機能と繰縦スキルをニューロ/フアジイ複合システムにより獲得する手法を提案している．NNとファジィ制御の特徴から，入出力(センサ情報-状況判断)間の因果関係が定性的かつ感覚的であり，明確な記述が難しい人間の状況判断槻能はNNの学習により獲得し，操縦スキルはその制御知識を言語的にルール表現しやすいことからファジィ制御を適用している．提案システムの有用性は，試作した自律型移動ロボットを用いて実験により確認している．

IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems

電気学会論文誌C (電子，情報，システム部門誌)


An Application of Genetic Algorithm for Parameter Estimation in Hodgkin-Huxley Equation under Anesthetizing

遺伝的アルゴリズムを用いた麻酔投与時におけるHodgkin-Huxley方程式のパラメータ推定

In this paper, an application of genetic algorithm for parameters estimation in Hodgkin-Huxley equa- tion under anesthetizing. To achieve adequate estimation, five indexes which characterize action potential waveforms are introduced. The set of parameters are regarded as a chromosome of gene and are tuned by the genetic algorithm so that the calculated indexes are correspond to the measured indexes. By using the estimated parameters, the effect of consistency of anesthesia and elapsed time on the ion currents are discussed.

本論文は，麻酔投与時の活動電位の減衰過程を考察するために，遺伝的アルゴリズム(GA)を用いてHodgkin-Huxley方程式の速度定数パラメータを推定する手法を提案している．ここでは，Hodgkin-Huxley方程式内の推定パラメータとして，速度定数内の6つの変数と膜電流を遺伝子とみなし，遺伝子操作により最適なパラメータ値を推定する．GAを用いた最適解探索により，解空間内での大域的探索が可能となり，探索結果を用いて速度定数に及ぼす麻酔の影響を考察している．

電気学会論文誌C (電子，情報，システム部門誌)


High accuracy positioning system with ultrasonic motor using frequency and phase neural networks

周波数および位相差ニューラルネットワークを用いた超音波モータ位置サーボシステムの高精度化

In this paper, an application of neural networks for a high tracking performance positioning system with a progressive wave type ultrasonic motor is described. The system consists of a constant gain feedback controller and two neural networks. The nusral networks act as feedforward controllers and control the drive frequency and phase for the ultrasonic motor. To achieve high tracking performances, interaction between two neural networks in introduced. The weights of the neural networks are adjusted by backpropagation algorithm so that the tracking error converge to zero. Experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed control scheme for improvement of tracking performances.

本論文は，超音波モータの非線形性や特性変動を補償し，良好な規範入力追従特性と高精度な位置決めシステムを構築するために，駆動周波数制御と位相差制御を組み合わせた新しい制御手法を提案している．提案する制御手法は，駆動周波数ニューラルネットワーク(FNN)と位相差ニューラルネットワーク(PNN)を組み合わせ，追従誤差を零収束させるようにFNNとPNNを同時に調整する位置サーボシステムである．提案システムの有効性は，試作システムを用いた実測結果を基に示されている．


Manipulator System with Ultrasonic Motors Based on Expert Skill

熟練者のスキルに基づく超音波モータ駆動多関節マニピュレータシステム

This paper describes a manipulator system with ultrasonic motors controlled by expert skill. To obtain the skill for grinding task, the manipulator system is operated by the expert, and the experimental data are measured. The skill is represented as fuzzy rules which are adjusted by a tuning algorithm so that the reasoning data agree with the measured data. After tuning process, the manipulator system is controlled by the tuned fuzzy rules. Experimental results demonstrate the validity of the proposed manipulator system.

本論文は，熟練者が試作システムを用いて研磨作業を行った時に得られる作業データから，多段の自己調整フアジイ推論器により熟練者のスキルを獲得するシステムを提案している．ファジィ推論器の推論ルールは，鎌野らが提案している自己調整ファジィ推論アルゴリズムにより自動的に構築し，熟練者のスキルを獲得している．提案手法の有用性を確認するために，獲得したファジィ推論ルールを用いて実際にロボットマニピュレータに研磨作業を行わせ，その作業結果を考察している．


Fuzzy Prediction System for Wind Speed and Wind Direction in Typhoon Area using Real-time Data

ファジィ推論とリアルタイム観測データを用いた台風接近時の風速風向予測システム

This paper describes the use of a self-tuning fuzzy prediction algorithm for wind speed and wind direction in typhoon area. The wind speed and wind direction have been measuredby an anemovane on the top of a power-transmission tower. First, the fuzzy prediction rules are adjusted by a tling algorithm so that the estimated data agree with the measured data for the past typhoon. After tuning process is completed, the wind speed and wind direction for a different typhoon are predicted by using the tuned fuzzy rules and the current data. Simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed system.

本論文は，現時点における風速および風向データと台風の位置データを用いて，ファジィ推論により台風接近時の風速·風向を予測するシステムを提案し，その有用性をシミュレーション解析により確かめている．ファジィ推論は，if-then-形式で記述される言語的ルールを知識ベースとして推論結果を得る．まず，ファジィ推論を風速·風向予測に適用するために，過去の台風接近時の風速·風向データと台風の位置データに基づく予測ルールのチューニング法について検討している．この予測ルールは観測地点の地形や地表面粗度の影響を暗に含んだものとなっていると考えられる．次に，チューニングされた予測ルールを用いて異なる台風接近時の風速·風向予測を行っている．


Application of Genetic Algorithm for Two-degree-of-freedom Positioning System with Ultrasonic Motor

超音波モータ二自由度位置決めシステムへの遺伝的アルゴリズムの適用

This paper describes an optimizing method of a nonlinear auto-tuning controller (NATC) using on-line genetic algorithm (GA). The method can realize to restrain the work of designers and high speed optimization by using genetic operators such as selection, crossover and mutation. To ensure the validity of the proposed method, we consider the two-degree-of-freedom positioning system with a progressive wave type ultrasonic motor (PUM). The proposed positioning system uses two controllers, one is an adaptive feedforward controller (AFC) which improves the tracking performance for the reference input, and the other is the NATC of which the object is to restrain the equivalent nonlinear disturbance input. The NATC is adjusted by the proposed optimizing method based on on-line GA so that the tracking error signal converge to zero. Some results demonstrate the effectiveness of the proposed positioning system for improvement of the tracking performance.

本論文は，遺伝的アルゴリズム(GA)を用いて，非線形オートチューニングコントローラ(NATC)内部の非線形関数をオンラインで最適化する方法を提案している．また，従来システムをより簡単化する目的で，アダプティブ·フィードフォワードコントローラ(AFC)とNATCを併用したハイブリッドコントローラを用いてフィードフォワード型二自由度位置決めシステムを構成し，調節すべきパラメータ数の大幅な低減と位置決め精度の向上を実現している．提案する手法の有用性を確認するために，進行波型超音波モータ駆動垂直2関節ロボットマニピュレータの位置決めシステムに適用し実験を行っている．


Reduction method of control rules in self-tuning fuzzy controller for positioning system of electro-hydraulic servo system

電気油圧サーボ系における自己調整ファジィコントローラのルール数低減化法

In this paper, the application of a self-tuning fuzzy control method for electro-hydraulic servo systems is described. As is well known, fuzzy controllers have the ability to control a system in uncertain or un- known environments. However, the control performance depends on the fuzzy rules. Therefore, suitable control rules are required. A self-tuning fuzzy controller (STFC) , in which the fuzzy rules for the combi- nation of all input signals are automatically adjusted by the tracking error, has been proposed . Although the STFC is effective for improving the tracking performance, it requires many control rules. To reduce the number of fuzzy rules, the ring- and separate-type STFCs are proposed. In the ring-type STFC, the fuzzy rules are described as a combination of two input signals. The fuzzy rules in the separate-type STFC are used to adjust the gain of each input signal. The effectiveness of the proposed fuzzy controllers for improving the tracking performance is demonstrated by an experiment of boom telescoping axis of an aerial working platform.

本論文は，実用化を前提とし，さらなる自己調整ファジィコントローラ(STFC)の制御ルール数低減化法について検討している．制御ルールの低減化法としては，入力信号毎にそれぞれ独立した制御ルールを設定するセパレート方式を提案し，従来から提案されている入力信号のすべての組み合わせを考えて制御ルールを構成するクロス方式，予め入力信号を2組のペアとして制御ルールを構成するリング方式と比較検討している．そして，高所作業車に適用した場合の実測結果から，提案した低減化法の有用性を確認している．

Journal of the Japan Hydraulics & Pneumatics Society


High Precision Complex Operations of Aerial Working Platform under Self-Tuning Fuzzy Control

ファジィ制御による高所作業車の高精度複合動作

In general, it is difficult to operate construction machines because of nonlinear characteristics of hydraulic actuators and its complicated mechanical structures. Therefore, automation and simplification of the construction machines are very important from the view poinot of reducing the operators load. In this paper, an application of self-tuning fuzzy control scheme for complex operation of an aerial working platform is described. The self-tuning fuzzy controller acts as a feedfoward controller in each driving axis to improve the tracking performances. Furthermore, a cooperative controller is introduced to achieve high accuracy vertical and horizontal movements. The fuzzy rules are adjusted by a tuning law so that both tracking error in each axis and cooperation error are reduced. The effectiveness of the proposed control system for improvement of tracking performance and accurate vertical and horizontal movement is demonstrated by experiment.

本論文は，実用化を前提とした多軸油圧サーボシステムの複合動作について検討している．提案するシステムは，従来の固定ゲインフィードバック制御システムに追従特性および複合動作特性を改善するための簡略化した自己調整ファジィコントローラ(STFC)を付加している．各駆動軸のSTFCは，油圧アクチュエータ固有の非線形特性を補償するとともに，軸間の特性差をも補償することで追従特性，複合動作特性を著しく改善する．また，ファジィ制御ルールは自動的に調整されるため，実機毎の制御ルールのチューニングが著しく簡略化でき，調整工数の削減が期待できる．複合動作として高所作業車の作業台の垂直移動および水平移動に適用した場合の応答特性を実測し，その結果から，提案したシステムの有用性を確認している．

電気学会論文誌C (電子，情報，システム部門誌)


Structure of Fuzzy Two-Degree-of Freedom Positioning Systems

ファジィ二自由度位置決めシステムの構成法

In this paper, two types of fuzzy two-degree-of-freedom positioning systems are considered. One is a system which consists of a self- tuning fuzzy feedforward controller (STFC) and a fixed rules fuzzy feedback controller (FBC). The control rules of the STFC are automatically adjusted by a tuning law, the objective of which is to make an equivalent dynamic inverse of a nonlinear plant after tuning. The rules of the FBC are tuned in advance so that the FBC acts as a high gain feedback controller to restrain the effect of disturbance input. The other consists of the STFC and a fuzzy disturbance observer (FDO). The same rules of the STFC which provide the equivalent dynamic inverse are used in the FDO to estimate the disturbance input. To ensure the validity of the proposed systems, the responses of a positioning system with a progressiv weave type ultrasonic motor (PUM) are measured. Experimental results demonstrate the effectiveness of the systems for improvement of the tracking performances and robustness.

本論文は，2つのタイプのファジィ2自由度制御システムについて検討している．提案する両システムの制御ルールは調整則により自動的にチューニングされる点に特徴がある．その構成は，両システムともにフィードフォワードコントローラとして，自己調整ファジィフィードフォワードコントローラ(STFC)を設けている．STFCの目的は，規範入力追従特性の改善であり，追従誤差信号を零収束させるよう制御ルールの後件部が自動的に調整される．また，十分な外乱抑圧特性を得るためのファジィコントローラの設計に関して，異なる2つのアプローチで検討している．一つは，追従誤差信号とその変化分を用いてハイゲイン指向のファジィフィードバックコントローラ(FBC)を設計する方法である．もう一つのアプローチは，制御対象の入出力関係から外乱入力を抑圧するためのファジィ外乱オブザーバ(FDO)を設計する方法である．提案システムの有用性を確認するために，非線形性の強い制御対象として進行波形超音波モータ駆動ロボットアームの位置決めシステムに適用し，応答特性の実測結果から両システムの規範入力追従特性と外乱抑圧特性について比較検討している．

IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems

電気学会論文誌C (電子，情報，システム部門誌)


Correction of LSS Location Error under Fuzzy Reasoning Method

ファジィ推論を用いたLLS標定精度の向上対策

In this paper, a correction method of LLS (Lightning Location System) location error under fuzzy reasoning is proposed. LLS is a useful tool to inform lightning location to the dispatchers of Power System. However it has not enough accuracy of lightning location because of the direction error of antennas, the propagation error of radio wave, the disturbance of radiation from near structures and the random noise. In particular, the disturbance of radiation from near structures has serious influence on the accuracy of lightning location. To restrain the disturbance of radiation and to correct the location error, a fuzzy reasoning scheme is introduced. The fuzzy rules are automatically adjusted by a tuning law so that the location error between the actual lightning location and the LLS detecting location converges to zero. Simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed fuzzy correction method for improvement of the accuracy of LLS.

本論文は，落雷位置標定システム(LLS)の距離誤差を直接補正できるようにファジィ推論の導入を試みている．一般に，フアジイ推論は予め記述された複数の条件命題(推論ルール)と事実から推論結果を導く．したがって，良好な推論結果を得るためには，適切な推論ルールが必要となる．しかしながら，LLSが標定した落雷座標を校正するための推論ルールは落雷時に雷放電から発生する電磁波の到来方向を検知する各アンテナ(DF局)の設置状況に依存するため，予め設定することは困難である．そこで，過去の送電事故などで判明した落雷地点の座標とLLSが標定した落雷座標から標定誤差を算定し，それを零収束させるよう推論ルールの後件部を自動的にチューニングする手法を提案している．そして，チューニング後の推論ルールを用いて落雷位置の標定を行った結果，標定誤差が大幅に改善されることを確かめている．

電気学会論文誌B (電力・エネルギー部門誌)


イカ巨大神経軸索内かん流における局所麻酔薬リドカインの伝動麻酔作用に及ぼすpHの影響

イカ巨大神経軸索内かん流法により局所麻酔薬リドカインの伝導麻酔作用を種々のpHで検討した．pH 7ではリドカイン濃度15 mMで活動電位の伝導遮断が起こるが，pH 9では7 mM以上で常に伝導遮断を起こす．解離型リドカイン(陽イオン型)よりも非解離型の方がより容易に細胞膜に作用することが実証された．


Robust Synchronization of Multiple Motion COntrol Axes using Disturbance Observers

外乱オブザーバを用いた多軸ロバスト同期システム

本論文では,外乱オブザーバを用いた多軸ロバスト同期システムについて検討している．同システムは，同期化コントローラによりカッブリングされた動特性の異なる複数の駆動軸のロバスト性を向上させることにより，高速な同期化を実現している．同期化コントローラでカップリングされた多軸システムに及ぽす外乱入力の影響は，各軸のロバスト性に影響を与える同相外乱応答と，各軸間の同期化特性を劣化させる逆相外乱応答に分けられる．提案した外乱オブザーバは，これらの同相および逆相外乱の影響を十分に抑圧するよう設計されている．直流サーボモータを用いて試作した4軸システムの実測結果から，各駆動軸のロバスト性は著しく向上し，外乱入力ばかりでなくモデル化誤差をも等価外乱とみなして抑圧できることを確認している．その効果は，フィルタの時定数を小さくするほど効果的である．また，逆相外乱オブザーバのフィルタ時定数を同相外乱オブザーバのそれよりも小さく設定すると同期化特性が優先されるため，より高速の同期化が可能であることも確認している．さらに，各軸の動特性は両オブザーバによりモデルの動特性により固定されるので，追従特性を改善するためには逆モデルを用いたフィードフォワード制御が有効であることも確認している．以上の結果から，提案した多軸ロバスト同期システムは，各軸の十分なロバスト性と高速な同期化特性を必要とする分野に有用であると思われる．

Bulletin of Faculty of Engineering, The University of Tokushima


Simple Structure Multilevel Inverter useful for AC Motor Drives

Transactions of Electric Machines and Power Systems


Feedforward Control under Genetic Algorithm for Nonlinear Servo System

遺伝的アルゴリズムに基づく非線形サーボシステムのフィードフォワード制御

In this paper, an application of genetic algorithm for on-line tuning of a feedforward controller in nonlinear servo systems is described. The parameters in the feedforward controller are regarded as genes and tuned by a genetic algorithm so that the tracking error converges to zero. To achieve high speed tuning, new genetic operations such as a few individuals, quick estimation, instant selection and intentional mutation are introduced. After the tuning process is completed, the nonlinear characteristic of the plant is linearized and an equivalent dynamic inverse is made in the feedforward path. The experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed feedforward controller for improvement of tracking performance of the nonlinear speed servo systems.

本論文は，非線形サーボシステムに対するフィードフォワードコントローラのGAによるチューニング法について検討し，オンラインチューニングに適した新しいGAを提案している．対象とするプラントは，入力にのみ依存する静的非線形要素と線形動的要素で表されるが，それらの特性はいずれも未知と仮定している．フィードフォワードコントローラは，プラントを線形化するための非線形補備要素と線形動的要素の逆システムとなる線形補償要素から構成される．フィードフォワードコントローラの各パラメータは遺伝子とみなされ，追従誤差信号を零収束させるようGAにより調整される．各パラメータのオンライン調整を可能にするために，提案するGAでは，極端に少ない個体数，突然変異した個体を瞬時に評価·淘汰する瞬時淘汰，積極的に突然変異の確率，符号および変異幅を制御する意図的突然変異を特徴としている．調整が終了した段階でプラントは線形化され，その逆システムがフイードフォワードパス内に構成される．直流サーボモータをアクチュエータとする非線形サーボシステムを試作し，その実測結果から，システムの追従特性に対する提案するフィードフォワードコントローラの有用性を確認している．

Transactions of the Institute of Systems, Control and Information Engineers

システム制御情報学会論文誌


A Simple Thunderbolt Prediction System under Fuzzy Reasoning Method

ファジィ推論を用いた簡易雷移動予測システム

In this paper, a simple thunderbolt prediction system under fuzzy reasoning scheme is proposed. To predict the lightning location, Shikoku island and its environs are divided into a hundred areas, and the thunderbolt location and the rainfall in each area are measured by a LLS (lightning location system) and a weather radar respectively. In the proposed system, the measured thunderbolt data, its changed data and the rainfall data in each area are used as the input data to the antecedentpart of the fuzzy reasoning rules, and the lightning locations after thirty minutes are inferred. To achieve high accuracy prediction, the fuzzy reasoning rules are tuned by a learning law so that the prediction results match the past thunderbolt data. The learning algorithmis described in detail. By using the tuned rules, the thunderbolt locations for another day are predicted. These results demonstrate the possibility of propoesed system for prediction of the thunderbolt locations.

本論文は，落蕾データの他に落雷データの変化量と降雨データを用いて，ファジィ推論により雷移動予測を行うシステムを提案し，その有用性をシミュレーションにより確かめている．一般に，フアジイ理論はif-then形式で記述された言語的ルールを知識ベースとして推論結果を得る．ファジィ推論を雷移動予測に適用するために，まず，四国周辺を100の地域に分割し，各地域の過去の落雷データとその変化量および降雨データから予測ルールを確立する学習法について検討している．得られた予測ルールには地形などの影響が過去の落雷データおよび降雨データとして暗に含まれるため，予測ルールは各地域ごとに異なるものとなる．次に，学習した予測ルールに基づき，ファジィ推論により各地域の30分後の落雷数を求めている．

電気学会論文誌B (電力・エネルギー部門誌)


非線形オートチューニングコントローラを用いた超音波モータ位置決めシステム

非線形オートチューニングコントローラを用いた超音波モータ位置決めシステム

This paper describes the use of a nonlinear auto-tuning controller for high accuracy motion control with a progressive wave type ultrasonic motor. The nonlinear auto-tuning controller consists of six different nonlinear functions and tuning parameters, the objective of which is to improve both the tracking performance for any desired output and the robustness for disturbance inputs. The parameters are adjusted by a tuning algorithm so that the actual output can follow the desired output. After tuning process is completed, the equivalent dynamic inverse of the motor is made in the feedforward path, and the suitable feedback gain is obtained. The responses of a two-links robot manipulator driven by the progressive wave type ultrasonic motor under the nonlinear auto-tuning control are measured. The experimental results demonstrate the effectiveness of the nonlinear auto-tuning controller for improvement of tracking performance.

本論文は，ファジィ制御手法やニューラルネットワーク手法に比較して可調節パラメータ数が少なく，非線形制御対象に対しても適用可能な非線形オートチューニングコントローラ(NATC)を提案している．提案したNATCは，1985年にB．Widrawにより提案されたAdalineを拡張したものである．そのNATCをフィードフォワードコントローラおよびフィードバックコントローラとする超音波モータ位置決めシステムを用いた小型垂直2関節形マニピュレータを試作し，その位置決め実験から提案するシステムの有用性を確認している．


An Improved Voltage Vector Control Method for Neutral-Point-Clamped Inverters


PWM Control Method for NPC Inverters with Very Small DC-Link Capacitors

The Transactions of The Institute of Electrical Engineers of Japan


Neutral-Point-Clamped Inverter with Improved Voltage Waveform and Control Range

IEEE Transactions on Industrial Electronics


PWM Control Method for a Four-Level Inverter

IEE Proceedings - Electric Power Applications


High Speed Synchronization of Multiple Motion Axes with Nonlinearity under Neuro Servo Control

ニューロサーボコントローラを用いた非線形多軸システムの高速同期制御

In this paper, high speed synchronization of multiple motion control axes with nonlinearity under neuro servo control is considered. The system consists of multiple axes with constant gain controllers, a synchronizing controller and a neuro servo controller. To achieve high speed synchronization among the axes, the synchronizing controller, which responds to the tracking errors, is introduced. The tracking error in one axis is regarded as the synchronization errors between the relevant axes. The weights of the neuro servo controller are adjusted by the back propagation algorithm so that the tracking and the synchronization errors are minimized. It results in remarkable improvement in the tracking performance and the quick removal of the synchronization errors during the transient as well as at the steady state. The synchronization for four-axes, of which the parameters are significantly different, is investigated. Experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed control scheme for synchronization.

本論文は，ニューロサーボコントローラを用いた非線形特性を有する複数の駆動軸の高速同期システムを提案している．提案するシステムは，その動特性が大幅に異なる非線形な複数の駆動軸と，各駆動軸の追従誤差信号より同期状態を判断し，同期化誤差信号を出力する同期化コントローラ，および各駆動軸の追従特性を改善するためのニューロサーボコントローラから構成されている．ニューロサーボコントローラの各結合係数は追従誤差信号と同期化誤差信号をともに零収束させるよう，バックプロパゲーションアルゴリズムにより修正される．この結果，ニューロサーボコントローラは軸間の同期化を図りつつ，各軸の非線形性を含めた逆システムをフイードフォワードパス内に構成する．それゆえ，各駆動軸の追従特性が著しく改善されるとともに，定常状態のみならず過渡状態においても軸間の同期化を優先する高速同期化が実現できる．提案するシステムは駆動軸の線形性を前提としていないため，産業応用分野において広範囲に適用できると思われる．

IEEJ Transactions on Industry Applications

電気学会論文誌D (産業応用部門誌)


Design and Responses of the Two-Degree-of-Freedom Speed Servo System under Adaptive Control

適応制御を用いた二自由度速度サーボシステムの設計法と応答特性

In this paper, two design methods for two-degree-of-freedomspeed servo system under adaptive control are described. The system consists of a speed feedback loop with a fixed gain controller and an adaptivefeedforward controller (AFC).The objective of the AFC is to improve the tracking performance, and the parameter is adjusted by an adaptation law so that the dynamic inverse of the plant is constructed in the feedforward path. The fixed gain feedback controller, which significantly restrain any disturbances, is designed by using two methods, one is based on the frequency responses betweenthe disturbance and actual output and the other is on the disturbance observer theory. The responses of the speed servo systems designed by using both methods for a trapezoidal desired output and several types of disturbance are measured. Experimental results demonstrate that the effectiveness of the proposed systems for improvement of the tracking performances and robustness.

本論文では，良好な目標値追従特性と未知外乱に対する十分な抑圧特性を有する二自由度速度サーボシステムを提案している．提案するシステムは，AFCと固定ゲインフイードバックコントローラから構成されており，固定ゲインフイードバックコントローラの設計に関して異なる2つのアプローチが検討されている．一つは，PIフィードバックコントローラをシステムの外乱抑圧特性のみに着目し，その周波数特性が全周波数領域で可能な限り低減するように設計する方法である．もう一つのアプローチは，PIコントローラを外乱オブザーバ理論に基づいて設計する方法である．いずれのシステムも，目標値追従特性はAFCにより改善される．AFCの適応パラメータは，追従誤差信号を適応誤差信号とし，それを零収束させるようオンラインで調整される．適応後においては，AFCによりフイードフォワードパス内に制御対象の逆システムが構成され，システムの追従特性は著しく改善される．

電気学会論文誌D (産業応用部門誌)


PWM Technique for NPC Inverters by means of Decoupled Control of Voltage Vector Components


電力系統の動的電圧安定性に関する基礎実験と考察

電力系統の動的電圧安定性に関する基礎実験と考察


日射の地域分布の推定法について

日射の地域分布の推定法について


Wind Power Generation Data Processing System with the Aid of a Micro Computer


Characteristics of a DC Series Motor Speed Control System with Two Power Supplies

二電源方式直流直巻電動機速度制御システムの特性

本論文は，駆動用主電源とは別に，界磁磁束のみを制御する制御用電源を設けた，二電源方式による直流直巻電動機の速度制御システムについて述べている．まず，一定速度運転時に当たる静特性について論じ，可変速度時の動特性について過渡応答特性と周波数応答特性から検討した．その結果，低速から高速までかなりの範囲で速度制御が可能なことが明らかとなった


Study on characteristics of a Propeller type Anemometer

プロペラ型風速計の特性に関する考察

本論文は，気象庁等に広く採用されているプロペラ型風速計の定常特性ばかりでなく，動特性について論じている．まず，風速計の過波応答特性を実測し，特性方程式を求めている．次にシミュレ-ションによって自然風を測定した場合の特性について検討している．また，風速計の伝達関数を導出して，変動風速に対する測定範囲を明確にしている．


Dynamic Characteristics of Induction Motors for Variation of Supply Frequency

電源の周波数変動に対する誘導電動機の動特性

Transactions of the Institute of Systems, Control and Information Engineers

システム制御情報学会論文誌


Analysis of the Frequency Characteristics of a Three-phase Induction Motor

IEEE Transactions on Industrial Electronics and Control Instrumentation


インバータ駆動誘導電動機系の特性

インバータ駆動誘導電動機系の特性

Bulletin of Faculty of Engineering, The University of Tokushima


Design and Responses of Two- g of-f mPositioning System under Fuzzy Control

ファジィ制御による二自由度位置決めシステムの設計と応答特性

本論文では，ファジィ制御を用いた二自由度位置決めシステムについて検討している．提案するシステムは，通常の固定ルールファジィコントローラを用いたフィードバック制御システムに，自己調整ファジィコントローラをフィードフォワードコントローラとして付加した二自由度構成となっている．フィードバックループの制御ルールは主として外乱抑圧特性に着目して設計され，また，自己調整ファジィコントローラの制御ルールは追従誤差信号を零収東させるようオンラインでチューニングされ．直流サーボモータを用いて提案した位置決めシステムを試作し，種々の入力に対する応答特性を実測した結果，本システムは自己調整ファジィフィードフォワードコントローラにより追従特性を著しく改善できるとともに，固定ルールファジィフィードバックコントローラにより十分な外乱抑圧特性を有していることが確認された．


Design and Implementation of Self-Tuning Fuzzy Controller for Repetitive Positioning System

自己調整ファジィコントローラを用いた繰り返し位置決めシステム

本論文では,通常のPIコントローラに付加してシステムの追従特性を著しく改善する補正形の自己調整ファジィコント回一ラを提案し,同コントローラを用いた繰り返し位置決めシステムの応答特性の実測結果から,その有用性を確認している．提案したファジィコントローラは,追従誤差を用いて制御ルールの後件部変数を自動的に調整し,PIコントローラのみでは不十分な追従特性を補正する．それゆえ,制御対象の動特性が変動することにより，PIコントロ一ラのゲインが適切でなくなる場合においても，本ファジィコントローラにより,良好な追従特性を得ることが可能となる．また，学習誤差を導入し,それに基づきいて学習係数および正規化ゲインを繰り返し周期毎に変更することにより，後件部変数の確実な収東性と高速な調整を実現している．試作した繰り返し位置決めシステムの実測結果から，提案したファジィコントロ一ラは，周期的に繰り返される規範入力に対して，システムの追従特性を改善することができ，制御対象の動特性変動に対しても有効であることが確かめている．