安定で柔らかい磁気浮上システムの構成

金沢大学工学部1.非線形制御磁気浮上の研究(1)実験機における非線形制御 非線形制御による磁気浮上系を設計,実験しこの磁気浮上系の柔らかさの測定を行い,線形制御による場合の柔らかさとを比較した。(2)積分形制御系 上記では,浮上質量が変化したり,定常外力が加わると浮上位置も変化してしまう欠点があり,積分制御を付加する実験を行った.この目的は達せられたものの安定性確保の問題があることがわかった。(3)磁気浮上系への各種非線形制御 磁気浮上形は強い非線形性をもっている。この非線形システムに積極的に非線形制御を行う方法は過去にも行われており,調査し,比較・検討した。2.一軸反発形磁気軸受の研究(1)磁気軸受構成 横軸形磁気軸受で半径方向(4軸)は永久磁石同士の反発力を利用し,軸方向(1軸)は吸引電磁石で制御する構造を考案した。(2)実験機製作 上記の構造のものを設計・製作した。また,磁界の強さや反発力の測定を行い,ほぼ理論値に近いことを確認した。(3)浮上実験 フィードバック制御回路を製作し,安定浮上実験に成功した。しかし,回転させるとふれまわり振動を起こし,さらなる研究が必要なことがわかった。3.磁気浮上技術一般上記の研究を直接,間接に支援するものとして,次の事項について研究を行った。(1)磁気浮上技術の調査(2)H∞制御理論の応用(3)磁気軸受の実用化実験(1) Studies of Nonlinear Control Magnetic SuspensionA magnetic suspension system by means of nonlinear control was designed and constructed. The compliance of the magnetic suspension system was measured. More high compliance system was obtained comparing with a linear control system. In an integral type control system, steady state characteristics is good.However, there are difficulty to insure the atability.Other several nonlinear control methods were designed and compared.(2) Study of Single-Axis Repulsive Type Magnetic BearingA magnetic bearing system whose radial motions are restrained by permanent magnets and axial motion is controlled by an electromagnent was designed and constructed.High compliance magnetic bearing system was obtained. However, a whirling motion is occured. It is desirable to study to control the whirling motion by use of a few electromagnets.(3) General Techniques for Magnetic SuspensionIn order to assist the above studies, the following items were studied. ・Investigation of techiniques of magnetic suspension. ・Application of Hinfinity control theory. ・Experiments for the practical use of magnetic bearings研究課題/領域番号:06452252, 研究期間(年度):1994 – 1995出典：研究課題「安定で柔らかい磁気浮上システムの構成」課題番号06452252（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/ja/report/KAKENHI-PROJECT-06452252/064522521995kenkyu_seika_hokoku_gaiyo/）を加工して作

柔軟ビ-ム磁気浮上実験によるHー無限大制御理論の有効性検討

金沢大学工学部磁気浮上列車、磁気浮上式搬送車や磁気軸受などの各種磁気浮上システムにおいて、高速動作や外乱に対する強さなど、性能の向上を追求して行くと、モデリングの不確かさが原因となって、構造物の機械的振動が問題となってくる。本研究では、その振動問題を中心に取り上げるため、その動作が強調化、単純化される柔軟ビ-ム磁気浮上装置を対象とした。一方、制御系設計理論の分野において、近年、ロバスト制御が重要視され、その観点からHー無限大制御理論が世界的に注目を集めている。この新しい制御理論がどの程度有効であるかを実システムに適用して検討するとともに、広く一般の分野にこの制御理論の普及をはかることは極めて重要な課題である。本研究では、2種の柔軟ビ-ム磁気浮上装置を製作し、FFTアナライザ、インパクトハンマ-、オシロスコ-プ、ディジタルシグナルプロセッサ(DSP)、パ-ソナルコンピュ-タ、DAーAD変換器等の計測制御機器を中心に実験システムを構成した。制御対象のモデリングを行ない、各種の方法によりHー無限大制御理論による制御系設計を行なって実験を行なった結果、従来の制御系設計法によるものよりも、ロバスト性に優れた特性が得られ、予想通り有効性が実証できた。また、Hー無限大制御理論の適用において重要となる周波数重み関数の決めかたにおいて基本的な知見が得られた。本研究で得られた成果は、磁気浮上システムへの適用のみならず、今後多くの実システム制御系設計に有効に活用されると考える。In many magnetic levitation or suspension systems such as magnetically levitated train, magneticallynetic levitation or suspension suspended carrier, and magnetic bearing, a problem of mechanical vibration is important. Because uncertainties of modelling on controlled system affect severely the closed control system when high performances such as high speed operation or robustness against disturbance are investigated. On the other hand, H-infinity control theory-is being watched from viewpoint of robustness. Then, effectiveness of H-infinity control theory is examined in this research using experiments of flexible beam magnetic suspension.In this research, two types of flexible beam magnetic suspension system and their instrument and control system are set up, in which FFT analyzer, impact hammer, oscilloscope, digital signal processor(DSP), personal computer, and DA/AD converter are used. Several designs of control system using H-infinity theory are made and experiments are carried out successfully.In these results, effectiveness of H-infinity control theory to the system design is demonstrated. Moreover, fundamental knowledge on frequency weighting function are obtained.研究課題/領域番号:02452179, 研究期間(年度):1990 – 1991出典：研究課題「柔軟ビ-ム磁気浮上実験によるHー無限大制御理論の有効性検討」課題番号02452179（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/ja/report/KAKENHI-PROJECT-02452179/024521791991kenkyu_seika_hokoku_gaiyo/）を加工して作

吸引制御形磁気軸受の制御方法と基本特性

金沢大学工学部研究課題/領域番号:57550246, 研究期間(年度):1982出典：研究課題「吸引制御形磁気軸受の制御方法と基本特性」課題番号57550246（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-57550246/）を加工して作

Improvement of characteristics and applications of the magnetic frequency tripler with bridge-connected reactor circuit

This paper presents improvements and applications of magnetic frequency tripler which is composed of the bridge-connected reactor circuit reported in the previous papers. [1,2] Generally speaking, a frequency multiplier composed of nonlinear magnetic elements indicates the very difficult conversion operations as this tripler does. In such kind of problems, the numerical analysis of nonlinear equations will not be clarified the physical relations among several parameters. Sometimes it is difficult to solve the relations needed in the design. Therefore, the experimental analysis of each parameter was done in this paper. As the result, quantitative relations between characteristics and circuit constants may be derived. It is possible to clarify the optimum circuit conditions. The new circuit composition with improved characteristics is obtained. Moreover, this paper indicates, as an example of applications, the nine times frequency multiplier composed of two bridge circuits connected in cascade

制御形磁気浮上による完全非接触リニア直流モータ

金沢大工学部磁気浮上によって可動子を完全に非接触にし、滑らかな動きをさせるリニア直流モータについて2種類の方法で研究を行った。一つはすべてアナログ制御による磁気浮上であり、もう一つはディジタル制御による磁気浮上である。ディジタル制御は柔軟性、小形化の点で好ましい方法であるが、現在の技術レベルでは磁気浮上システムへの適用は限界である。1.アナログ制御による方法では次の結果を得た。(1)完全非接触浮上に成功し、さらにリニア直流モータによる往復運動実験にも成功した。軸振動に対しては適当なダンパをつけるのが良い。(2)この実験において、非接触であるにもかかわらず、磁気ヒステリシスによると推定されるクーロン摩擦の在在が明らかになった。(3)リニア直流モータの推力特性が測定され、3.7N/Aの結果が得られたが、中心に戻ろうとする復元力もあることが見出された。2.ディジタル制御による方法は次のような状況である。(1)ディジタル制御磁気浮上系の設計理論及び制御系設計のためのCADシステムを開発した。C言語によるプログラム,対話形式プログラム,及び指定領域内極配置法は極めて有効である。(2)制御系構成としてその中心に16ビットマイクロコンピュータ68000を使用した。現在の状況において、本システム構成のために最も優れたものである。(3)完全非接触浮上には成功に至っていないが、その原因の打開策として、サンプリング周期の選定、ノイズ抑制フィルタの選定、予測制御の検討、などを今後の研究の中心にすればよいことがわかった。研究課題/領域番号:61550295, 研究期間(年度):1986出典：研究課題「制御形磁気浮上による完全非接触リニア直流モータ」課題番号61550295（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-61550295/）を加工して作

吸引制御形磁気軸受による電動機の超高速駆動

金沢大学工学部研究課題/領域番号58550277, 研究期間(年度):1983 – 1984出典：研究課題「吸引制御形磁気軸受による電動機の超高速駆動」課題番号58550277（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-58550277/）を加工して作

磁気軸受による超高速回転と軸振動

金沢大学工学部磁気軸受は, 磁気浮上の原理によって回転体を浮上させ支持するものである. そして電動機により回転させるが, 高速になると軸の不つりあい, 軸のたわみが原因となっと振動を発生しやすくなる.本研究はその軸振動を押え, より高速で電動機を駆動するための基礎技術を作るものである.本年度の研究は次のように行なった.1.軸の不つりあいが回転軸系に与える影響を明確に数式モデル化した.2.その数式モデルを基礎にして, 軸振動を抑えるための磁気浮上系の制御方式を考案した.3.実験ではまず, 電動機回転速度が一定(低速度, 中速度)の場合について制御装置を製作し, 実験を行なったところ, 軸振動制御に対し顕著な効果が見られた.4.次に, 回転速度が変化する場合についても制御装置を製作し, 実験を行なったところ, ある速度範囲内で効果が見られた. 超高速領域では困難である. この原因は電力増幅器の能力によることが明らかになった.5.なお, この研究の過程で次の研究も行った.(1)磁気軸受における摩擦特性, とくにクーロン摩擦(2)ラジアル・スラスト制御兼用の理論と制御系設計法(3)磁気浮上系のディジタル制御の理論と実験なお, 磁気軸受のたわみの効果を単純化したモデルによる研究計画を作製し実験に移りつつある.研究課題/領域番号:62550301, 研究期間(年度):1987出典：研究課題「磁気軸受による超高速回転と軸振動」課題番号62550301（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-62550301/）を加工して作

電磁石とばねを用いた精密位置制御

金沢大学工学部研究課題/領域番号:X00095----265118, 研究期間(年度):1977出典：「電磁石とばねを用いた精密位置制御」研究成果報告書　課題番号X00095----265118（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-X00095----265118/）を加工して作