論文集抄録
〈Vol.37 No.5 (2001年5月)〉
論 文 集 (定 価) (本体1,660円＋税)
年間購読料 (会 員) 6,300円 (税込み)
〃 (会員外) 8,820円 (税込み)
タイトル一覧
［論 文］
[ショート・ペーパー］
[開発・技術ノート］
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■ 光学顕微鏡画像処理による半導体レーザ光を用いた微粉炭粒子の自動高さ測定法とその粒度分布計測法への応用
広島工大・杉田隆行，北山正文，上甲富士雄
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筆者らは，従来から用いてきた微粉炭粒度分布計測法，すなわち，透過光を用いて手動で光学顕微鏡の焦点合わせを行って粒子の高さを測定する方法に対し，測定処理の時間短縮と信頼性の向上を図るため，半導体レーザ光と顕微鏡の自動焦点合わせを導入して，複数個の微粉炭粒子の高さを，直接，かつ，連続的に測定する手法を考案した．そして，本論文において，その手法を利用し，かつ，形状係数の決定法と組み合わせることにより，精度のよい計測法を提案することにした．さらに，本手法により求めた粒子径と，粒子の断面形状を高さ方向に測定し直接体積を計測する微粉炭粒子立体計測法による粒子径との比較検討を行い，本手法の実用性を明確にした．
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■ q軸界磁を持つ同期モータのILQ法による最適力率制御
九大・高見 弘
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モータは，クリーンな動力源として，幅広い分野で用いられている．現在，モータの消費電力が全電力に占める割合は50%を超えており，エネルギー節約や地球環境保護の立場からも，モータの高効率化は最も重要な課題である．
PMの着磁方向（d軸）と直交するq軸補償巻線を持つPM同期モータは，補償巻線電流制御によって過渡時にもモータの力率を1にすることができ，高効率運転が可能である．
本論文は，提案のPM同期モータの高効率運転を可能にする瞬時力率1最適制御系の設計にILQ設計法を適用し，その有効性を検討するものである．このモータの力率を過渡時にも1にするためには，電気的に異なる時定数の電機子回路とq軸界磁回路の時定数を制御によって一致させることが不可欠である．ILQ設計法は，LQ問題の解を重みを与えずに極配置計算から最適解を求める方法で，各主力の応答波形が個別に設定できる特長を有し，本モータの制御に非常に有効な設計法である．
本稿では，数値シミュレーションと実験により，パラメータ変動に対してロバストで高速高精度な速度制御が可能であることを示した．このモータは，有効電力のみ供給すればよいので，究極の高効率モータであり，頻繁に加減速する市街地向けの電気自動車や高効率サーボモータなどに適用が期待できる．
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■ 繰り返し制御系における外乱の抑制―外乱の曲率円弧モデルによるアプローチ―
東京工科大・● 錦華，拓殖大・中野道雄，東京工科大・王 麗莉
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繰返し制御は，繰返しコントローラと同様な周期を持つ周期的目標信号への追従または周期的外乱の除去に対して，非常に有効であるが，非周期外乱，あるいは周期が繰返しコントローラの繰返し周期と違う周期外乱に対しては，望ましい外乱抑制特性を達成することは困難であるなどの問題点が指摘されている．
本論文では，外乱の影響を低く抑えるために，外乱の曲率円弧モデルという低次元の非線形モデルを新たに提案し，それを既存の繰返し制御則と融合することにより，繰返し制御系の外乱除去性能を向上させる．本手法は外乱の推定結果を直接既存の繰返し制御則に取り込んでも系の安定性が保証されるという特徴を持っている．その有効性をシミュレーションにより検証する．
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■ 時間，周波数仕様を考慮したハイブリッド整形法による制振起動制御
豊橋技科大・矢野賢一，小黒直樹，寺嶋一彦
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各種工場においては，クレーンシステム，ロボットマニピュレータ，自動注湯システム，液体搬送システムなど，数多くの振動系を含む駆動システムが存在する．それらの多くにおいて，振動を制振しながら，モーションコントロールすることが強く望まれる．しかしながら，プラントによっては，モデリング自体が困難であったり，センサを取り付け，データを取得することができない場合がある．実際，外乱のない状況では，これらのシステムにおける搬送による振動は，もともと自己運動によって生じるので，理論的には振動を発生させないように搬送物体の速度制御あるいは位置制御をすることが可能であり，振動を直接計測し，フィードバックする必要はない．そこで本研究では，振動系を含む駆動システムを対象として，時間特性および，周波数特性の定量的な設計仕様をハイブリッドに制御系設計に取り込み，振動のオンライン計測やフィードバックを行わずに，残留振動を発生させないように物体を起動し，位置制御する制振起動制御系の一設計手法を提案した．本手法の有効性は，液体搬送システムに適用することにより示した．また本手法は，定量的に制御仕様を与えることができ，制御系設計および，コントローラの導出も平易なことから，より実用性の高い制御系設計法といえる．
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■ 時間付き離散事象システムの時間付き安定性
防衛大・望山 洋，北陸先端大・平石邦彦
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本論文では，Brandin-Wonham流の時間付き離散事象システムの枠組みの下で，安定性を論ずる．これまで時間付き離散事象システムに対して，望ましい状態集合への終局有界性を要求する安定性の概念が提案されているが，時間が安定性の定義に反映されていない上に，微分方程式におけるLyapunov安定性のアナロジーから導かれた概念であるため離散事象を扱うシステムに適していないという問題があった．本論文では望ましい状態に頻繁に訪れるというOzverenらによって提案された安定性の概念を時間付きシステムに拡張し，安定性の度合いを望ましい状態を訪れる最長時間間隔で評価する．安定性と事象列の循環との関係を明確にした上で，安定性を判別し安定度を計算するアルゴリズムを示す．また，指定された安定度を有し，最小制約の意味で最適な安定化スーパバイザを提案する．この最適スーパバイザはオンラインアルゴリズムにより計算可能である．数値例において，安定なシステムのもつ構造と最適スーパバイザの働きを，グラフを用いて説明する．
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■ GAによる直接像及び鏡像特徴点の対応付け
福井大・念 文，岡崎耕三，垣内大樹茨城大・星 仰，京大・鳥井清司
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鏡像と直接像は，面対称性をもつ．本稿では無限遠点・焦点はunknownとして，各頂点と隣接点の情報および面対称を利用して，物体画像とその鏡像の特徴点の対応付けを，遺伝的アルゴリズム（GA）により行う．すなわち鏡像では面および頂点が左右逆順となる点を拘束条件とする．それぞれの隣接点数を評価値とし，これが最大となる順列を求めることにより，対応付ける手法の提案を行った．本手法により，頂点に隠れや頂点接続線分未検出の場合でも対応が可能であることを示した．
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■ ニューラルネットワークを利用したEMG制御型ポインティングデバイス
広島大・辻 敏夫，福田 修，村上 満，金子 真
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本論文では表面電極から計測した筋電図（EMG）を利用したEMG制御型の新しいポインティングデバイスを提案する．EMG信号は操作者の意図する運動に関する情報や筋力情報などを含んでいるので，今までにない新しいボインティングデバイスの入力信号としての利用が期待できる．
本手法では，無限に存在するポインタの移動可能方向を，有限個の基準方向の組み合わせで表現する．そして計測したEMG信号からニューラルネットを利用して基準方向へのポインタの移動可能性を推定し，その推定結果からポインタの移動方向を計算する．したがってニューラルネットは設定した基準方向への移動可能性を推定するだけでよく，学習の負担の軽減が期待できる．またニューラルネットを利用することで，操作者の電極位置や筋特性などに起因するEMG信号の変化にも学習的に適応することが可能である．本論文は検証実験によって，移動方向とカーソルの速度が制御可能であることを示すとともに，人間の手先のコントロールに近い操作感覚が実現できることを明らかにする．また健常者だけでなく障害者にも利用可能であることを示す．
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■ マトリクス・スイッチを用いたプログラマブル・ディジタル演算IC
金沢工大・大島弘安，高野博明，島田崇弘
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演算増幅器を用いた種々のアナログ演算回路をディジタルに置換すると等価なディジタル演算回路が実現できる．それは加算器・係数器・積分器をおもな構成要素としたものとなる．これに構成制御用のマトリクス・スイッチを付加して1個のICとすればいずれの演算機能にも切替可能なプログラマブル・ディジタル演算ICが実現できる．これを用いた系は高速演算が可能であり，またアナログライクな動作をするのでシミュレータ・エミュレータ・実時間制御系などに利用して効果がある．
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■ 群知能システムの自己言及的構成―Ⅱ戦略多様性拡縮メカニズムに基づくAGV搬送システムの搬送順序制御―
村田機械・東 俊光，東理大・関山浩介，名大・福田敏男
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本論文は，群知能システムにおける自己言及的構成に関する基礎概念に基づき，動作環境に適応する集団的自律行動の動的再構成がより現実的で複雑な問題に対しても，システムの合目的性を満たす集団的自律行動が，内的観測に基づく戦略多様性の拡縮に伴い組織化されていくことを示した．また，ほとんどが創発的挙動を実現する自律分散システムの提案に留まっている現在の群知能システムの研究に対し，動的環境に適応する群知能システムの設計指針を与えるために，本論文では2つのパラメータを定義した．システム内の集団的自律行動の指標となる“戦略多様性”と動的環境に適応するパラメータの最適値を同定するための“自己組織化速度”である．戦略多様性はエージェントのもつ戦略から全エージェント間での差分の平均から定義した．自己組織化速度は戦略多様性の時間平均から求めた．これらの定義を用いて，動的環境下における集団的自律行動が戦略多様性の拡縮により行われ，また静的環境下において同定対称となるパラメータから自己組織化速度分布を求め，動的環境に最適なパラメータを同定する手法を提案した．また自己組織化速度が最大となるパラメータ時に戦略の動的再構成のパフォーマンスがもっとも高くなることを本研究のシミュレーションにより示した．
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■ Reactive FMS Scheduling with RTA＊ and
Supervisor―An Approach Based on Integrated
Petri Net Model―
Nagoya Univ.・Young Woo KIM, Akio INABA,
Tatsuya SUZUKI,Sigeru OKUMA, Tadanao ZANMA
and Fumiharu FUJIWARA
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Scheduling of manufacturing process is
one of the significant problems in FMSs.
Requirements for the FMSs' scheduling are
stated as follows: 1) It is easy to formulate
a problem. 2) Semi-optimal solution can
be found within short time. 3) It is possible
to search the action in a reactive manner
(action search depending only on a current
state of the system). The property 3）is
required to adapt to unexpected changes in
production requests and/or machine breakdowns.
However, no scheduling method which meets
these requirements, has been proposed yet.
This paper presents a new scheduling method
based on problem formulation with Petri net
and reactive graph search. Firstly, a new
modeling method based on Petri net is proposed,
in which physical behavior in FMSs and processing
information of job are described independently.
Secondly, a new reactive scheduling based
on RTA＊ algorithm and supervisors（dispatching
rules）is proposed. In the proposed framework,
machine and AGV allocations can be scheduled
simultaneously. Finally, usefulness of the
proposed algorithm is confirmed through numerical
experiments.
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■ 外部観測に基づく進化的フェロモンコミュニケーションの評価と群知能の創発現象に関する研究
北大・川村秀憲，山本雅人，大内 東
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本論文は従来エージェントの内部構造と問題領域に閉じた手法によって議論されることの多かったエージェントコミュニケーションを，外部観測的・定量的に評価しようというものである．そのために「行動選択におけるシグナルの影響性」と「シグナル発信時における環境の特異性」に基づくエージェント入出力を情報理論のエントロピーと情報量によって定量評価する．対象問題は人工蟻の餌争奪環境であるAnts
Warとする．そこでは，2種類の人工蟻コロニーが限られた餌を相手より多く獲得することを争う．またコミュニケーションのためにフェロモンを使うことが許される．各人工蟻エージェントは近傍の限られた領域しか知覚できないため，大域的情報をフェロモンに基づいた局所的情報から群行動によって形成することが必要とされる．エージェントの行動戦略をニューラルネット・遺伝的アルゴリズムによって進化させた結果，2つの異なるタイプのフェロモンコミュニケーションが発現した．結果の検証において，コミュニケーションループにおける自己強化的な自己組織化によってコミュニケーションが進化する過程を外部観測的に明らかにした．また，集団サイズとコミュニケーションとの関わりから群知能の創発現象について検証を行った．
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■ ハフ変換を利用した1画像による角柱の位置検出
宇部高専・松井稜治，山根彌生，落合 積
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ハフ変換で抽出された直線にさらに最小2乗法を適用すれば高精度なパラメータの値を得ることができる．水平面に置かれた角柱の画像は垂直な直線と水平な直線により構成される．これらの直線にハフ変換を適用すれば高精度なハフ変換パラメータを得ることができ，それらを利用すれば高精度な位置情報を得ることができる．既知の高さの水平面に置かれた角柱の位置は3次元空間のうち2次元の座標値を求めればよいが，角柱の向きを考えると3次元の問題ともなる．ここではこれらの位置情報としての座標値を直接求めるのでなく，画像の直線部のハフ変換パラメータと位置情報を関連づけて近似的に求める手法を示し，ロボットアームにCCDカメラを取り付け，実験により検出精度を確かめ把握が可能であるかどうかを調べた．
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■ 広視野赤外放射温度計校正用黒体空洞の放射特性評価
産総研・石井順太郎，福崎知子，藤原哲雄，小野 晃
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本論文では，黒体空洞に代表される空洞放射体の実効放射率の角度特性評価法について報告する．常温域の赤外放射温度計や耳式体温計等の機器は，輝度の低い赤外熱放射を測定するため，広い測定視野角をもつものが多い．しかしながら，放射温度計の校正に利用される黒体炉の放射特性については，これまで主として中高温域で使用される狭視野放射温度計の校正黒体炉の評価を前提としており，視野角の広い放射温度計の校正に必要な，黒体空洞の放射特性評価方法が確立されておらず，黒体炉を用いた校正作業における定量的な不確かさ評価が不十分な状態となっていた．
本研究では，モンテカルロ法による光線追跡計算法により，空洞放射体の実効放射率の角度特性に関する実用的な評価方法を開発した．開発した評価方法を実際の常温域黒体炉に使用されている空洞モデルに適用し，空洞の実効放射率と測定視野角との関係について定量的評価を行うと共に，広視野赤外放射温度計や赤外線(耳)式体温計の校正に適した空洞形状の設計を行った．
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■ サンプル値系に対する2自由度制御系の一設計法―フィードバック補償器の動特性を用いた手法―
千葉大・平田光男，野波健蔵
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2自由度制御系は1自由度制御系に比べ，フィードバック特性と目標値応答特性を独立に設定できるなどいろいろと利点が多い．しかしながら，一般に補償器の次数が増大するという問題があった．これらに対し，千田氏はフィードバック補償器の動特性を利用した2自由度制御系の設計手法を提案した．この手法を用いれば補償器の次数をあげることなく目標値応答の改善が可能となる．さらに，われわれは上記の手法を拡張し，規範モデルを用いた設計法を提案した．
そこで，本論文では上で述べた規範モデルを用いた2自由度系設計法を，サンプル値系に拡張する．そして，連続時間制御対象の出力が，サンプル点間も含めて規範モデルの出力に追従する離散型2自由度補償器を直接設計する手法を提案する．そして，シミュレーションにより，本手法の有効性を示す．
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■ 回転式表面溶融炉の溶融面高さ制御
クボタ・川戸清之，森原隆雄，高畠義明
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回転式表面溶融炉内の処理物の量を計測・制御するための溶融面高さセンサを開発した．手法はレーザレーダ法を利用し，3つのノイズ対策を行うことにより，被処理物の燃焼や揮散に伴う外乱に強く実用性の高いセンサを実現した．効果として炉内被処理物の過不足に起因する崩れなどの燃焼溶融悪化を未然に防止し，回転式表面溶融炉を連続的に安定運転することが可能となった．
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