京大岡山 3.8m 望遠鏡 分割鏡制御に用いる アクチュエータの特性評価 京都大学大学院 理学研究科 宇宙物理学教室 長友 竣、木野 勝
制御対象と目標 制御対象・・・セグメント鏡 18枚 目標 エッジセンサ 60個 1秒間に～100回の アクチュエータ 54個 フィードバック 1/11 制御対象・・・セグメント鏡 18枚 エッジセンサ 60個 1秒間に～100回の アクチュエータ 54個 フィードバック 目標 重力変形 熱変形 <50nmに抑制 風による変形(~数Hz) → アクチュエータの特性をモデル化 今までの想定より速いフィードバック 6~7の間に
DCモーター / ロータリーエンコーダ / ボールねじ 評価対象 2/11 LAH-46-1002-F-L （ハーモニック・ドライブ・システムズ社） DCモーター / ロータリーエンコーダ / ボールねじ 動作の数式モデル 摩擦の係数 今までの想定より速いフィードバック 6~7の間に 電磁力の係数 粘性の係数 : モータの回転角度 : コイル電流
ステップ応答測定 ステップ電流応答を振幅を変えて測定 測定条件 波形 ： 3値矩形波 3/11 ステップ電流応答を振幅を変えて測定 動作可能な最小電流値 摩擦vs電磁力 粘性による動作の時定数 測定条件 波形 ： 3値矩形波 電流振幅 ： 0.4, 0.3, 0.2, 0.1, 0.05, 0.025 A 周期 ： 4秒 繰り返し回数 ： 10回 1s
測定システム 変位 センサ 任意波形 発生器 直流 モーター 電圧−電流 変換回路 電流計 ロータリーエンコーダ 1k サンプル/秒 で計測 4/11 変位 センサ 任意波形 発生器 直流 モーター 電圧−電流 変換回路 電流計 ロータリーエンコーダ 1k サンプル/秒 で計測
測定結果 i ~ 0.4A 1 2 3 20 エンコーダ角度 [rad] -4000 4000 角速度 [rad/s] -4000 5/11 i ~ 0.4A エンコーダ角度 [rad] -4000 1 2 3 20 4000 角速度 [rad/s] -4000 0 20 40 経過時間 [sec]
フィッティング 電磁力の係数 B 摩擦の係数 C 粘性の係数 D 最小二乗法を用いて 1回の動作ごとに フィッティング 6/11 電磁力の係数 B 摩擦の係数 C 粘性の係数 D 最小二乗法を用いて 1回の動作ごとに フィッティング 0.4A 13回目の動作 角速度 [rad/s] -4000 0.2 1.0 経過時間 [sec]
最小駆動電流 電磁力の係数 B 摩擦力の係数 C 電磁力 ≥ 摩擦 電磁力 摩擦力 n回目の動作 B [Nm/A] 0.4A 0.3A 7/11 電磁力の係数 B B [Nm/A] 0.4A 0.3A 0.2A 摩擦力の係数 C |C| [Nm] 電磁力 ≥ 摩擦 0.4A 0.3A 0.2A 電磁力 摩擦力 20 20 20 n回目の動作
動作の時定数 粘性の係数 粘性による速度変化の 時定数 D [Nms/rad] 粘性の係数 -25 目標の制御帯域 ～10Hz 8/11 粘性の係数 D [Nms/rad] 粘性の係数 粘性による速度変化の 時定数 0.4A 0.3A 0.2A -25 20 20 20 目標の制御帯域 ～10Hz Feedback周波数 ～100Hz n回目の動作
摩擦の詳細測定 最小駆動電流～0.1A周辺を詳細に測定 測定システムは先程と同じ ・入力電流 ： 2値矩形波 9/11 最小駆動電流～0.1A周辺を詳細に測定 測定システムは先程と同じ ・入力電流 ： 2値矩形波 周波数 : 0.5Hz 振幅 : 25～125mA ・定常状態に達したあとの速度(終端速度)を測定
最大静止摩擦の測定 10/11 10μm/secのジャンプ センサの読出し周期 ～１0msec 100nmのオーバーシュート 86mA
まとめと今後の展望 アクチュエータのステップ電流応答から 動作モデルを推定 時定数 ： 0.08 sec 最小駆動電流 ： 86 mA 11/11 アクチュエータのステップ電流応答から 動作モデルを推定 時定数 ： 0.08 sec 最小駆動電流 ： 86 mA i=86mAで10μm/secの速度ジャンプ → 100nmのオーバーシュートは不可避？ 今後、アクチュエータの周波数応答測定 →システム同定・パラメータ決定 要求性能を満たす制御システムが構築可能か検討