A Dual-Sampling-Rate Observer That Considers Dead Time and Feedback Control of a Linear Synchronous Motor : Using Positon Signals Provided by a Multi-purpose Camera

本論文では、既存のリニア同期モータの位置制御として一般的な方法であるパルスエンコーダからの位置信号フィードバックを行う替わりに、汎用カメラにより撮影した可動子の映像を画像処理することによって位置信号を取得して制御器にフィードバックすることを目指す。パルスエンコーダを安価な汎用カメラに置き換えることができるため、可動子の設計の自由度が増し、可動部分の軽量化に寄与することができる。また、磁気浮上系などそもそもエンコーダの設置が不可能な系での位置制御方法としてもこの方法は応用できる。しかし、汎用カメラのフレームレートが30fpsと制御周期に比して数十倍大きく、画像処理は計算量が大きく位置信号にむだ時間が挿入されることになるので、それへの対策が必要である。前者の問題への対策としてはデュアルサンプリングレートオブザーバが有効であるが、本論文ではデュアルサンプリングレートオブザーバをむだ時間を考慮した形に拡張することにより後者の問題へも対応する方法を提案する。この方法はリニア同期モータの位置制御に限らず、出力に無視できないむだ時間のあるあらゆる線形時不変システムの状態量推定や制御で有効であることも特徴である。そして、シミュレーションと実験を通じて、提案方法がリニア同期モータの位置制御に適用可能であることを確認する。The initial motivation for this research was to control a linear synchronous motor with feedback positioning signals provided by a multi-purpose camera instead of a linear pulse encoder. Replacing the pulse encoder with a multi-purpose camera would make the design of a linear synchronous motor more light-weight and adaptable. However, the multi-purpose camera\u27s sampling rate is limited to 30Hz, too low for feedback control. Furthermore, the large amount of image processing calculations required to obtain position signals causes dead time, and this makes the feedback control unstable. This thesis proposes a dual-sampling-rate observer which considers dead time to overcome the above mentioned problems. Simulations and experiments also demonstrate the viability of applying a dual-sampling-rate observer to the feedback control of a linear synchronous motor. The proposed observer is generally applicable for obtaining reliable state estimation in motion control problems where the output signal feedback path has significant dead time