Departmental Bulletin Paper ハイブリッド電磁石を用いた教育用磁気浮上システムの開発 : 最適レギュレータおよびカルマンフィルタによる制御システム設計
Development of an Educational Magnetic Levitation System using a Hybrid-Electromagnet : Design of Control System with Optimal Regulator and Kalman Filter

安里, 健太郎  ,  長田, 匡司  ,  玉城, 大暉  ,  Asato, Kentaro  ,  Nagata, Masashi  ,  Tamaki, Daiki  ,  沖縄工業高等専門学校機械システム工学科  ,  豊橋技術科学大学機械工学課程  ,  神戸大学経営学部

10pp.1 - 11 , 2016-03-30 , 沖縄工業高等専門学校 , National Institute of Technology, Okinawa College
ISSN:1881-722X
NCID:AA12200716
Description
制御工学は,「モノを自在に操る」ために必要不可欠な学問であり,その応用範囲は工学分野だけでなく,経済学,生命科学,自然科学など多岐にわたる.その反面,制御理論においては数学による抽象的な議論が中心となるため,それをどのように応用するのかイメージすることが非常に困難な学問となっている.よって,学習した制御理論を応用につなげていくためには,実験・実習等をとおして制御理論を有機的に理解し,具体的な制御応用に発展させていくイメージを育成していくことが重要となってくる.そこで本研究では,利用価値の高い制御工学学習用の教材として,「ハイブリッド電磁石を利用した磁気浮上システム」の開発を行った.電磁石と永久磁石を併用した「ハイブリッド電磁石」を用いることによって,従来の電磁石のみの場合の約12% の消費電力で鉄球を浮上できることが確認できた.また,開発した「ハイブリッド電磁石を利用した磁気浮上システム」について,最適レギュレータおよびカルマンフィルタによる最適制御によって制御システムの設計を行った.その有効性の検証のためシミュレーションを行った結果,極配置法と比較して,平衡点への収束は若干遅くなったが,制御時の消費エネルギーは大幅に抑えられることが確認できた.そして,実際に磁気浮上実験を行った結果,ハイブリッド電磁石を利用して鉄球の磁気浮上制御が達成できることが確認できた.
The control engineering is widely applied not only to engineering fields but also to economics, life science,natural science, and so on. However, it is difficult to image applications of the control theory. To learn applying techniques on the control theory, many practices using available educational materials are required. In this paper, as one of available materials for the control engineering education, we developed a magnetic levitation (mag-lev) system using a hybrid-electromagnet. By using the hybrid-electromagnet which contains a combination of an electromagnet and permanent magnet, energy for levitation control of an iron ball can be reduced. To verify the validity of the developed mag-lev system, simulation and experiment with optimal regulator and Kalman filter were conducted.
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http://okinawa-repo.lib.u-ryukyu.ac.jp/bitstream/okinawa/19263/1/No10p1.pdf

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