パラメータ推定のための入出力データ取得方法

現在ステッピングモータを用いたロボットアームのシステム同定を行うために，数式モデルから制御プラントを作成しております．添付の写真のような制御プラントは作成し，ゲインの中身の定数のパラメータを推定したいです．パラメータ推定には入出力データが必要なのですが，実機を未まだ動かしていないため入出力データをシミュレーションから取得しようかと考えております．調べてみるとPID調節器という物を用いればデータを取得することが出来ると書いてありました．入出力データは自分でMATLAB内で作成できるという認識でよろしいでしょうか？教えていただけると幸いです．よろしくお願いします．

Answer 1

[Toshinobu Shintai]

今回のように数式モデルを作成し、パラメータを調整してプラントモデルを構築する場合、合わせる対象の実機データが必要になります。

その後、こちらで紹介されている「パラメーター推定アプリ」を使って、そのパラメータを合わせこむことができます。

もし、実機に近い挙動を示す何らかのシミュレーションモデルをお持ちであれば、そのモデルを実行してデータを取得し、そのデータを実機データと見立てて調整することもできます。ただし、なるべくなら実機のデータを用意すべきだと思います。

[Akio Tsukamoto]

ご回答ありがとうございます．続けての質問になってしまい申し訳ないのですが，現在添付の写真のようにMATLABのsimulinkとsimscapeを用いてシミュレーションモデルを使っております．シミュレーションモデルへの入力は，コマンド入力でステッピングモータドライバからトルクの出力をjointブロックに入力しております．このような場合シミュレーションモデルのデータを用いることでシステム同定を行い制御系を設計することは可能でしょうか？

[Toshinobu Shintai]

はい、おっしゃる通り、この詳細なモデルの"入力に対する出力の応答"を計測し、そのデータを用いてシステム同定を行うことは可能です。

パラメータ推定アプリを用いて、この詳細シミュレーションモデルと「スクリーンショット (42).png」のモデルを可能な限り一致させるパラメータを探索することができますし、また一方で、System Identification Toolboxによるシステム同定を行い、伝達関数や状態空間モデルを求めることもできます。こちらの方が、今回やろうとしていることに対しては都合が良いのではないか、と思いますが、いかがでしょうか。

[Toshinobu Shintai]

追加でコメントになりますが、プラントモデルの伝達関数が得られた後は、PID制御器などを構成し、そのゲインをPID調整器で調整することができます。

[Akio Tsukamoto]

ご回答ありがとうございます．添付した写真のようなsimscapeを用いたsimulinkモデルの入出力データさえあればシステム同定のツールを用いて伝達関数や状態空間モデルの推定ができるということでしょうか？

[Toshinobu Shintai]

おっしゃる通りです。

使い方のイメージとしては、こちらの動画を見ていただければ分かるかと思います。