高利得オブザーバーは、油圧サーボシステム内で仮想センシングメカニズムとして機能します。 システムの実際のアウトプット（回転角度など）と推定値との偏差を分析することにより、角速度と負荷圧力といった重要な内部状態変数を数学的に再構築し、物理的な速度センサーの必要性を効果的に置き換えます。
主なポイント 出力偏差を処理するために高利得フィードバック行列を利用することで、このオブザーバー技術は追加のハードウェアセンサーへの依存を排除します。これにより、ハードウェアの複雑さを軽減しながら、高性能制御を可能にする高度なスライディングモードコントローラーを駆動するために必要な、正確なリアルタイムデータが提供されます。
状態再構築のメカニズム
出力偏差の活用
オブザーバーは、回転角度などのシステムの主要な出力を常に監視することによって動作します。この測定値を、システムの状態に関する独自の内部推定値と比較します。
高利得フィードバックの適用
この技術の核心は、高利得フィードバック行列です。実際のアウトプットと推定値との間に偏差が検出されると、この行列はその差を増幅し、推定状態を急速に現実に収束させます。
隠れた変数の導出
この収束プロセスを通じて、オブザーバーは直接測定されていない状態変数を計算します。この文脈では、角速度と負荷圧力をリアルタイムで正確に導出します。
制御における戦略的利点
センサーレスアーキテクチャの実現
高利得オブザーバーの主な役割は、センサーレス制御を促進することです。これにより、エンジニアは物理的な速度センサーを設計から削除でき、システムの認識を維持しながらハードウェアコストと配線複雑性を削減できます。
スライディングモードコントローラーの強化
スライディングモード制御などの高度な制御戦略は、正しく機能するために正確で即時な状態入力を必要とします。高利得オブザーバーは、これらのコントローラーが最高のパフォーマンスで動作することを保証するために必要なリアルタイムの忠実度を提供します。
トレードオフの理解
ノイズ感度
高利得オブザーバーは急速な収束を提供しますが、フィードバック行列の「高利得」性質は測定ノイズを増幅する可能性があります。システムの不安定性を防ぐために、測定された出力（回転角度）の信号対雑音比が十分に高いことを確認することが不可欠です。
「ピーキング」現象
初期の過渡状態では、高利得オブザーバーは「ピーキング」を示すことがあり、状態推定値が収束する前に一時的に急増します。アクチュエーターが飽和しないように、制御ロジックはこれらの短い初期過渡状態を処理するのに十分な堅牢性が必要です。
プロジェクトに最適な選択
油圧サーボシステムを設計している場合は、オブザーバーが制約にどのように適合するかを検討してください。
- ハードウェアの簡素化が最優先事項の場合： 高利得オブザーバーを利用して物理的な速度センサーを排除し、スペースを節約し、故障点を減らします。
- 制御精度の精度が最優先事項の場合： オブザーバーを使用して、高忠実度のリアルタイム状態（速度と圧力）をスライディングモードコントローラーに供給し、堅牢なパフォーマンスを実現します。
物理的に測定できないものを数学的に導出することにより、高利得オブザーバーは計算能力を制御精度に変えます。
概要表：
| コンポーネント | 役割/機能 | 主な利点 |
|---|---|---|
| 高利得行列 | 出力偏差を処理して推定値を一致させる | リアルタイム状態への急速な収束 |
| 状態再構築 | 角速度と負荷圧力を計算する | 物理センサーを置き換え、コストを削減する |
| スライディングモードサポート | 高忠実度のリアルタイム状態入力を提供する | 堅牢で高性能な制御を可能にする |
| 出力監視 | 偏差分析のために回転角度を追跡する | ハードウェアの複雑さを最小限に抑える |
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参考文献
- Xiaoyu Su, Xinyu Zheng. Sliding mode control of electro-hydraulic servo system based on double observers. DOI: 10.5194/ms-15-77-2024
この記事は、以下の技術情報にも基づいています Kintek Press ナレッジベース .
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