加速度觀測器之設計及其於運動控制系統之應用

本計畫提出所謂的Acceleration Observer與Extended Acceleration Observer設計，以獲得良好的加速度訊號，並應用於線性運動平台與雙軸機械手臂的追蹤控制。加速度訊號於運動控制系統可以有許多應用，包括acceleration-assisted feedback control、acceleration-based disturbance observer（ADOB）、accelerometer- enhanced velocity estimation與sensorless force control，而這些應用的成功與否有賴於加速度訊號品質。 常見的電容式加速規（capacitive accelerometer）可以感測直流加速度，但動態量測頻寬較小，且signal-to-noise ratio性能較差。壓電式加速規（piezoelectric accelerometer）有較佳的頻寬，但缺點是無法感測近乎直流的加速度，因此無法直接使用於運動控制系統。本計畫使用壓電式加速規，搭配運動控制系統中已有的位置感測器，設計加速度觀測器，並應用於運動控制系統。相對於電容式加速規，本計畫所提的觀測器使用壓電式加速規，能得到高頻的加速度成分。相較於壓電式加速規，本計畫所提的觀測器搭配位置訊號，能觀測低頻的加速度成分。相較於傳統的加速度估測架構，本計畫所提的觀測器無需受控體的模型，不會受到受控體模型的不確定性影響；此外，本計畫所提的觀測器沒有直接對位置訊號微分兩次，較不受位置訊號的高頻雜訊影響。 本計畫針對SISO線性運動平台進行加速度觀測與應用，然後延伸至MIMO雙軸機械手臂的加速度觀測與追蹤控制，以驗證本計畫提出方法的實用性與有效性。透過這些應用實驗，本計畫訓練學生建構DSP/FPGA（digital signal processor/field-programmable gate array）伺服控制系統，培育技術人才，並促進產學交流。