高精度位置・姿勢制御能力を備えた巡航可能型水中ビークルの開発研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12555281
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 中村 昌彦 九州大学, 応用力学研究所, 助教授 (40155859)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 織田 博行 三井造船昭島研究所, 制御エンジニアリング部, 副部長(研究職) ; 梶原 宏之 九州大学, 工学研究院, 教授 (30114862) ; 小寺山 亘 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (80038562)
• Keywords: 水中ビークル / 高精度位置制御 / 運動制御 / 巡航 / 自律 / スラスター / 水平尾翼

Research Abstract

近年地球環境に関する研究の為の海洋調査・観測、海洋資源探査等に水中ビークルが使われることが多くなってきた。これらの調査・観測・探査は広い範囲を広域的に行う必要のあるものと、小さな範囲を局地的に密度濃く行う必要の有るものに分けられる。そこで局地観測が必要な点で詳しい調査・観測を行った後次の地点にそのまま高速で移動できる、高精度位置制御可能型水中ビークルの長所と巡航型のビークルの長所を併せ持つビークルの開発が望まれる。
本年度研究ではまず昨年度入手した水槽実験用ビークルにスラスター制御用アンプ、運動制御用各種センサーを搭載し、ビークル側のシステムを完成させた。
次に完成したビークルを使用し発生する揚力等の流体力・機体が迎角を持った場合の流体力等の静的な流体力計測を行い、検討を加えた。付加質量等の計測には強制動揺実験を必要とする。ビークルは軽量化の為強制動揺をするには強度が不足するので1/2ソリッドモデルを作製した。
得られた流体力係数を用いてビークルの運動を記述する数学モデルを構築し、縦方向運動シミュレーションプログラムの作成を行った。
制御方法に関しては、位置・方位角制御、深度制御について検討し、ゲインスケジューリング手法の改善を図った。また、数学モデルベースのコントロール方法だけでなく、非線形制御が可能であり、外乱等の変化に対して学習能力を持たせる事ができると考えられる、ニューラルネットワークを利用したコントロール方法についても検討を加えた。

Research Products

• [Publications] M.Nakamura et al.: "Model Experiments on Dynamic Positioning System with Steerable Thruster"Proc. of the 11^<th> Int. Offshore and Polar Engineering Conference. Vol.1. 398-405 (2001)
• [Publications] M.Nakamura et al.: "Model Experiments on Dynamic Positioning System using Gain Scheduled Controller"Int. Journal of Offshore and Polar Engineering. Vol.11, No.4. 267-272 (2001)
• [Publications] 矢形孝平, 梶原宏之 et al.: "LPV制御理論に基づくビークルの運動性能向上に関する研究"西部造船会会報. 第102号. 299-308 (2001)
• [Publications] G.Rui, H.Kajiwara et al.: "Simulation Study on LPV control of an Underwater Vehicle"Proc. of 第30回制御理論シンポジウム. 111-116 (2001)