2015 Fiscal Year Research-status Report
パラメータ依存基底変換と制御則・駆動則の境界移動による制御器設計
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15K06149
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
下村 卓 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40243191)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 航空宇宙工学 / 人工衛星 / 姿勢制御 / 動力学方程式 / 運動学方程式 / パラメータ依存基底変換 / 制御則・駆動則 / ゲインスケジューリング制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成27年度（研究期間の1年目）は，本研究課題の基礎的・理論的検討に重点を置いた．制御対象を宇宙機の姿勢制御に絞り，制御装置をRW（Reaction Wheel），CMG（Control Moment Gyro），DGVSCMG（Double-Gimbal Variable-Speed CMG）と色々変えた場合の動力学方程式の違い，運動学パラメータをQuaternion，MRP（Modified Rodrigues Parameter）と色々変えた場合の運動学方程式の違いにより，提案法にどのような影響が出て，どのような修正が必要になるかを詳細に検討した．
複数の制御装置を単体で，あるいは組み合わせて使用した場合，またその劣駆動系・冗長系に対し，運動学・動力学に基づき，包括的なLPV（Linear Parameter-Varying）モデリングを行った．N個のVSCMGを有する宇宙機に対し，動力学方程式の一般形を導出し，スピンレートを固定した場合，ジンバルをロックした場合にLPVモデルがどう変化するかを示した．
パラメータ依存基底変換と制御則・駆動則の境界移動により，スケジューリング変数を3個に減らし，凸多面体（凸包）の端点数を2の3乗=8個に減らし，従来通らなかった連立LMIを通し，宇宙機のLPV制御理論に基づくGS制御器設計を実用域に引き上げた．
以上の成果を国内外の学術講演会で発表（国際会議3報，国内会議2報）するとともに，学術誌への論文投稿を行い，英文誌1報，和文誌2報の掲載を行った．米国航空宇宙学会が主催する世界最大の国際会議AIAA SciTech 2016の誘導制御部門では，本研究課題の研究代表者と研究指導下の大学院生が連名の英文論文がGraduate Student Papaer CompetitionのFinalist Paperに選ばれた（世界で6名）．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
理論的検討は当初計画より前倒しで進んだ．当初計画では，研究期間1年目は，制御装置をRWに絞り（B行列を定数行列に限定し，A行列のみにスケジューリング変数をもたせ），パラメータ依存基底変換のみに焦点を当てて検討する予定だったが，実際には，制御装置をCMG，VSCMG，DGVSCMGにまで広げて検討を行い，制御則・駆動則の境界移動による検討も含めて一部前倒しで研究を進めた．
以上の成果を国内外の学術講演会で発表（国際会議3報，国内会議2報）するとともに，学術誌への論文投稿を行い，英文誌1報，和文誌2報の掲載を行った．米国航空宇宙学会が主催する世界最大の国際会議AIAA SciTech 2016の誘導制御部門では，本研究課題の研究代表者と研究指導下の大学院生が連名の英文論文がGraduate Student Papaer CompetitionのFinalist Paperに選ばれた（世界で6名）．
以上の点から，当初の計画以上に進展していると判断できる．
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| Strategy for Future Research Activity |
理論的検討は当初計画より前倒しで進んだが，制御対象は宇宙機の姿勢制御に絞ったままである．今後は制御対象をより広いクラスの機械システムに広げ，本研究課題の提案法がさらに広いクラスの機械システムに適用可能であるかどうかを検討する．
倒立振子を具体的対象として取り上げ，宇宙機の姿勢制御と同様の動力学方程式，運動方程式の構造をもつのかどうか，何が違って，何が同じなのか，どこまで同じ手法が使えるのかを検討する．
さらに，理論的検討に加え，具体的な設計計算・シミュレーションを幅広く精力的に行い，本研究課題の提案手法がどこまで広く通用するか，適用上の問題点はないのか，実用性は十分なのか－といった点について，より掘り下げた検討を行う．
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| Causes of Carryover |
基礎的・理論的検討に傾注し，その結果，理論的検討は当初計画より前倒しで進んだが，その反面，具体的設計計算・シミュレーションが当初計画より控え目になった．その結果，当初購入予定だった高性能計算機，レーザープリンタ，行列計算ソフトウェアの購入を抑制することとなり，本年度予定していた予算消化が一部次年度繰越となった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
前年度購入予定だった高性能計算機，行列計算ソフトウェアを購入し，具体的設計計算・シミュレーションをこれまで以上に精力的に進める．
また，理論的検討だけでなく，実験的検討も行うため，サーボテクノ製倒立振子を購入し，実験用計算機，リアルタイム実装化ソフトウェアも購入し，実験を進める．
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