2018 Fiscal Year Annual Research Report
ロータフラップ角制御による超ロバストなスタビレス無人ヘリコプタの実現
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18H01409
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
中西 弘明 京都大学, 工学研究科, 講師 (50283635)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 無人ヘリコプタ / スタビレス化 / フラップ角制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
サブテーマ(1)ロータブレードのフラップ角推定機構では，レーザ変位計測によりロータブレードのフラッピング運動を計測するシステムを開発し，飛行実験によりその検証を行った．その結果，ヘリコプタの飛行中に，ロータブレードだけでなくスタビライザブレードのフラッピング運動の計測にも適用できることを示した．さらに，ヘリコプタの動力学を基にした航法システムを構築のために，系を連続時間システムと離散時間システムが複合するハイブリッドシステムとしてモデル化し，一般化Tellegenの定理を適用し，観測データとモデルの同化を行うために必要なシステムの感度を求める方法を導出した．さらに，計算速度・効率の大幅な向上を目的としてシステムの二次感度を効率よく求める方法も導出した．
サブテーマ(2)フラッピングダイナミクスの散逸性による陰的制御では，ロータブレードのフラップ角を陽に用いない飛行制御系を構築する方法を提案した．従来のようにロータブレードのフラップ角を考慮せずに設計した制御系では，フラップ角の共振が原因となって，飛行が不安定化することを明らかにした．さらに，提案法をスタビレス化した機体だけでなく，スタビライザを有する産業用無人ヘリコプタに対して適用できるよう拡張する方法を提案した．スタビライザを有する場合，スタビライザのロック数がロータブレードと比較して小さいことが原因となって，スタビライザのフラップ角共振が問題となりやすいが，スワッシュサーボのダイナミクスが入力を帯域制限することにより適切に制御可能であることを明らかにした．これら構築した飛行制御系の制御特性やロバスト性をフライトシミュレータにより確認した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
開発したフラッピング運動計測システムは，ロータブレードだけでなくスタビライザブレードのフラッピング運動の計測にも適用できることが判明した．また，観測データとモデルの同化を行うために必要となる連続時間・離散時間システムの感度を求める方法も導出した．これらの成果は，これまでの研究により構築した運動モデルの検証と改善を図る基盤として活用できる．また，本研究で提案したフラップ角制御を内在する飛行制御系によれば，スタビレス化した無人ヘリコプタ（スタビレス機）の制御を実施できることを数値シミュレーションにより明らかにした．このため，2018年度の研究目標は達成され，順調に研究が進展しているといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
予定通り，サブテーマ（1），（2）について研究を進める以外に，今後はサブテーマ(3) 適応フラッピング制御に基づく超ロバスト性の実現についても研究を開始する．また，開発したフラッピング運動計測システムでは，用いたマイコンCPUの能力制限のために，サンプリングレートをさらに向上させる必要がある．さらに，飛行実験により，構築した飛行制御系の性能の確認を実施する．
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