2019 Fiscal Year Research-status Report
風洞実験に基づいた車輪型ドローンのモデリングと適応最適制御系設計と飛行実験実証
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18K04196
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
山田 学 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40242903)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 自動制御 / 飛行ロボット / 非線形系 / ドローン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請者は、車輪型の保護フレームを付けた車輪型ドローンを2013年に発明し、これまで、壁面や天井などの構造物に接触しながら飛行し、狭い場所でも安定 かつ正確に移動できる車輪型ドローンを開発してきた。本研究の目的は、構造物に接触しながら目標値に高精度で追従飛行できる車輪型ドローンの自動制御システムの開発である。
2019年度は、研究２年目であるため、当初の予定通り、2018年度の研究課題②の成果を応用して、研究課題①～⑥の中で、研究課題③の「空中で安定・安全かつ高精度に飛行できる自動制御系 の開発と実験」と、研究課題④の「地上をで安定・安全かつ高精度に走行できる自動制御系の開発と実験」を行った。
2019年度の研究実績は以下の通りである。課題③については、課題②の成果を応用して、空中で安定に静止でき、3次元の目標値に高精度で追従する車輪型ドローンの自動制御系を設計・開発した。研究方法は、本研究申請者の提案する「厳密な線形化手法」の理論を2次元平面の移動体から3次元空間の移動体に拡張し、飛行状態のドローンに応用することで、モデルベースの目標値追従制御系を設計した。そして、シミュレーションにて、本研究の目標である、半径20cm球内での空中静止（無風時）と位置追従精度20cm以内の目標値追従性能を確認した。一方、課題④についても、課題②の成果を応用して、地上で目標値に高精度で追従走行できるドローンの自動制御系を設計・開発した。研究方法は、本研究申請者の提案する「厳密な線形化手法」を、地上走行状態のドローンに応用し、モデルベースの目標値追従制御系を設計した。シミュレーションにて、本研究の目標である、位置追従精度10cm以内の高精度追従性能を確認した。実機実験では、製作した「小型の車輪型ドローン」を利用して実施し、その有用性を実証した。計画通り順調に進んでいる。
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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
2019年度の研究計画は、2018年度の研究課題②の成果を応用して、研究課題①～⑥の中で、研究課題③の「空中で安定・安全かつ高精度に飛行できる自動制御系 の開発と実験」と、研究課題④の「地上をで安定・安全かつ高精度に走行できる自動制御系の開発と実験」を行うことであった。
2019年度の研究実績は以下の通りである。課題③については、課題②の成果を応用して、空中で安定に静止でき、3次元の目標値に高精度で追従する車輪型ドローンの自動制御系を設計・開発した。研究方法は、本研究申請者の提案する「厳密な線形化手法」の理論を2次元平面の移動体から3次元空間の移動体に拡張し、飛行状態のドローンに応用することで、モデルベースの目標値追従制御系を設計した。そして、シミュレーションにて、本研究の目標である、半径20cm球内での空中静止（無風時）と位置追従精度20cm以内の目標値追従性能を確認した。一方、課題④についても、課題②の成果を応用して、地上で目標値に高精度で追従走行できるドローンの自動制御系を設計・開発した。研究方法は、本研究申請者の提案する「厳密な線形化手法」を、地上走行状態のドローンに応用し、モデルベースの目標値追従制御系を設計した。シミュレーションにて、本研究の目標である、位置追従精度10cm以内の高精度追従性能を確認した。
ただし、実機を用いた実験では上記の目標性能を満たしていないため、2020年度では、製作した「小型の車輪型ドローン」の制御システムや研究課題②で得られた風洞実験による制御対象のモデリングを再検討する必要がある。
以上のように、当初の計画通り、順調に進んでいる
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度の研究計画は、2019年度の研究課題②の成果を応用して、研究課題①～⑥の中で、当初の計画通り、研究課題⑤の「壁や天井などに接触し安定かつ高精度に飛行できる自動制御系の開発と実験」と、研究課題⑥の「風速・風向をオンラインで推定し最適に飛行できる適応制御系の開発と実験」に取り組むことである。とくに研究課題⑥では、これまでの研究課題①～⑤の成果を応用し、風速・風向など測定困難な外的環境因子を機体の運動からオンラインで推定し最適に制御する適応制御システムを開発する。
さらに、上記の「現在までの進捗状況」に記載の通り、課題③や④の成果について、シミュレーションでは研究目標を達成しているが、実機を用いた実験では研究計画の目標性能を満たしていないため、2020年度では、これまで製作した「小型の車輪型ドローン」の制御システムや研究課題②で得られた風洞実験による制御対象のモデリングを再検討し、実験でも目標性能を満たすように研究を進める予定である。
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| Causes of Carryover |
機体製作のための材料費が当初予算に比べて安く購入できたため。
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