2013 Fiscal Year Research-status Report
構造的かつ戦略的に巧みなハイパースマート飛行体の開発と制御
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25420215
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
田中 一男 電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 教授 (00227125)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 基康 電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 助教 (50633442)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 飛行ロボット / 非線形制御 / スマート飛行 |
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| Research Abstract |
構造的スマートさに関する研究（モデリング，制御および機体開発）
(1) 飛行体のモデリングと制御系設計
フレキシブル翼を持つ飛行体は運動方程式の構造も変化するため，システムの記述方法を開発する必要がある．本研究では，フレキシブル翼を持つ飛行体特有のモーメント，慣性力などの変化を巧みに記述するモデル，および，システム次元の変化を巧みに記述するモデル表現を提案した．また，制御系設計条件を線形行列不等式(LMI)条件で表現し，凸計画問題として数値的可解設計問題に定式化した．さらに，空力特性が多項式で近似できることから，Sum of Squares (SOS)に基づく制御系設計条件も導出した．最近，SOS はLMI 超える制御系設計法として注目を浴びており，飛行体制御を通して本SOS 設計アプローチの優位性をシミュレーションにより明らかにした．
(2) 機体開発
飛行ロボットのプロトタイプの試作はなされているが，飛行テストの結果，長時間飛行を考えるとその飛行効率，耐久性が明らかに不十分であった．軽量化と耐久性，ペイロード最大化を考慮し，しかも，長時間飛行に耐えられる耐久性を備える機体諸元パラメータの最適化とモータスペックの選定を行った．この結果に応じ，必要部品を用いて機体を製作した．小型モーションセンサ，インタフェースシステム等を用いて実験システム構築を行った．この飛行体に(1)で開発した制御手法を適用することで，本手法の有効性を実証するとともに，耐久飛行試験を行った．
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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
当初の計画通りの実施が実現できたため，制御系の設計で改善の余地は残るものの予定通りに進行している．
(1) 飛行体のモデリングと制御系設計
a)フレキシブル翼を持つ飛行体特有のモーメント，慣性力などの変化を巧みに記述するモデル，および，システム次元の変化を巧みに記述するモデル表現を提案した． b)制御系設計条件を線形行列不等式(LMI)条件で表現し，凸計画問題として数値的可解設計問題に定式化した． c)空力特性が多項式で近似できることから，Sum of Squares (SOS)に基づく制御系設計条件を導出した． d)飛行体制御を通して本SOS 設計アプローチのLMIに対する優位性をシミュレーションにより明らかにした．
(2) 機体開発
a)軽量化と耐久性，ペイロード最大化を考慮し，しかも，長時間飛行に耐えられる耐久性を備える機体諸元パラメータの最適化とモータスペックの選定を行った． b)上記の結果に応じ，必要部品を用いて機体を製作した． c)小型モーションセンサ，インタフェースシステム等を用いて実験システム構築を行った． d)この飛行体に(1)で開発した制御手法を適用することで，本手法の有効性を実証するとともに，耐久飛行試験を行った．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２５年度では，制御系設計で若干の改善の余地が残ったため，この改善を試みながら，平成25年度科学研究費助成事業（学術研究助成基金助成金）交付申請書（様式 Ｄ-２-１）で記述した平成２６年度の研究実施計画を確実に実行する．平成２６年度の研究実施計画の詳細は平成25年度科学研究費助成事業（学術研究助成基金助成金）交付申請書（様式 Ｄ-２-１）を参照されたい．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
北海道のJAXA航空宇宙実験場で１０日前後予定していた最後の飛行テスト実験が年度内に行えず，この実験のための物品購入や人権費・謝金，さらには，北海道までの実験参加者の旅費などの経費が平成２６年度に繰り越されたため．
平成２５年度に行えなかった北海道のJAXA航空宇宙実験場で１０日前後予定していた飛行テスト実験を平成２６年度に行う予定である．当初の申請書で計画していた平成２６年度の経費についても，当初の申請書通り，平成２６年度中に執行を予定している．
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Research Products
(5 results)
