小型無人ヘリコプタのロバスト制御による完全自律誘導制御に関する研究

• Project/Area Number: 04J03589
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Dynamics/Control
• Research Institution: Chiba University
• Research Fellow: 藤原 大悟 千葉大学, 大学院・自然科学研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2004 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2004: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 小型無人ヘリコプタ / 自律制御 / ホバリング制御 / 誘導制御 / ロバスト制御

Research Abstract

小型無人ヘリを自律制御するためのハードウェアに関して、信号入出力に関する考察と検証実験を行った。特に、周期的信号がある装置を経由する場合を考え、それにより発生するむだ時間を検討対象とした。まず、周期的信号の入力と出力の関係を数式で記述し、入力されてから出力されるまでの時間を定式化した。そこから、この遅延時間を一定値にしたいなら、入力と出力の信号の周期を同一としなくてはならないことが示された。さらに、定式化された関係を用い、出力信号の周期を微小変動させることで入出力間遅延時間を自由に変更できるようにした数式モデルを導出した。このモデルに基づき、遅延時間を所望の一定値に拘束する制御系を開発し、シミュレーションおよび机上実験によりその有効性を確認した。
小型無人ヘリをロバスト制御する第一段階として、ヘリのスタビライザと呼ばれる構造の動力学的解析と検証実験を行った。機械力学および航空力学に基づき、スタビライザの挙動解析を行った。実験装置としてスタビライザを省いたスタビレスヘリを試作し、その姿勢運動の特性を同定実験により数学モデルとして得た。力学的解析とスタビレスヘリの数学モデルを用い、スタビ付きのモデルとの比較から解析の妥当性を検証し、また、スタビ付き小型無人ヘリの姿勢運動の第1次共振モードがスタビライザによるものであることを示した。力学的解析結果を制御プログラムに実装してスタビレスヘリを制御する実験を行い、その結果、仮想的なスタビライザを実現した。あわせて、スタビ付きとスタビレスの両機体の数学モデルを比較することにより、両者の運動特性の違いや自律制御への適性の考察も行った。