| 研究課題/領域番号 |
22K04539
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分24010:航空宇宙工学関連
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| 研究機関 | 湘南工科大学 |
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研究代表者 |
池田 裕一 湘南工科大学, 工学部, 准教授 (80435396)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | 宇宙機 / 姿勢制御 / 非線形離散時間制御 / コントロール・モーメント・ジャイロ / 特異点回避 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では,CMGの特異点回避を考慮した宇宙機の非線形サンプル値姿勢制御手法の開発,および地上実験機による有効性の検証を目的とし，以下の内容について研究,開発,および評価を実施する.
(A) 離散時間CMG駆動則の開発：離散時間におけるCMGの特異点解析を行い,特異点回避を担う離散時間CMG駆動則を設計する.
(B) 離散時間制御則の改良：申請者が提案した離散時間制御則を，外乱やパラメータ変動に対するロバスト性などを考慮した離散時間制御則に拡張する.
(C) 実験装置の製作および実証実験：(A)と(B)で構築した制御手法の実装可能性について問題点を吟味する.
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| 研究実績の概要 |
近年，特定領域の多点指向制御など，宇宙機の高速・大角度姿勢変更の要求が高まっており，大トルクが出力可能なコントロール・モーメント・ジャイロ（CMG）の使用が考えられる．CMGの特異点回避を考慮した宇宙機の非線形サンプル値姿勢制御手法の開発，および地上実験機による有効性の検証が本研究の目的であり，以下の課題に取り組んでいる．
・課題（A）：特異点回避を担う離散時間CMG駆動則の開発する．
・課題（B）：申請者が提案している離散時間制御則を，外乱やパラメータ変動に対するロバスト性などを考慮した離散時間制御則に拡張する.
・課題（C）：実験装置の製作し，実証実験を通して構築した制御手法の実装可能性について問題点を吟味する．前年度の2022年度において，外部特異点に関連するジンバル角速度制限やGMGの角運動量飽和を考慮するために，①制御入力をジンバル角速度とし，②離散時間制御側より指令ジンバル角速度を算出し，③ジンバル角速度制限の制約条件を考慮しつつ指令ジンバル角速度と（できるだけ）一致するようなジンバル角速度を算出する制御手法（手法1）を提案した．これは課題（A）と（B）を合わせた手法となっている．しかし，この手法1はジンバル角速度の制限により結果的にCMGの特異点を回避する間接的な手法になっており，直接特異点回避を考慮した手法になっていなかった．そこで2023年度は，手法1の③において特異点指標を最大化する非線形最適化問題を適用する手法（手法2）を提案し，手法1よりも高い特異点回避性能を有することを数値シミュレーションより確認した．課題（C）については，申請者の先行研究にて製作済みの実験装置の改修を実施した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
前述した課題（A）と（B）については概ね計画通りに進捗している．一方，課題（C）については，計算機PCと制御用モータの接続不良とその原因究明に想定以上の時間がかかったことから，実験機の改修に想定以上の時間を費やしてしまい，実験装置による検証ができなかった．以上のことから，進捗状況はやや遅れていると考えられる．
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| 今後の研究の推進方策 |
2024年度は，課題（A）と（B）については前述の手法2のさらなる性能向上を目指す．非線形最適化問題を適用することで特異点回避を直接に考慮できるようになったが非線形最適化問題を解くのに時間がかかるため，評価関数や制約条件などを見直し計算時間の低減を目指す．また，離散時間制御則においては外乱などに対するロバスト性は解決できたが，制御パラメータによってはチャタリング現象が生じるため，ターミナルスライディングモード制御に基づいてチャタリングフリーのロバスト制御則の導出を行う．さらに，安定化可能領域とサンプリング時間上限には反比例の関係があるという問題の解決にも取り組む．課題（C）については，計算機PCと制御用モータの接続不良が解決できたので，早急に検証実験を行う体制を整える．
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