| 研究課題/領域番号 |
12555281
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 展開研究 |
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| 研究分野 |
海洋工学
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
中村 昌彦 九州大学, 応用力学研究所, 助教授 (40155859)
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| 研究分担者 |
織田 博行 三井造船昭島研究所, 制御エンジニアリング部, 副部長(研究職)
梶原 宏之 九州大学, 工学研究所, 教授 (30114862)
小寺山 亘 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (80038562)
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| 研究期間 (年度) |
2000 – 2002
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| キーワード | 水中ビークル / 高精度位置制御 / 運動制御 / 巡航 / 自律 / スラスター / 水平尾翼 / Equation of motion |
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| 研究概要 |
近年地球環境に関する研究の為の海洋調査・観測、海洋資源探査等に水中ビークルが使われることが多くなってきた。これらの調査・観測・探査は広い範囲を広域的に行う必要のあるものと、小さな範囲を局地的に密度濃く行う必要の有るものに分けられる。そこで局地観測が必要な点で詳しい調査・観測を行った後次の地点にそのまま高速で移動できる、高精度位置制御可能型水中ビークルの長所と巡航型のビークルの長所を併せ持つビークルの開発が望まれる。
本研究ではまず制御工学的立場より上記仕様を満たす為に必要なアクチュエーターの検討、流体力学的立場より高精度の位置制御性能と巡航性能を同時に実現可能な機体形状の検討を行い、水槽実験用ビークルを作成した。ビークルの主要目は以下のとおりである。全長:1.2m、全幅:0.7m、全高:0.24m、重量:40kg、巡航用スラスター(推力1kg)×2、水平尾翼(左右独立して制御可),上下方向スラスター(推力1kg)×2、左右方向スラスター(推力1kg)×2。後部左右2機の巡航用スラスター、左右独立して制御可能な水平尾翼、左右・上下方向位置制御用スラスターを持つことにより、多様な障害物回避モードが可能となる。
次に、スラスター性能試験、1/2ソリッドモデルを使用した、機体の抵抗、水平尾翼が発生する揚力等の流体力計測、機体が迎角を持った場合の流体力計測、機体が斜航角を持った場合の流体力計測、前後揺れ、左右揺れ、上下揺れ、横揺れ、縦揺れ、船首揺れの6状態について強制動揺実験を行う事により、付加質量、ダンピング等の動的な流体力計測を行った。得られた流体力係数を用いてビークルの運動を記述する6自由度数学モデルを構築し、これを用いてコントローラーの設計、6自由度運動シミュレーションプログラムの作成が行われた。
制御方法に関しては、モデルベース制御理論に基づき、位置・方位角・深度制御について検討し、ゲインスケジューリング手法により制御性能の改善を図った。また、非線形制御が可能であり、外乱等の変化に対して学習能力を持たせる事ができるニューラルネットワークを利用した非モデルベースコントローラーの設計方法についても検討を行った。
最後に開発したビークルの速度・深度・ロール等色々な運動制御能力が上記海洋観測に十分なものであることを確認した。
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