垂直着陸機の最適誘導と適応制御アルゴリズムの開発

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14550856
• 研究機関: 日本大学
• 研究代表者: 嶋田 有三 日本大学, 理工学部, 教授 (90060235)
• 研究分担者: 内山 賢治 日本大学, 理工学部, 講師 (90281691)
• キーワード: 最適誘導 / 適応制御 / 月面着陸機 / 垂直着陸 / 軟着陸 / 最少燃料

研究概要

研究は、次の2点に分けて実施された。
1.最適誘導則と適応制御則の開発
従来の垂直着陸機の誘導制御則には以下の問題があった。(1)燃料最少を保証するが垂直軟着陸を保証しないか、(2)重力旋回により垂直軟着陸を保証するが準燃料最少軌道である。また、(3)速度制御は可能であるが、位置制御ができず、(4)安定性の保証も十分でない。さらに(5)質点運動の制御のみであり、姿勢制御までは考慮されていない。そこで、上記(2)〜(5)の問題を考慮した誘導制御則を開発し、「国際会議で3件」発表した。さらに、(1)に関して、jerk(加速度の微分)を入力に採用し、任意初期条件に対する垂直着陸を保証する誘導則を解析的に導き、「日本航空宇宙学会の講演会」で発表した。
2.最適誘導・適応アルゴリズの検証
連続系と見なされた制御対象の運動方程式と、同じく連続系として設計された誘導制御則を結合したシステムに対してディジタル計算機による制御を実施するとき、AD、DAコンバータによる量子化誤差、サンプリング周期の不足によるエイリアッシング現象等が生じる可能性がある。そこで、オンボード計算機と見立てた既製のボード計算機(dSpace社製DS1104)と制御対象と見立てたボード計算機(同DS1104)の2枚を、AD(16ビット、12ビット),DAコンバータ(16ビット)を介して結合した計算機実験を行った。その結果サンプリング・インターバルTs=0.1ミリ秒の実測値が得られ、その結果を「日本航空宇宙学会の講演会」にて発表した。しかし、フィルターによるノイズの減衰が必要であり、高サンプリング周波数による極限ゼロ点問題が生じているのか否か、やセンサー・アクチュエーター特性については、次年度に検証する必要性が生じた。

研究成果

• [文献書誌] Akio Abe, Kenji Uchiyama, Yuzo Shimada: "Trajectory and Attitude Control for a Lunar-Lander using a Reference Model"Proc. of International Conference on Control, Automation, and System. 453-458 (2002)
• [文献書誌] Kenji Uchiyama, Yuzo Shimada: "Design of Optimal Guidance and Tracking Control for a Spacecraft"Proc. of 3^<rd> Pacifi c-Asia conference on Mechanical Engineering. (2002)
• [文献書誌] Akio Abe, Kenji Uchiyama, Yuzo Shimada: "Nonlinear Tracking Control Law for a Lunar Lander"Proc. of 3^<rd> Pacific-Asia conference on Mechanical Engineering. (2002)
• [文献書誌] 小川知宏, 内山賢治, 嶋田有三: "月面着陸機のための誘導即の最適性について"日本航空宇宙学会北部支部2003年講演会講演論文集. 9-12 (2003)
• [文献書誌] 野村享右, 鈴木公貴, 内山賢治, 嶋田有三: "オンボード計算機による月面着陸機の誘導制御アルゴリズムの検証"日本航空宇宙学会北部支部2003年講演会講演論文集. 13-18 (2002)