拡張モデル予測制御を用いたQTW-UAVの完全自律飛行の実現

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本研究では，状態量を超平面に拘束することでロバスト性を向上させる拡張モデル予測制御（EMPC）を実装したクワッドティルトウイング無人機（QTW-UAV）の自律飛行制御システムの提案，飛行試験による実機実証を目的とする．本年度は，QTW-UAVに搭載可能な小型で性能が限定的な計算機にEMPCを実装するためにEMPCの最適化計算における計算負荷の低減を行った．EMPCは一般的なモデル予測制御（MPC）と同様に内点法等を用いて二次計画問題を解く必要があるため，毎制御ループ時における計算量が大きいことが知られている．また，未来の状態量の予測区間を長く確保すると計算量が増大する．そこで，時刻ステップ毎に参照軌道と予測状態量の差を評価する従来のMPCとは異なり，参照軌道と予測状態量の一致点を評価し，制御入力を予め定めた基底関数で表現することで計算量を大幅に低減するロバスト予測関数制御（RPFC）を新たに提案した．RPFCは，数値シミュレーションによって，外乱入力に対するロバスト性を検証した．また，QTW-UAVの運動をロール軸周りの運動に限定した実験装置を用いて，姿勢制御系における追従性能および外乱影響に対するロバスト性を評価し，有効性の検証を行った．以上の成果は，第60回飛行機シンポジウムにて発表を行った．来年度は飛行試験のためのQTW-UAVの実験機を完成させる予定であり，今年度は電装システムの統合を進めている段階である．飛行試験では，離陸，巡航，着陸まで自律飛行を予定しており，目標飛行経路への追従性，着陸地点における位置精度の評価を行う．