海中ビークルの開発支援用フライトシミュレーションシステムの開発研究

支持水下航行器发展的飞行模拟系统研发

• 批准号: 11750801
• 负责人: 山口 悟
• 金额: $ 1.02万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750801/
• 关键词: 曳航体; 運動制御; シミュレーション; ケーブル; 数値シミュレーション; ランプドマス法

曳航式海洋観測ロボットを対象としてフライトシミュレーションシステムの開発を実施した。1)ケーブル運動のモデル化より深い水深までの計測を実施するためには長大な曳航ケーブルが必要となり、その長さは数百メートル以上となるため、曳航体、曳航ケーブル、曳航母船より成る系全体において曳航ケーブルの運動が支配的となる。ケーブル運動のモデル化にはランプドマス法、差分法などが多く用いられる。LQIコントローラ等のモデルベースの制御系の設計には対象の動力学を正確に表現する数学モデルが不可欠であるが、ランプドマス法、差分法に基づくケーブル運動のモデルは制御系設計のためには適さない。そこでケーブル運動の基礎方程式を固有関数展開を用いることにより近似し、数学モデルとして採用することを考え、モデルの精度について検討した。2)非定常揚力の影響海中ビークルの運動制御に用いられる動翼の発生する揚力は通常、定常近似を用いて表現され、運動制御系もこのモデルに基づいて設計される。設計された制御系を用いた実海域での運用時に、シミュレーションでは発生しない尾翼の振動を原因とする制御の不安定性が見られたことから、これまで使用してきた数学モデルの尾翼に関する部分に誤差を含んでいることが考えられた。そこで、観測中の各動翼の運動データに基づいて、翼に発生する非定常揚力をシミュレートし動翼の数学モデルを検討した。その結果、運航中曳航体のピッチ角とロール角を制御するために使用される尾翼は絶えず短周期の振動を続けており、発生する揚力は定常近似ではうまく表せないことを確認した。この非定常影響を一時遅れモデルで近似する方法を提案し、これに基づき制御系の設計を行った例を示した。3)海洋実験による検証得られた数学モデルに基づいてLQI制御方式による運動制御系を設計し、海洋実験でその有効性を調査した。その結果定常状態においては、深度は1m以内、ロール角とピッチ角の振幅は2度以内に押さえられ、連続的な深度変更時にも指令深度に対する遅れの少ない優れた制御性能を示した。

The development of a navigation system is being implemented. 1) The measurement of the movement of the ship is carried out in the depth of the water. The movement of the ship is controlled by the movement of the whole ship. The method of difference and the method of multiple-use are used to analyze the motion of the object. The design of the control system of LQI is based on the correct representation of the dynamics of the image. The basic equations of motion are used to determine the accuracy of the equations. 2)Effects of unsteady lift forces on motion control in the sea: general, steady-state approximation, performance, and motion control system design The design of the control system is based on the operation of the sea, and the causes of the vibration of the tail are included in the calculation. A mathematical model of the unsteady lift forces generated by the motion of each moving wing in the system is discussed. The results show that the angle of rotation of the drag body during operation is controlled by the use of the tail, and the vibration of the tail is generated by the constant approximation. This paper presents a method for estimating the time-dependent effects of the system, and an example for designing the system. 3)The mathematical basis for the design of the motion control system and the investigation of the effectiveness of the ocean control system are discussed. The results show that the control performance is excellent when the depth is less than 1m, the amplitude is less than 2 degrees, and the depth is changed.

项目成果

山口悟,小寺山亘,横引貴史: "海洋環境総合観測ロボット「Flying Fish」の開発研究-運動制御の高精度化(第2報)-"日本造船学会論文集. (発表予定).

Satoru Yamaguchi、Wataru Koterayama、Takashi Yokobiki：“海洋环境综合观测机器人‘飞鱼’的开发研究——提高运动控制精度（第二次报告）——”日本造船学会论文集（待发表。 ）。

Satoru Yamaguchi,Wataru Koterayama et al.: "Development of a Motion Control Method for a Towed Vehicle with a Long Cable"Proceedings of Underwater Technology 2000. 491-496 (2000)

Satoru Yamaguchi、Wataru Koterayama 等人：“长电缆拖曳车运动控制方法的开发”水下技术论文集 2000. 491-496 (2000)

Satoru Yamaguchi et al.: "Development of a Motion Control Method for a Towed Vehicle with a Long Cable"Proc.of Underwater Technology 2000. (発表予定).

Satoru Yamaguchi 等人：“长电缆牵引车辆运动控制方法的开发”Proc.of Underwater Technology 2000。（待提交）。