非線形性を考慮したシステム同定法による大型無人ヘリコプタの自律飛行制御

考虑非线性的系统辨识方法大型无人直升机自主飞行控制

• 批准号: 13750433
• 负责人: 橋本 誠司
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Gunma University (2002)Oyama National College of Technology (2001)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750433/
• 关键词: 自律飛行制御; 大型無人ヘリコプタ; システム同定; GPS; INSハイプリット航法; センサフュージョン; 制御入力飽和; ゲンスケジュールド制御

無人ヘリコプタの自律飛行制御においては各種センサ情報を統合化した高精度な位置,速度,加速度情報が必要になるという観点から,前年度にカルマンフィルタリングに基づくGPS(全地球測位システム)・INS(慣性航法システム)ハイブリットシステムを構築した。しかしながら,GPS情報は捕捉している衛星が切り替わるとき階段状の飛び誤差が生じる。この飛びに対して,本研究では,GPSからの絶対座標情報とINSからの機体座標情報を用いることにより,リアルタイムでの簡単な飛び補正アルゴリズムを構築した。また,前年度に構築したシステムは低速運動時には大きな誤差なく状態推定可能であるが,機体が加速度運動を伴う場合には誤差が生じていた。この問題に対して,本研究ではカルマン推定法に対して,システム同定実験により得られたヘリコプタの動特性を考慮したゲインスケジューリング法による状態推定誤差補正アルゴリズムを付加することにより状態推定誤差を補正する手法を提案し,その有効性を実飛行データを用いて検証した。本研究のもう1つの目的である飛行制御系の構築に対しては,前年度に構築した制御力飽和を考慮したロバスト飛行制御系に対して,2自由度化を行うことにより目標値追従特性の更なる改善を行い,その有効性を実験検証により確認した。本手法では,制御入力飽和時にもロバスト安定でかつ目標値追従特性の劣化の少ない制御構成が可能である。本研究にて平成14年度に得られた成果は,学会誌論文(1件),国際会議(2件),国内会議(3件)で発表した。

Unmanned autonomous flight control system integrates all kinds of information, and constructs high-precision position, velocity, and acceleration information necessary for the construction of GPS(global positioning system) and INS(inertial navigation system) systems. GPS information is captured by satellites, and errors are generated in phases. In this research, by using absolute coordinate information from GPS and body coordinate information from INS, a simple flight and correction system is built. In previous years, when the structure was constructed, there was a large error in the estimation of the state, and when the body was accelerated, there was an error. In response to this problem, this study proposes a method for correcting the state estimation error by considering the dynamic characteristics of the flight system and the state estimation error by considering the dynamic characteristics of the flight system. The purpose of this study is to construct a flight control system that is effective in improving the performance of the flight control system by considering the saturation of the control force in the previous year. This method can reduce the possibility of deterioration of control structure when the control force is saturated. The results of this research were published in the journal of the Institute (1), international conferences (2), and domestic conferences (3).

项目成果

A.Forrai: "Robust-Controller design with hard constraint on the control signal"Archive of Applied Mechanics. 72・67. 379-394 (2002)

A.Forrai：“对控制信号进行硬约束的鲁棒控制器设计”应用力学档案72・67（2002）。

S.Hashimoto: "Construction of Navigation and Control Systems of A Large-Scale Unmanned Helicopter Based on Identified Model"Proc. of the 15th International Federation of Automatic Control World Congress(IFAC'02). T-Th-E21. 1-6 (2002)

S.Hashimoto：“基于识别模型的大型无人直升机导航与控制系统的构建”Proc。

Alexandru Forrai: "Robust Controller Design with Hard Constraints on the Control Signal-Application for Motion Control Systems"Journal of Electrical Engineering, Archiv fuer Elektrotechnik, Springer. 83・4. 179-186 (2001)

Alexandru Forrai：“运动控制系统中控制信号应用的鲁棒控制器设计”，电气工程杂志，Archiv fuer Elektrotechnik，Springer 83・4 (2001)。