自律型エアロロボットの安全性向上を目的とした環境適応型飛行制御に関する研究

本研究で開発した航法システムを活用し,環境に含まれる不確かさの推定を行う方法の研究を行った.具体的には磁気偏角推定問題を取り上げた.磁気偏角を含まない方位角を推定する方法としてGPSコンパスが用いられているが,本研究が対象とするエアロロボットのような無人航空機に対してはペイロードやスケールから適していない.エアロロボットの移動を航法システムにより観測した結果から磁気偏角を推定する問題を定式化し,その解法に関する研究を行った.磁気偏角推定問題は2×2実行列の最大固有値問題となることを明らかにした.飛行実験により提案手法の有効性を確認した.さらに,環境に応じて自律・適応的に振舞いが変化する知的な飛行制御の研究を行った.具体的には,(1)環境の変化により生じる飛行安定性の損失を最小限にとどめ,安全性を向上させるために状態を自律的に変化させる機構の開発,(2)知的な非線形ロバスト適応飛行制御系に関する研究を行った.まず,対気速度と姿勢角の相関が高いことを利用した制御系を構築した.特に,ロール角のトリムからのずれは機体が横風を強く受けているか,横滑りを起こしていることを意味することから,飛行の安全性の指標として利用できる.ロール角誤差とロール角速度を元にして方位角制御を行うことにより,風上あるいは風下方向に機種をあわせる制御が実現できることを示した.提案手法によれば,風見安定効果よりピッチ角・ロール角の変動が大きく低減することができ,安全性の向上を図ることができることを飛行実験の結果から明らかにした.また,モジュール構造を持つロバスト制御系をニューラルネットワークにより学習する方法を提案した.さらに,ロバスト性を適応的に変化させる適応路バスト飛行制御系の設計を行い,高度方向のシミュレーション実験よりその有効性を確認した.

本研究で開発した航法システムを活用し,環境に含まれる不確かさの推定を行う方法の研究を行った.具体的には磁気偏角推定問題を取り上げた.磁気偏角を含まない方位角を推定する方法としてGPSコンパスが用いられているが,本研究が対象とするエアロロボットのような無人航空機に対してはペイロードやスケールから適していない.エアロロボットの移動を航法システムにより観測した結果から磁気偏角を推定する問題を定式化し,その解法に関する研究を行った.磁気偏角推定問題は2×2実行列の最大固有値問題となることを明らかにした.飛行実験により提案手法の有効性を確認した.さらに,環境に応じて自律・適応的に振舞いが変化する知的な飛行制御の研究を行った.具体的には,(1)環境の変化により生じる飛行安定性の損失を最小限にとどめ,安全性を向上させるために状態を自律的に変化させる機構の開発,(2)知的な非線形ロバスト適応飛行制御系に関する研究を行った.まず,対気速度と姿勢角の相関が高いことを利用した制御系を構築した.特に,ロール角のトリムからのずれは機体が横風を強く受けているか,横滑りを起こしていることを意味することから,飛行の安全性の指標として利用できる.ロール角誤差とロール角速度を元にして方位角制御を行うことにより,風上あるいは風下方向に機種をあわせる制御が実現できることを示した.提案手法によれば,風見安定効果よりピッチ角・ロール角の変動が大きく低減することができ,安全性の向上を図ることができることを飛行実験の結果から明らかにした.また,モジュール構造を持つロバスト制御系をニューラルネットワークにより学習する方法を提案した.さらに,ロバスト性を適応的に変化させる適応路バスト飛行制御系の設計を行い,高度方向のシミュレーション実験よりその有効性を確認した.