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公開番号2025115886
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-07
出願番号2024010586
出願日2024-01-26
発明の名称制御装置、制御方法及びプログラム
出願人三菱重工業株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類G05B 13/02 20060101AFI20250731BHJP(制御;調整)
要約【課題】機体の状態変化に応じて制御ゲインを変更しつつ、機体を制御する方法を提供する。
【解決手段】制御装置は、ロータの回転により飛行する機体の姿勢を制御する制御装置であって、xを前記機体の状態、uを前記機体へ入力する姿勢角の指令値とする状態方程式において、前記ロータの回転数と、前記機体のピッチ角速度と、前記機体のロール角速度と、をスケジューリング変数κとして、LPV(Linear Parameter-Varing)システムを構築し、前記LPVシステムを、ゲインをK(κ)とするu=-K(κ)uによる状態フィードバック制御における前記K(κ)を、前記LPVシステムの状態と入力の二次形式で構成される評価関数を最小化する最小化問題を解くことにより算出する手段を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ロータの回転により飛行する機体の姿勢を制御する制御装置であって、
ｘを前記機体の状態、ｕを前記機体へ入力する姿勢角の指令値とする状態方程式において、前記ロータの回転数と、前記機体のピッチ角速度と、前記機体のロール角速度と、をスケジューリング変数κとして、ＬＰＶ（Linear Parameter-Varing）システムを構築し、前記ＬＰＶシステムを、ゲインをＫ（κ）とするｕ＝－Ｋ（κ）ｕによる状態フィードバック制御における前記Ｋ（κ）を、前記ＬＰＶシステムの状態と入力の二次形式で構成される評価関数を最小化する最小化問題を解くことにより算出する手段、
を備える制御装置。
続きを表示（約 980 文字）【請求項２】
前記算出する手段は、前記最小化問題において、前記評価関数を最小化することに加え、極を所定の範囲に配置することを指定し、さらに極配置のＬＭＩ（Linear Matrix Inequality）条件を制約条件とする、
請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記算出する手段は、前記状態の目標値と前記状態の差を積分する積分補償を前記状態方程式に追加した拡大系の状態方程式について、前記最小化問題を解く、
請求項１又は請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記機体に加わる外乱を考慮した運動方程式に基づく、前記外乱を打ち消すような前記機体のピッチ角速度と、前記機体のロール角速度と、前記機体のヨー角速度とを算出する補償手段、
をさらに備える請求項１又は請求項２に記載の制御装置。
【請求項５】
制御装置が実行する制御方法であって、
ｘをロータの回転により移動する機体の状態、ｕを前記機体へ入力する姿勢角の指令値とする状態方程式において、前記ロータの回転数と、前記機体のピッチ角速度と、前記機体のロール角速度と、をスケジューリング変数κとして、ＬＰＶ（Linear Parameter-Varing）システムを構築し、前記ＬＰＶシステムを、ゲインをＫ（κ）とするｕ＝－Ｋ（κ）ｕによる状態フィードバック制御における前記Ｋ（κ）を、前記ＬＰＶシステムの状態と入力の二次形式で構成される評価関数を最小化する最小化問題を解くことにより算出する、
制御方法。
【請求項６】
コンピュータに、
ｘをロータの回転により移動する機体の状態、ｕを前記機体へ入力する姿勢角の指令値とする状態方程式において、前記ロータの回転数と、前記機体のピッチ角速度と、前記機体のロール角速度と、をスケジューリング変数κとして、ＬＰＶ（Linear Parameter-Varing）システムを構築し、前記ＬＰＶシステムを、ゲインをＫ（κ）とするｕ＝－Ｋ（κ）ｕによる状態フィードバック制御における前記Ｋ（κ）を、前記ＬＰＶシステムの状態と入力の二次形式で構成される評価関数を最小化する最小化問題を解くことにより算出する処理、
を実行させるプログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、制御装置、制御方法及びプログラムに関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ビークルの諸元と、外乱条件と、パラメータ変動範囲と、目標応答を設定し、ビークルの力学モデルを作成し、力学モデルに基づきＬＰＶモデル化を行い、設定条件を逆ＬＭＩ問題として定式化して、ＬＭＩ設計法によりコントローラを導出し、目標応答の標準であるステップ応答を制約条件とする制御系設計アルゴリズムをＬＭＩステップ制約サーボ系の構成で作成する制御系の設計方法が開示されている。特許文献１の設計方法では、制御ゲインを固定しているため保守的な制御になりやすい。例えば、ロータ（回転翼）により飛行する移動体の機体制御を考えた場合、ロータの回転数が変化すると、ロータの角運動量に基づくジャイロモーメントの大きさが変化するが、制御ゲインが固定されていると、ジャイロモーメント変化等の機体の状態変化に十分に対応できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開平１１－１１０００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
機体の状態変化に応じて制御ゲインを変更しつつ、機体を制御する方法を提供する。
【０００５】
本開示は、上記課題を解決することができる制御装置、制御方法及びプログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示に係る制御装置は、ロータの回転により飛行する機体の姿勢を制御する制御装置であって、ｘを前記機体の状態、ｕを前記機体へ入力する姿勢角の指令値とする状態方程式において、前記ロータの回転数と、前記機体のピッチ角速度と、前記機体のロール角速度と、をスケジューリング変数κとして、ＬＰＶシステムを構築し、前記ＬＰＶシステムを、ゲインをＫ（κ）とするｕ＝－Ｋ（κ）ｕによる状態フィードバック制御における前記Ｋ（κ）を、前記ＬＰＶシステムの状態と入力の二次形式で構成される評価関数を最小化する最小化問題を解くことにより算出する手段、を備える。また、本開示に係る前記制御装置は、ＬＱＲ条件の両方を含む最小化問題を解くことによりＫ（κ）を算出する前記算出する手段に代えて、極配置条件とＬＱＲ条件の両方を含む最小化問題を解くことによりＫ（κ）を算出する、前記機体システムの閉ループ系の極が指定した領域内に配置されることを保証するＬＭＩを満たしつつ、状態と入力の二次形式で構成される評価関数を最小化する最小化問題を解くことにより算出する手段を備えていてもよい。
【０００７】
本開示に係る制御方法は、制御装置が実行する制御方法であって、ｘをロータの回転により移動する機体の状態、ｕを前記機体へ入力する姿勢角の指令値とする状態方程式において、前記ロータの回転数と、前記機体のピッチ角速度と、前記機体のロール角速度と、をスケジューリング変数κとして、ＬＰＶシステムを構築し、前記ＬＰＶシステムを、ゲインをＫ（κ）とするｕ＝－Ｋ（κ）ｕによる状態フィードバック制御における前記Ｋ（κ）を、前記ＬＰＶシステムの状態と入力の二次形式で構成される評価関数を最小化する最小化問題を解くことにより算出する。また、本開示に係る前記制御方法は、前記Ｋ（κ）を、前記機体システムの閉ループ系の極が指定した領域内に配置されることを保証するＬＭＩを満たしつつ、状態と入力の二次形式で構成される評価関数を最小化する最小化問題を解くことにより算出してもよい。
【０００８】
本開示に係るプログラムは、コンピュータに、ｘをロータの回転により移動する機体の状態、ｕを前記機体へ入力する姿勢角の指令値とする状態方程式において、前記ロータの回転数と、前記機体のピッチ角速度と、前記機体のロール角速度と、をスケジューリング変数κとして、ＬＰＶシステムを構築し、前記ＬＰＶシステムを、ゲインをＫ（κ）とするｕ＝－Ｋ（κ）ｕによる状態フィードバック制御における前記Ｋ（κ）を、前記ＬＰＶシステムの状態と入力の二次形式で構成される評価関数を最小化する最小化問題を解くことにより算出する処理、を実行させる。また、本開示に係る前記プログラムは、前記Ｋ（κ）を、前記機体システムの閉ループ系の極が指定した領域内に配置されることを保証するＬＭＩを満たしつつ、状態と入力の二次形式で構成される評価関数を最小化する最小化問題を解くことにより算出してもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本開示の制御装置、制御方法及びプログラムによれば、機体の状態変化に応じて制御ゲインを変更しつつ、機体を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
実施形態に係る制御システムの一例を示す図である。
実施形態に係るシングルロータ機の一例を示す図である。
実施形態に係る記号の一例を示す図である。
実施形態に係る複素平面上のＬＭＩ領域の一例を示す第１図である。
実施形態に係る複素平面上のＬＭＩ領域の一例を示す第２図である。
実施形態に係る複素平面上のＬＭＩ領域の一例を示す第３図である。
実施形態に係る複素平面上のＬＭＩ領域の一例を示す第４図である。
実施形態に係る複素平面上のＬＭＩ領域の一例を示す第５図である。
実施形態に係るパラメータの変動範囲の一例を示す図である。
実施形態に係るスケジューリング変数とパラメータの端点番号の対応関係の一例を示す図である。
実施形態に係る要求仕様（設計パラメータ）の一例を示す図である。
実施形態に係る極配置の一例を示す第１図である。
実施形態に係る極配置の一例を示す第２図である。
実施形態に係る極配置の一例を示す第３図である。
実施形態に係る極配置の一例を示す第４図である。
実施形態に係る極配置の一例を示す第５図である。
実施形態に係る極配置の一例を示す第６図である。
実施形態に係る極配置の一例を示す第７図である。
実施形態に係る極配置の一例を示す第８図である。
実施形態に係る極配置の一例を示す第９図である。
実施形態に係る制御系の構成図である。
実施形態の制御システムのハードウェア構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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