Fault-Tolerant Flight Control System and Its Flight Demonstration

容错飞行控制系统及其飞行演示

基本信息

批准号：
19H02340
负责人：
土屋武司
金额：
$ 10.98万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19H02340/
关键词：
飛行制御

项目摘要

従来の自動操縦が機能しない飛行中の航空機の故障や破損などに対し、適応制御・ロバスト制御手法を基盤とした耐故障飛行制御システムを研究する。とくに、既存の自動操縦器、およびパイロットの手動操縦と協調的に使用される制御システムの研究開発を行う。また、飛行に拘束条件が課せられた航空機が安全に飛行できる最適飛行軌道を機上で生成する実時間飛行軌道最適化手法を研究し、フライトシミュレータ、無人航空機、実験用航空機によって飛行実証することを目的とする。以下の成果が得られた。① 航空機の故障に対応できる飛行制御システムに関する研究。既存の飛行制御に単純適応制御を付加した研究を行った。これを航空機の横方向制御に適用し、数値シミュレーションと、フライトシミュレータをパイロットが操縦した場合のパイロットインザループ実験によって、その有効性を検証した。また、構造化H∞制御に関する研究を進めた。既存の航空機のC*制御に構造化H∞制御を組み合わせ、さらにゲインスケジューリング法も使い、航空機の飛行性能の向上を数値シミュレーションで検証した。② 不確実環境を考慮した確率論的な実時間飛行軌道最適化アルゴリズムの研究。風や空力係数などの不確実性を含む航空機の飛行軌道に対して、誤差分散の感度を参照軌道と参照共分散から精度よくかつ平易に計算する手法を研究し、最適化アルゴリズムに組み込む研究を行った。③ 固定席フライトシミュレータの整備。本研究の制御システムのパイロット評価を得るために、①②で用いられている数値計算ツールとシミュレータの有機的な結合を行い、またそれがパイロット操縦を含むパイロットインザループ実験に使用可能であることを確認した。④ 小型無人航空機を使った飛行実験。研究されている制御アルゴリズムを小型無人機を用いて飛行実証するために機体準備を行い、福島ロボットテストフィールドなどで試験飛行を行った。

我们将根据适用于飞机故障的自适应和强大的控制方法研究抗故障的飞行控制系统，而传统自动驾驶仪无法正常运行的飞行过程中的损坏。特别是，他们将研究和开发现有的自动驾驶仪和控制系统，这些系统将与手动试点控制合作。目的是研究实时飞行轨迹优化技术，这些技术在受到飞行限制的飞机上产生最佳的飞行轨迹，并通过飞行模拟器，无人驾驶飞机和实验飞机来展示飞行。获得了以下结果：1）对飞行控制系统的研究，这些系统可以响应飞机故障。进行了一项研究，以增加现有飞行控制的简单自适应控制。这应用于飞机的横向控制，当飞行员飞行员飞行模拟器飞行员时，通过数值模拟和飞行员实验来验证其有效性。我们还对结构化H∞控制进行了研究。现有飞机的C*控制与结构化H∞控制结合在一起，并使用增益调度方法来验证使用数值模拟的飞机飞行性能的改善。 2）研究不确定环境的概率实时飞行轨道优化算法。我们研究了一种方法，可准确，轻松地计算出对飞机飞行轨迹的参考轨迹和参考协方差的敏感性，这些飞行轨迹包含不确定性（例如风和空气动力系数），并进行了研究以将它们纳入优化算法。 ③维护固定座椅飞行模拟器。为了获得对本研究的控制系统的试点评估，进行了数值计算工具的有机耦合和①②中使用的模拟器的有机耦合，并证实可以将其用于涉及试点试验的驾驶型循环实验中。 ④使用小型无人机的飞行实验。该飞机准备使用一架小型无人飞机证明研究的对照算法，并在福岛机器人测试场和其他区域进行了试飞。