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。

我们将研究基于自适应控制和鲁棒控制方法的容错飞行控制系统，以处理传统自动驾驶仪不起作用时飞机在飞行过程中出现的故障和损坏。特别是，将对现有自动驾驶仪和与飞行员手动控制配合使用的控制系统进行研究和开发。此外，我们还将研究实时飞行轨迹优化方法，在机上生成最佳飞行轨迹，使飞机能够在飞行约束下安全飞行，并利用飞行模拟器、无人机和实验飞机进行飞行演示。是得到以下结果。 ① 可响应飞机故障的飞行控制系统研究。我们研究了在现有飞行控制中添加简单的自适应控制。我们将其应用于飞机的横向控制，并使用飞行员操作的飞行模拟器通过数值模拟和飞行员在环实验验证了其有效性。我们还进行了结构化H∞控制的研究。通过将结构化H∞控制与现有飞机C*控制相结合，并采用增益调度方法，通过数值仿真验证了飞机飞行性能的改善。 ②考虑不确定环境的随机实时飞行轨迹优化算法研究。人们正在研究如何准确、轻松地计算飞机飞行轨迹的参考轨迹和参考协方差的误差灵敏度，其中包括风和空气动力系数等不确定性，并将其纳入优化算法。 ③ 固定座飞行模拟器维修。为了获得本研究中控制系统的先导评估，我们将①和②中使用的数值计算工具与模拟器有机结合，并确认其可以用于包括先导运行在内的中试实验。。确认的。 ④小型无人机飞行实验。为了利用小型无人机演示正在研究的控制算法，在福岛机器人试验场等地进行了准备和试飞。