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。

从无人直升机的自主飞行控制需要集成各种传感器信息的高精度位置、速度和加速度信息的角度来看，我们去年开发了基于卡尔曼滤波的GPS（全球定位系统）和INS（惯性定位系统）。构建了混合系统（导航系统）。然而，当被跟踪的卫星的GPS信息发生变化时，就会出现阶梯状的飞行误差。在本研究中，我们利用 GPS 的绝对坐标信息和 INS 的飞机坐标信息构建了一个简单的实时飞行校正算法。此外，前一年构建的系统在飞机低速移动时能够对状态进行估计，没有较大误差，但在飞机加速移动时就会出现误差。为了解决这个问题，在本研究中，我们通过在卡尔曼估计方法中添加一种状态估计误差校正算法来校正状态估计误差，该算法使用增益调度方法，该方法考虑了通过系统辨识实验获得的直升机的动态特性。提出了方法，并利用实际飞行数据验证了其有效性。关于飞行控制系统的构建，这是本研究的另一个目的，我们将通过在考虑控制力饱和的鲁棒飞行控制系统中添加两个自由度来改善目标值跟踪特性。去年又进行了进一步的改进，并通过实验验证了其有效性。根据该方法，即使在控制输入饱和的情况下，也能够实现鲁棒且稳定的控制结构，并且目标值跟踪特性的劣化少。 2002年该研究成果在学术期刊论文（1篇）、国际会议（2篇）、国内会议（3篇）上发表。

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)。