JP2007178693A - シミュレーション装置、方法、および、プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のシミュレーション装置10では、第1シミュレーション(簡略モデル)13から第2シミュレーション(詳細モデル)17への切替時刻において、第1シミュレーション13から取得した位置と、その位置に対応する回転角を基に、第2シミュレーション17の情報位置情報算出部22による位置の算出が実行される。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の一実施形態のシミュレーション装置の構成を示す図である。
図1に示すシミュレーション装置10は、航空機の移動についてのシミュレーションを実行する装置である。
図2では、粗いモデル(第1シミュレーション)が詳細なモデル(第2シミュレーション)に先立って起動され、切替時刻に、粗いモデルから詳細なモデルに切り替える場合が示されている。モデルの切替時刻情報は、モデル切替時刻情報データベース23に格納される。また、詳細なモデルを切替時刻からどれだけ前倒しして起動しなければならないかを示す時間、すなわち、第1シミュレーションで算出された補間データ(位置座標)をその第1シミュレーションから取得しなければならない時間(補間データ取得時間)は、補間データ取得時間情報データベース24に格納される。すなわち、詳細なモデルは、切替時刻より補間データ取得時間だけ前倒しして起動される。
図5に示すように、切替時刻tcの3ステップ前の時刻(tc−2)から粗いモデルで補間して算出した位置を詳細なモデルで取得している。すなわち、時刻(tc−2)で、粗いモデルが算出した位置座標(Xtc−2,Ytc−2,Ztc−2)、時刻(tc−1)で、粗いモデルが算出した位置座標(Xtc−1,Ytc−1,Ztc−1)、時刻tcで、粗いモデルが算出した位置座標(Xtc,Ytc,Ztc)、をそれぞれ詳細なモデルで取得している。
これにより、少なくとも切替時刻tcで実行される次位置(時刻tc+1の位置)の算出は、粗いモデルで算出された位置座標(Xtc,Ytc,Ztc)と、その粗いモデルで算出された3履歴分(時刻tc−2、tc−2、tc)の位置座標から算出されたピッチ(PITCHtc)、ロール(ROLLtc)、ヨー(YAWtc)の値を用いて行われることになり、粗いモデルから詳細なモデルへの切替を信頼性(位置座標の連続性)を保ちつつ行うことが可能になる。
図6Aに示すように、第1シミュレーション13は、位置座標算出部(補間データ算出部)28を備える。位置座標算出部28は、第1シミュレーション13の入力データファイル14中に指定される、航空機の飛行経路情報(航空機が通過する各位置と、それらの位置を通過する時刻)を用いて、各時刻での航空機の位置を、その飛行経路情報中の位置を補間して算出している。
図6Bに示すように、第2シミュレーション17は、上述の補間データ取得部21、位置座標算出部22に加えて、さらに、ローリング角算出部31、ピッチング角算出部32、ヨーイング角算出部33を備える。算出部31〜33は、算出された3履歴分の位置座標を基に、ピッチング角、ローリング角、ヨーイング角をそれぞれ算出する。
第2シミュレーション17の通常の動作モードでは、位置座標算出部22によって、算出された位置座標と、算出されたローリング角、ピッチング角、ヨーイング角を基に、次ステップの航空機の位置座標が算出される。
図7において、まず、ステップS201で、図6Bの補間データ取得部21によって、粗いモデル(第1シミュレーション)で補間により算出された位置座標が取得される。そして、ステップS202で、十分な数の位置座標の組(例えば、3組の位置座標)が取得(収集)されたかが判定される。ステップS202で十分な数の位置座標の組が取得されていないと判定された場合、ステップS204に進む。
図8において、まず、(1)で、算出済みの位置の3点を取得し、その3点を通る円を求めることで、その円の半径(旋回半径)と、旋回率(単位時間当たりの角度変化)を算出する。そして、(2)で、算出された旋回半径と旋回率を基に、機体の速度と向心力を以下の式により算出する。
速度=旋回半径×旋回率
向心力=旋回率×機体質量×速度
そして、(3)で、揚力とローリング角(バンク角)を以下の式により算出する。
揚力=速度×揚力係数
ローリング角=sin−1(向心力/揚力)
なお、揚力係数は、第2シミュレーション17の入力データファイル18中に指定される。
図9において、まず、(1)で、算出済みの位置の3点を取得し、その3点を通る円を求めることで、その円の中心座標(Xc,Yc,Zc)を算出する。そして、(2)で、機体の現在位置(Xt,Yt,Zt)と、算出された中心座標(Xc,Yc,Zc)を用いて、次式により、ピッチング角を算出する。
ピッチング角=tan−1((Xt−Xc)/(Zt−Zc))
図10は、ヨーイング角の算出方法を説明する図である。このヨーイング角の算出処理は、図6Bのヨーイング角算出部33によって実行される。
ヨーイング角=tan−1((Xt−Xc)/(Yt−Yc))
図11は、詳細なモデルで用いられる座標系を説明する図であり、(a)は機体に固定される機体軸を、(b)は地面に固定される地面軸を、(c)は地面軸に対する機体軸の向きを示す図である。
航空宇宙工学便覧 第2版、日本航空宇宙学会編、丸善、1992年、pp396−398 まず、ローリング角速度p、ピッチング角速度q、ヨーイング角速度rと、オイラー角(φ、θ、ψ、dφ/dt、dθ/dt、dψ/dt)は以下のような関係がある。p=(dφ/dt)−(dψ/dt)・sinθq=(dθ/dt)・cosθ+(dψ/dt)・sinφ・cosθr=−(dθ/dt)・sinφ+(dψ/dt)・cosφ・cosθ 図8〜図10で算出したローリング角、ピッチング角、ヨーイング角の値を前タイムステップと現タイムステップとの差分で割ることで、上式のローリング角速度p、ピッチング角速度q、ヨーイング角速度rが求まる。これにより、上式を解くことで、オイラー角φ、θ、ψが時間の関数として求まる。
m(du/dt+qw−rv)=X
m(dv/dt+ru+pw)=Y
m(dw/dt+pv−qu)=Z
Ix・(dp/dt)+Jxz・(dr/dt)−(Iy−Iz)qr+Jxz・pq=L
Iy・(dq/dt)−(Iz−Ix)rp−Jxz(p2−r2)=M
Iz・(dr/dt)+Jxz・(dp/dt)−(Ix−Iy)pq−Jxz・qr=N
ここで、X,Y,Zは、航空機に作用する外力の機体軸方向の各成分(Xa成分、Ya成分、Za成分)である。また、L,M,Nは、航空機に作用する外力がその航空機の重心の回りにつくるモーメントの機体軸方向の各成分(Xa成分、Ya成分、Za成分)である。また、mは航空機の質量、Ix,Iy,Izは慣性モーメント、Jxzは慣性乗積である。
図12において、○印は、航空機のある時刻での位置を示している。そして、×印は、第1シミュレーション13および第2シミュレーション17の入力データファイル中に指定された航空機の位置を示す位置情報である。T1,T2,T3はそれぞれの×印の位置を航空機が通過する時刻を示している。この時刻情報と位置情報とを合わせて飛行経路情報として入力データファイル中に指定されている。
本発明のシミュレーション処理は、情報処理装置61によって実現することが可能である。本発明の処理のためのプログラムやデータは、情報処理装置61の記憶装置65から情報処理装置61のメモリにロードして実行することも、可搬型記憶媒体63から情報処理装置61のメモリにロードして実行することも、また、外部記憶装置62からネットワーク66を介して情報処理装置61のメモリにロードして実行することも可能である。
(付記1) 物体の移動を扱うシミュレーションを実行するシミュレーション装置において、
前記物体を代表する点の各時刻での位置を算出するシミュレーションである第1シミュレーションと、
前記物体を代表する点の各時刻での位置と、その各時刻での位置における代表する点の回りの前記物体の回転角を算出するシミュレーションである第2シミュレーションと、
前記第1シミュレーション、および、前記第2シミュレーションの起動・終了を制御するシミュレーション実行制御部を備え、
前記第2シミュレーションは、前記第1シミュレーションが補間して算出した位置を取得する補間データ取得部と、前記物体の位置と、その位置での前記物体の回転角を用いて、前記物体の次の時刻での位置を算出する位置情報算出部を備え、
前記第2シミュレーションは、前記補間データ取得部を介して前記物体の位置を取得するとともに、十分な数の位置の組が揃った場合、前記代表する点の回りの前記物体の回転角を算出し、
前記シミュレーション実行制御部は、指定された前記第1シミュレーションから前記第2シミュレーションへの切替時刻には、前記取得した位置とその位置に対応する回転角を基に、前記位置情報算出部による位置の算出が実行されるように、前記第2シミュレーションを、その切替時刻より前倒しして起動することを特徴とするシミュレーション装置。
(付記2) 前記物体は航空機であり、
前記物体の回転角とは、その航空機のそれぞれの機体軸の回りの回転角であるローリング角、ピッチング角、ヨーイング角であることを特徴とする付記1記載のシミュレーション装置。
(付記3) 前記第1シミュレーション、前記第2シミュレーションの起動指示を含むシミュレーションの実行シナリオであるシナリオ・データを基に、前記シミュレーション実行制御部は、シミュレーションの実行を制御することを特徴とする付記1記載のシミュレーション装置。
(付記4) 物体の移動を扱うシミュレーションをコンピュータが実行するシミュレーション方法において、
前記物体を代表する点の各時刻での位置を算出するシミュレーションである第1シミュレーションを実行する第1シミュレーション実行ステップと、
前記物体を代表する点の各時刻での位置と、その各時刻での位置における代表する点の回りの前記物体の回転角を算出するシミュレーションである第2シミュレーションを実行する第2シミュレーション実行ステップを備え、
前記第2シミュレーション実行ステップは、前記第1シミュレーションが補間して算出した位置を取得する補間データ取得ステップと、前記物体の位置と、その位置での前記物体の回転角を用いて、前記物体の次の時刻での位置を算出する位置情報算出ステップを備え、
前記第2シミュレーション実行ステップにおいて、前記補間データ取得ステップを介して前記物体の位置が取得されるとともに、十分な数の位置の組が揃った場合、前記代表する点の回りの前記物体の回転角が算出され、
指定された前記第1シミュレーションから前記第2シミュレーションへの切替時刻には、前記取得した位置とその位置に対応する回転角を基に、前記位置情報算出部による位置の算出が実行されるように、前記第2シミュレーションを、その切替時刻より前倒しして起動する第2シミュレーション起動ステップをさらに備えることを特徴とするシミュレーション方法。
(付記5) 物体の移動を扱うシミュレーションをコンピュータに実行させるシミュレーション・プログラムにおいて、
前記物体を代表する点の各時刻での位置を算出するシミュレーションである第1シミュレーションを実行する第1シミュレーション実行ステップと、
前記物体を代表する点の各時刻での位置と、その各時刻での位置における代表する点の回りの前記物体の回転角を算出するシミュレーションである第2シミュレーションを実行する第2シミュレーション実行ステップを前記コンピュータに実行させ、
前記第2シミュレーション実行ステップは、前記第1シミュレーションが補間して算出した位置を取得する補間データ取得ステップと、前記物体の位置と、その位置での前記物体の回転角を用いて、前記物体の次の時刻での位置を算出する位置情報算出ステップを備え、
前記第2シミュレーション実行ステップにおいて、前記補間データ取得ステップを介して前記物体の位置が取得されるとともに、十分な数の位置の組が揃った場合、前記代表する点の回りの前記物体の回転角が算出され、
指定された前記第1シミュレーションから前記第2シミュレーションへの切替時刻には、前記取得した位置とその位置に対応する回転角を基に、前記位置情報算出部による位置の算出が実行されるように、前記第2シミュレーションを、その切替時刻より前倒しして起動する第2シミュレーション起動ステップをさらに前記コンピュータに実行させることを特徴とするシミュレーション・プログラム。
11 シミュレーション実行制御部
12 シナリオ・データ
13 第1シミュレーション(粗いモデル)
14、18 入力データファイル
15、19 出力データファイル
17 第2シミュレーション(詳細なモデル)
21 補間データ取得部
22、28 位置情報算出部
23 モデル切替時刻情報データベース
24 補間データ取得時間情報データベース
31 ローリング角算出部
32 ピッチング角算出部
33 ヨーイング角算出部
36 動作モード変更部
Claims (3)
- 物体の移動を扱うシミュレーションを実行するシミュレーション装置において、
前記物体を代表する点の各時刻での位置を算出するシミュレーションである第1シミュレーションと、
前記物体を代表する点の各時刻での位置と、その各時刻での位置における代表する点の回りの前記物体の回転角を算出するシミュレーションである第2シミュレーションと、
前記第1シミュレーション、および、前記第2シミュレーションの起動・終了を制御するシミュレーション実行制御部を備え、
前記第2シミュレーションは、前記第1シミュレーションが補間して算出した位置を取得する補間データ取得部と、前記物体の位置と、その位置での前記物体の回転角を用いて、前記物体の次の時刻での位置を算出する位置情報算出部を備え、
前記第2シミュレーションは、前記補間データ取得部を介して前記物体の位置を取得するとともに、十分な数の位置の組が揃った場合、前記代表する点の回りの前記物体の回転角を算出し、
前記シミュレーション実行制御部は、指定された前記第1シミュレーションから前記第2シミュレーションへの切替時刻には、前記取得した位置とその位置に対応する回転角を基に、前記情報位置情報算出部による位置の算出が実行されるように、前記第2シミュレーションを、その切替時刻より前倒しして起動することを特徴とするシミュレーション装置。 - 物体の移動を扱うシミュレーションをコンピュータが実行するシミュレーション方法において、
前記物体を代表する点の各時刻での位置を算出するシミュレーションである第1シミュレーションを実行する第1シミュレーション実行ステップと、
前記物体を代表する点の各時刻での位置と、その各時刻での位置における代表する点の回りの前記物体の回転角を算出するシミュレーションである第2シミュレーションを実行する第2シミュレーション実行ステップを備え、
前記第2シミュレーション実行ステップは、前記第1シミュレーションが補間して算出した位置を取得する補間データ取得ステップと、前記物体の位置と、その位置での前記物体の回転角を用いて、前記物体の次の時刻での位置を算出する位置情報算出ステップを備え、
前記第2シミュレーション実行ステップにおいて、前記補間データ取得ステップを介して前記物体の位置が取得されるとともに、十分な数の位置の組が揃った場合、前記代表する点の回りの前記物体の回転角が算出され、
指定された前記第1シミュレーションから前記第2シミュレーションへの切替時刻には、前記取得した位置とその位置に対応する回転角を基に、前記位置情報算出ステップによる位置の算出が実行されるように、前記第2シミュレーションを、その切替時刻より前倒しして起動する第2シミュレーション起動ステップをさらに備えることを特徴とするシミュレーション方法。 - 物体の移動を扱うシミュレーションをコンピュータに実行させるシミュレーション・プログラムにおいて、
前記物体を代表する点の各時刻での位置を算出するシミュレーションである第1シミュレーションを実行する第1シミュレーション実行ステップと、
前記物体を代表する点の各時刻での位置と、その各時刻での位置における代表する点の回りの前記物体の回転角を算出するシミュレーションである第2シミュレーションを実行する第2シミュレーション実行ステップを前記コンピュータに実行させ、
前記第2シミュレーション実行ステップは、前記第1シミュレーションが補間して算出した位置を取得する補間データ取得ステップと、前記物体の位置と、その位置での前記物体の回転角を用いて、前記物体の次の時刻での位置を算出する位置情報算出ステップを備え、
前記第2シミュレーション実行ステップにおいて、前記補間データ取得ステップを介して前記物体の位置が取得されるとともに、十分な数の位置の組が揃った場合、前記代表する点の回りの前記物体の回転角が算出され、
指定された前記第1シミュレーションから前記第2シミュレーションへの切替時刻には、前記取得した位置とその位置に対応する回転角を基に、前記位置情報算出ステップによる位置の算出が実行されるように、前記第2シミュレーションを、その切替時刻より前倒しして起動する第2シミュレーション起動ステップをさらに前記コンピュータに実行させることを特徴とするシミュレーション・プログラム。
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