JP2023121989A - 姿勢制御装置 - Google Patents

姿勢制御装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2023121989A
JP2023121989A JP2022025390A JP2022025390A JP2023121989A JP 2023121989 A JP2023121989 A JP 2023121989A JP 2022025390 A JP2022025390 A JP 2022025390A JP 2022025390 A JP2022025390 A JP 2022025390A JP 2023121989 A JP2023121989 A JP 2023121989A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
command value
rotor
moment
thrust
threshold
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022025390A
Other languages
English (en)
Inventor
竜太 辻本
Ryuta Tsujimoto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2022025390A priority Critical patent/JP2023121989A/ja
Priority to CN202310142596.8A priority patent/CN116643574A/zh
Priority to US18/171,958 priority patent/US20230264812A1/en
Publication of JP2023121989A publication Critical patent/JP2023121989A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C29/00—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft
    • B64C29/0008—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded
    • B64C29/0016—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded the lift during taking-off being created by free or ducted propellers or by blowers
    • B64C29/0025—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded the lift during taking-off being created by free or ducted propellers or by blowers the propellers being fixed relative to the fuselage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C15/00—Attitude, flight direction, or altitude control by jet reaction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/04—Helicopters
    • B64C27/08—Helicopters with two or more rotors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C29/00—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft
    • B64C29/02—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis vertical when grounded
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D31/00—Power plant control systems; Arrangement of power plant control systems in aircraft
    • B64D31/02—Initiating means
    • B64D31/06—Initiating means actuated automatically
    • B64D31/09—Initiating means actuated automatically in response to power plant failure
    • B64D31/10—Initiating means actuated automatically in response to power plant failure for preventing asymmetric thrust
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00—Type of UAV
    • B64U10/10—Rotorcrafts
    • B64U10/13—Flying platforms
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/08—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
    • G05D1/0808—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft
    • G05D1/0816—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft to ensure stability
    • G05D1/0833—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft to ensure stability using limited authority control
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/08—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
    • G05D1/0808—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft
    • G05D1/0858—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft specially adapted for vertical take-off of aircraft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/24—Aircraft characterised by the type or position of power plants using steam or spring force
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U2201/00—UAVs characterised by their flight controls

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

【課題】機体の姿勢を早期に安定させることができる姿勢制御装置を提供する。【解決手段】航空機の機体の姿勢制御を行うロータ制御装置５０は、ロールモーメント指令値、ピッチモーメント指令値及びヨーモーメント指令値に基づいて、それぞれのロータを制御するＶＴＯＬロータ制御部７６を備え、ロールモーメント指令値の大きさ、又は、ピッチモーメント指令値の大きさが閾値以上である場合には、ＶＴＯＬロータ制御部７６は、ヨーモーメント指令値を用いずにそれぞれのロータを制御する。【選択図】図４

Description

本発明は、姿勢制御装置に関する。
下記特許文献１には、リフトを発生させる複数のロータを有するマルチコプタが開示されている。当該マルチコプタでは、機体の姿勢を維持するために、複数の条件式からなる連立方程式を解いて、それぞれのロータの推力を設定する。
特開２０１４－２２７１５５号公報
上記特許文献１に開示された技術では、機体の姿勢が大きく崩れた場合には、一部のロータに対して過大な推力が設定される場合がある。設定された推力がロータの能力を超えている場合、機体の姿勢を安定させることができない課題がある。
本発明は、上述した課題を解決することを目的とする。
本発明の態様は、垂直方向にスラストを発生させる複数のロータを有する航空機の機体の姿勢制御を行う姿勢制御装置であって、当該姿勢制御装置は、前記機体に作用させるロールモーメントの指令値を算出するロールモーメント指令値算出部と、前記機体に作用させるピッチモーメントの指令値を算出するピッチモーメント指令値算出部と、前記機体に作用させるヨーモーメントの指令値を算出するヨーモーメント指令値算出部と、前記ロールモーメントの指令値、前記ピッチモーメントの指令値及び前記ヨーモーメントの指令値に基づいて、それぞれの前記ロータを制御するロータ制御部と、前記ロールモーメントの指令値の大きさが第１閾値以上であるか否かの判定、前記ピッチモーメントの指令値の大きさが第２閾値以上であるか否かの判定、及び、前記ロールモーメントの指令値と前記ピッチモーメントの指令値とから求められる合モーメントの指令値の大きさが第３閾値以上であるか否かの判定のうち少なくとも１つの判定を行う判定部と、を備え、前記判定部により前記ロールモーメントの指令値の大きさが前記第１閾値以上であると判定された場合、前記判定部により前記ピッチモーメントの指令値の大きさが前記第２閾値以上であると判定された場合、又は、前記合モーメントの指令値の大きさが前記第３閾値以上であると判定された場合には、前記ロータ制御部は、前記ヨーモーメントの指令値を用いずに、前記ロールモーメントの指令値、及び、前記ピッチモーメントの指令値に基づいて、それぞれの前記ロータを制御する、又は、前記ロータ制御部は、前記ヨーモーメントの指令値の大きさを小さく補正して、前記ロールモーメントの指令値、前記ピッチモーメントの指令値及び補正後の前記ヨーモーメントの指令値に基づいて、それぞれの前記ロータを制御する。
本発明により、機体の姿勢を早期に安定させることができる。
図１は、航空機の模式図である。 図２は、電力供給システムの構成を示す図である。 図３は、電力供給システムの構成を示す図である。 図４は、ロータ制御装置の制御ブロック図である。 図５は、ロータ制御装置において行われるロータ制御の処理の流れを示すフローチャートである。 図６は、ロータ制御装置の制御ブロック図である。 図７は、ロータ制御装置において行われるロータ制御の処理の流れを示すフローチャートである。
〔第１実施形態〕
［航空機の構成］
図１は、航空機１０の模式図である。本実施形態の航空機１０は、電動垂直離着陸機（ｅＶＴＯＬ機）である。本実施形態の航空機１０は、電動モータによりロータが駆動される。本実施形態の航空機１０は、ロータにより垂直方向のスラストと水平方向のスラストとを発生させる。また、本実施形態の航空機１０は、ハイブリッド航空機である。本実施形態の航空機１０は、電動モータの電源として、モータジェネレータとバッテリとを有する。
航空機１０は、機体１２を有する。機体１２には、コックピット、キャビン等が設けられる。コックピットには、パイロットが搭乗し、航空機１０の操縦をする。キャビンには、搭乗者等が搭乗する。航空機１０は、自動で操縦されてもよい。
航空機１０は、前翼１４及び後翼１６を有する。前翼１４は、機体１２の重心Ｇよりも前方に取り付けられる。後翼１６は、機体１２の重心Ｇよりも後方に取り付けられる。航空機１０が前方に移動するときに、前翼１４及び後翼１６のそれぞれにおいてリフトが発生する。
航空機１０は、８つのＶＴＯＬロータ１８を有する。８つのＶＴＯＬロータ１８とは、ロータ１８ＦＬａ、ロータ１８ＦＬｂ、ロータ１８ＲＬａ、ロータ１８ＲＬｂ、ロータ１８ＦＲａ、ロータ１８ＦＲｂ、ロータ１８ＲＲａ及びロータ１８ＲＲｂである。それぞれのＶＴＯＬロータ１８は、本発明のロータに相当する。
ロータ１８ＦＬａ、ロータ１８ＦＬｂ、ロータ１８ＲＬａ及びロータ１８ＲＬｂは、ブーム２０Ｌに取り付けられる。ブーム２０Ｌは、前後方向に延びる。ブーム２０Ｌは、前翼１４と後翼１６とに取り付けられる。ブーム２０Ｌは、重心Ｇに対して左方に設けられる。すなわち、ロータ１８ＦＬａ、ロータ１８ＦＬｂ、ロータ１８ＲＬａ及びロータ１８ＲＬｂは、重心Ｇに対して左方に配置される。
ロータ１８ＦＲａ、ロータ１８ＦＲｂ、ロータ１８ＲＲａ及びロータ１８ＲＲｂは、ブーム２０Ｒに取り付けられる。ブーム２０Ｒは、前後方向に延びる。ブーム２０Ｒは、前翼１４と後翼１６とに取り付けられる。ブーム２０Ｒは、重心Ｇに対して右方に設けられる。すなわち、ロータ１８ＦＲａ、ロータ１８ＦＲｂ、ロータ１８ＲＲａ及びロータ１８ＲＲｂは、重心Ｇに対して右方に配置される。
航空機１０を上方から見た状態で、ロータ１８ＦＬａ、ロータ１８ＲＬａ、ロータ１８ＦＲｂ及びロータ１８ＲＲｂのそれぞれは左回転する。航空機１０を上方から見た状態で、ロータ１８ＦＲａ、ロータ１８ＲＲａ、ロータ１８ＦＬｂ及びロータ１８ＲＬｂのそれぞれは右回転する。
ＶＴＯＬロータ１８のそれぞれの回転シャフト（不図示）は、上下方向に延びる。ＶＴＯＬロータ１８のそれぞれは、ロータの回転数、及び、ブレードのピッチ角度が調整されることにより、スラストが制御される。ＶＴＯＬロータ１８のそれぞれは、垂直離陸時、垂直離陸から巡航への移行時、巡航から垂直着陸への移行時、垂直着陸時、空中停止時等において使用される。また、ＶＴＯＬロータ１８のそれぞれは、姿勢制御時に使用される。ＶＴＯＬロータ１８のそれぞれの回転シャフトは、上下方向に対して数度の角度（カント）が付けられていてもよい。
８つのＶＴＯＬロータ１８のそれぞれのスラストが制御されることにより、リフトスラストを発生させる。リフトスラストとは、垂直方向のスラストを示す。リフトスラストの大きさは、８つのＶＴＯＬロータ１８のそれぞれのスラストの合計に応じて決まる。
８つのＶＴＯＬロータ１８のそれぞれのスラストが制御されることにより、機体１２にロールモーメントを作用させる。ロールモーメントの大きさは、重心Ｇに対して左方に配置された４つのＶＴＯＬロータ１８のそれぞれのスラストの合計と、重心Ｇに対して右方に配置された４つのＶＴＯＬロータ１８のそれぞれのスラストの合計との差に応じて決まる。
重心Ｇに対して左方に配置された４つＶＴＯＬロータ１８とは、ロータ１８ＦＬａ、ロータ１８ＦＬｂ、ロータ１８ＲＬａ及びロータ１８ＲＬｂを示す。重心Ｇに対して右方に配置された４つＶＴＯＬロータ１８とは、ロータ１８ＦＲａ、ロータ１８ＦＲｂ、ロータ１８ＲＲａ及びロータ１８ＲＲｂを示す。
８つのＶＴＯＬロータ１８のそれぞれのスラストが制御されることにより、機体１２にピッチモーメントを作用させる。ピッチモーメントの大きさは、重心Ｇに対して前方に配置された４つのＶＴＯＬロータ１８のそれぞれのスラストの合計と、重心Ｇに対して後方に配置された４つのＶＴＯＬロータ１８のそれぞれのスラストの合計との差に応じて決まる。
重心Ｇに対して前方に配置された４つのＶＴＯＬロータ１８とは、ロータ１８ＦＬａ、ロータ１８ＦＬｂ、ロータ１８ＦＲａ及びロータ１８ＦＲｂを示す。重心Ｇに対して後方に配置された４つのＶＴＯＬロータ１８とは、ロータ１８ＲＬａ、ロータ１８ＲＬｂ、ロータ１８ＲＲａ及びロータ１８ＲＲｂを示す。
８つのＶＴＯＬロータ１８のそれぞれにおける反トルクが制御されることにより、機体１２にヨーモーメントを作用させる。ヨーモーメントの大きさは、左回転する４つのＶＴＯＬロータ１８のそれぞれの反トルクの合計と、右回転する４つのＶＴＯＬロータ１８のそれぞれの反トルクの合計との差に応じて決まる。
ＶＴＯＬロータ１８のそれぞれの回転シャフトが、上下方向に対して数度の角度（カント）が付けられている場合、ＶＴＯＬロータ１８により、機体１２の側面方向にスラストが発生する。この場合、ヨーモーメントの大きさは、前述の反トルクの合計の差に加えて、機体１２の左回転方向に向かって発生するスラストによって生じるモーメントと、機体１２の右回転方向に向かって発生するスラストによって生じるモーメントとの差に応じて決まる。
左回転する４つのＶＴＯＬロータ１８とは、ロータ１８ＦＬａ、ロータ１８ＲＬａ、ロータ１８ＦＲｂ及びロータ１８ＲＲｂを示す。右回転する４つのＶＴＯＬロータ１８とは、ロータ１８ＦＲａ、ロータ１８ＲＲａ、ロータ１８ＦＬｂ及びロータ１８ＲＬｂを示す。
航空機１０は、２つのクルーズロータ２２を有する。２つのクルーズロータ２２とは、ロータ２２Ｌ及びロータ２２Ｒである。
ロータ２２Ｌ及びロータ２２Ｒは、機体１２の後部に取り付けられる。ロータ２２Ｌは、機体１２の中心線Ａに対して左方に配置される。ロータ２２Ｒは、機体１２の中心線Ａに対して右方に配置される。
クルーズロータ２２のそれぞれの回転シャフト（不図示）は、前後方向に延びる。クルーズロータ２２のそれぞれは、ロータの回転数、及び、ブレードのピッチ角度が調整されることにより、スラストが制御される。クルーズロータ２２のそれぞれは、垂直離陸から巡航への移行時、巡航時、巡航から垂直着陸への移行時等において使用される。クルーズロータ２２のそれぞれの回転シャフトは、前後方向に対して数度の角度（カント）が付けられていてもよい。
２つのクルーズロータ２２のそれぞれのスラストが制御されることにより、クルーズスラストが発生する。クルーズスラストとは、水平方向のスラストを示す。クルーズスラストの大きさは、２つのクルーズロータ２２のそれぞれのスラストの合計に応じて決まる。
［電力供給システムの構成］
図２は、電力供給システム２４の構成を示す図である。図２は、主に、４つのバッテリ３０と、１２個の電動モータ３２との接続関係を示す。図３は、電力供給システム２４の構成を示す図である。
それぞれのＶＴＯＬロータ１８に対して、１組の駆動ユニット２６が設けられる。ロータ１８ＦＬａに対して、駆動ユニット２６ＦＬａが設けられる。ロータ１８ＦＬｂに対して、駆動ユニット２６ＦＬｂが設けられる。ロータ１８ＲＬａに対して、駆動ユニット２６ＲＬａが設けられる。ロータ１８ＲＬｂに対して、駆動ユニット２６ＲＬｂが設けられる。ロータ１８ＦＲａに対して、駆動ユニット２６ＦＲａが設けられる。ロータ１８ＦＲｂに対して、駆動ユニット２６ＦＲｂが設けられる。ロータ１８ＲＲａに対して、駆動ユニット２６ＲＲａが設けられる。ロータ１８ＲＲｂに対して、駆動ユニット２６ＲＲｂが設けられる。
それぞれのクルーズロータ２２に対して、２組の駆動ユニット２６が設けられる。ロータ２２Ｌに対して、駆動ユニット２６Ｌａ及び駆動ユニット２６Ｌｂが設けられる。ロータ２２Ｒに対して、駆動ユニット２６Ｒａ及び駆動ユニット２６Ｒｂが設けられる。
３組の駆動ユニット２６に対して、１つのバッテリ３０が接続される。駆動ユニット２６ＦＲａ、駆動ユニット２６ＲＬａ及び駆動ユニット２６Ｒａに対して、バッテリ３０ａが接続される。駆動ユニット２６ＦＬａ、駆動ユニット２６ＲＲａ及び駆動ユニット２６Ｌａに対して、バッテリ３０ｂが接続される。駆動ユニット２６ＦＲｂ、駆動ユニット２６ＲＬｂ及び駆動ユニット２６Ｒｂに対して、バッテリ３０ｃが接続される。駆動ユニット２６ＦＬｂ、駆動ユニット２６ＲＲｂ及び駆動ユニット２６Ｌｂに対して、バッテリ３０ｄが接続される。
それぞれの駆動ユニット２６は、電動モータ３２及びインバータ３４を有する。電動モータ３２は、三相モータである。電動モータ３２の出力シャフト（不図示）は、それぞれのＶＴＯＬロータ１８の回転シャフト、又は、クルーズロータ２２の回転シャフトに連結される。インバータ３４は、入力された直流の電力を三相交流の電力に変換して電動モータ３２に出力する。
図３に示すように、３組の駆動ユニット２６と１つのバッテリ３０とにより、駆動モジュール３６が構成される。駆動ユニット２６ＦＲａ、駆動ユニット２６ＲＬａ、駆動ユニット２６Ｒａ及びバッテリ３０ａにより、駆動モジュール３６ａが構成される。駆動ユニット２６ＦＬａ、駆動ユニット２６ＲＲａ、駆動ユニット２６Ｌａ及びバッテリ３０ｂにより駆動モジュール３６ｂが構成される。駆動ユニット２６ＦＲｂ、駆動ユニット２６ＲＬｂ、駆動ユニット２６Ｒｂ及びバッテリ３０ｃにより駆動モジュール３６ｃが構成される。駆動ユニット２６ＦＬｂ、駆動ユニット２６ＲＲｂ、駆動ユニット２６Ｌｂ及びバッテリ３０ｄにより、駆動モジュール３６ｄが構成される。
それぞれの駆動モジュール３６は、発電モジュール３８に接続される。発電モジュール３８は、エンジン４０、モータジェネレータ４２及びパワーコントロールユニット（以下、ＰＣＵ）４４を有する。
エンジン４０は、ガスタービンエンジンである。エンジン４０は、レシプロエンジンであってもよい。モータジェネレータ４２は、三相モータとして機能するとともに、三相発電機としても機能する。モータジェネレータ４２の回転シャフト（不図示）は、エンジン４０の出力シャフト（不図示）に連結される。
ＰＣＵ４４は、インバータ及びコンバータである。ＰＣＵ４４は、モータジェネレータ４２から入力された三相交流の電力を直流の電力に変換して出力する。また、ＰＣＵ４４は、それぞれのバッテリ３０から入力された直流の電力を三相交流の電力に変換してモータジェネレータ４２に出力する。
図３に示すように、それぞれの駆動モジュール３６はスイッチ４８を有する。それぞれのスイッチ４８は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子及びダイオードを有する。それぞれのスイッチ４８は、発電モジュール３８から駆動モジュール３６への電力の供給を常時許容する。それぞれのスイッチ４８は、オンである場合に、駆動モジュール３６から発電モジュール３８への電力の供給を許容する。
それぞれのスイッチ４８がオンである場合には、それぞれのバッテリ３０からモータジェネレータ４２に電力が供給される。これにより、モータジェネレータ４２が動作し、エンジン４０を始動する。エンジン４０が動作している場合には、モータジェネレータ４２により発電された電力が、それぞれのバッテリ３０、及び、それぞれの電動モータ３２に供給される。これにより、それぞれのバッテリ３０が充電される。また、それぞれの電動モータ３２が動作する。
なお、図２及び図３には、電力供給システム２４の概略が示されている。図２及び図３に示す電力供給システム２４は、一部の部材を省略している。省略されている部材は、例えば、電動モータ３２以外の電気的負荷、抵抗、コイル、コンデンサ、各種センサ類ヒューズ、リレー、ブレーカ、プリチャージ回路、ＤＣ－ＤＣコンバータ等である。
［ロータ制御装置の構成］
図４は、ロータ制御装置５０の制御ブロック図である。ロータ制御装置５０は、それぞれのＶＴＯＬロータ１８のスラストを調整するロータ制御を行う。ロータ制御装置５０は、本発明の姿勢制御装置に相当する。ロータ制御装置５０は、演算部５２及び記憶部５４を有する。
演算部５２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ(Graphics Processing Unit)等のプロセッサである。演算部５２は、ロールモーメント指令値算出部５６、ピッチモーメント指令値算出部５８、ヨーモーメント指令値算出部６０、リフトスラスト指令値算出部６２、クルーズスラスト指令値算出部６４、姿勢復帰モード判定部６６、４軸制御指令値生成部６８、３軸制御指令値生成部７０、切替部７２、クルーズロータスラスト指令値生成部７４、ＶＴＯＬロータ制御部７６及びクルーズロータ制御部７８を有する。
ロールモーメント指令値算出部５６、ピッチモーメント指令値算出部５８、ヨーモーメント指令値算出部６０、リフトスラスト指令値算出部６２、クルーズスラスト指令値算出部６４、姿勢復帰モード判定部６６、４軸制御指令値生成部６８、３軸制御指令値生成部７０、切替部７２、クルーズロータスラスト指令値生成部７４、ＶＴＯＬロータ制御部７６及びクルーズロータ制御部７８は、記憶部５４に記憶されているプログラムが演算部５２によって実行されることによって実現される。
ロールモーメント指令値算出部５６、ピッチモーメント指令値算出部５８、ヨーモーメント指令値算出部６０、リフトスラスト指令値算出部６２、クルーズスラスト指令値算出部６４、姿勢復帰モード判定部６６、４軸制御指令値生成部６８、３軸制御指令値生成部７０、切替部７２、クルーズロータスラスト指令値生成部７４、ＶＴＯＬロータ制御部７６及びクルーズロータ制御部７８の少なくとも一部が、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)、ＦＰＧＡ(Field-Programmable Gate Array)等の集積回路によって実現されてもよい。
ロールモーメント指令値算出部５６、ピッチモーメント指令値算出部５８、ヨーモーメント指令値算出部６０、リフトスラスト指令値算出部６２、クルーズスラスト指令値算出部６４、姿勢復帰モード判定部６６、４軸制御指令値生成部６８、３軸制御指令値生成部７０、切替部７２、クルーズロータスラスト指令値生成部７４、ＶＴＯＬロータ制御部７６及びクルーズロータ制御部７８の少なくとも一部が、ディスクリートデバイスを含む電子回路によって実現されてもよい。
記憶部５４は、コンピュータ可読記憶媒体である、不図示の揮発性メモリ及び不図示の不揮発性メモリにより構成される。揮発性メモリは、例えば、ＲＡＭ(Random Access Memory)等である。不揮発性メモリは、例えば、ＲＯＭ(Read Only Memory)、フラッシュメモリ等である。データ等が、例えば、揮発性メモリに記憶される。プログラム、テーブル、マップ等が、例えば、不揮発性メモリに記憶される。記憶部５４の少なくとも一部が、上述したプロセッサ、集積回路等に備えられていてもよい。
ロールモーメント指令値算出部５６は、ロールモーメント指令値を算出する。ロールモーメント指令値は、パイロットによる操作入力部の操作量に応じて決定される。操作入力部とは、例えば、操縦桿、ペダル、レバー等である。操作入力部の操作量と、ロールモーメント指令値とは一対一で対応しなくてもよい。操作入力部の操作範囲、操作入力部の操作速度、機体１２の角速度等に応じて、操作入力部の操作量に対して、ロールモーメント指令値を可変にしてもよい。機体１２の角速度は、例えば、ジャイロセンサ（不図示）により検出される。
パイロットによる操作入力部に対する操作の入力がない場合、操作入力部の操作量に関係なく、ロールモーメント指令値が自動的に決定され、ホバリングをしてもよい。また、航空機１０が自動で制御される場合、予め設定された飛行経路に応じて、操作入力部の操作量に関係なく、ロールモーメント指令値が自動的に決定されてもよい。
ピッチモーメント指令値算出部５８は、ピッチモーメント指令値を算出する。ピッチモーメント指令値は、例えば、パイロットによる操作入力部の操作量に応じて決定される。操作入力部の操作量と、ピッチモーメント指令値とは一対一で対応しなくてもよい。操作入力部の操作範囲、操作入力部の操作速度、機体１２の角速度等に応じて、操作入力部の操作量に対して、ピッチモーメント指令値を可変にしてもよい。
パイロットによる操作入力部に対する操作の入力がない場合、操作入力部の操作量に関係なく、ピッチモーメント指令値が自動的に決定され、ホバリングをしてもよい。また、航空機１０が自動で制御される場合、予め設定された飛行経路に応じて、操作入力部の操作量に関係なく、ピッチモーメント指令値が自動的に決定されてもよい。
ヨーモーメント指令値算出部６０は、ヨーモーメント指令値を算出する。ヨーモーメント指令値は、例えば、パイロットによる操作入力部の操作量に応じて決定される。操作入力部の操作量と、ヨーモーメント指令値とは一対一で対応しなくてもよい。操作入力部の操作範囲、操作入力部の操作速度、機体１２の角速度等に応じて、操作入力部の操作量に対して、ヨーモーメント指令値を可変にしてもよい。
パイロットによる操作入力部に対する操作の入力がない場合、操作入力部の操作量に関係なく、ヨーモーメント指令値が自動的に決定され、ホバリングをしてもよい。また、航空機１０が自動で制御される場合、予め設定された飛行経路に応じて、操作入力部の操作量に関係なく、ヨーモーメント指令値が自動的に決定されてもよい。
リフトスラスト指令値算出部６２は、リフトスラスト指令値を算出する。リフトスラスト指令値は、例えば、パイロットによる操作入力部の操作量に応じて決定される。操作入力部の操作量と、リフトスラスト指令値とは一対一で対応しなくてもよい。操作入力部の操作範囲、操作入力部の操作速度、機体１２の高度等に応じて、操作入力部の操作量に対して、リフトスラスト指令値を可変にしてもよい。機体１２の高度は、例えば、地面距離計（不図示）が検出した地面と機体１２との間の距離に基づいて推定される。機体１２の高度は、例えば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）から受信した信号に基づいて推定される。
パイロットによる操作入力部に対する操作の入力がない場合、操作入力部の操作量に関係なく、リフトスラスト指令値が自動的に決定され、ホバリングをしてもよい。また、航空機１０が自動で制御される場合、予め設定された飛行経路に応じて、操作入力部の操作量に関係なく、リフトスラスト指令値が自動的に決定されてもよい。
クルーズスラスト指令値算出部６４は、クルーズスラスト指令値を算出する。クルーズスラスト指令値は、例えば、パイロットによる操作入力部の操作量に応じて決定される。操作入力部の操作量と、クルーズスラスト指令値とは一対一で対応しなくてもよい。操作入力部の操作範囲、操作入力部の操作速度、機体１２の対気速度等に応じて、操作入力部の操作量に対して、クルーズスラスト指令値を可変にしてもよい。機体１２の対気速度は、例えば、対気速度センサ（不図示）により検出される。
パイロットによる操作入力部に対する操作の入力がない場合、クルーズスラスト指令値が自動的に決定され、航空機１０は一定の速度で飛行をしてもよい。また、航空機１０が自動で制御される場合、予め設定された飛行経路に応じて、操作入力部の操作量に関係なく、クルーズスラスト指令値が自動的に決定されてもよい。
姿勢復帰モード判定部６６は、姿勢復帰モードを実施するか否かを判定する。姿勢復帰モードを実施するか否かは、ロールモーメント指令値の大きさ、ピッチモーメント指令値の大きさ、又は、合モーメント指令値の大きさに応じて決定される。姿勢復帰モード判定部６６は、本発明の判定部に相当する。合モーメント指令値とは、ロールモーメント指令値の大きさを有するロール方向のモーメントと、ピッチモーメント指令値の大きさを有するピッチ方向のモーメントとを合成したモーメントである。
姿勢復帰モード判定部６６は、次の場合に姿勢復帰モードを実施すると判定する。この場合とは、ロールモーメント指令値の大きさが第１閾値よりも大きいと判定された場合、ピッチモーメント指令値の大きさが第２閾値よりも大きいと判定された場合、又は、合モーメント指令値の大きさが第３閾値よりも大きいと判定された場合である。
第１閾値、第２閾値及び第３閾値のそれぞれは、予め決められた値である。姿勢復帰モード判定部６６は、それぞれのＶＴＯＬロータ１８の状態に応じて、第１閾値、第２閾値及び第３閾値のそれぞれを可変に設定してもよい。例えば、８つのＶＴＯＬロータ１８のうち、一部のＶＴＯＬロータ１８が失陥した場合には、姿勢復帰モード判定部６６は、第１閾値、第２閾値及び第３閾値のそれぞれを小さくしてもよい。例えば、８つのＶＴＯＬロータ１８のうち、失陥したＶＴＯＬロータ１８の数に応じて、第１閾値、第２閾値及び第３閾値のそれぞれを設定してもよい。また、姿勢復帰モード判定部６６は、機体１２の対気速度に応じて、第１閾値、第２閾値及び第３閾値のそれぞれを可変に設定してもよい。例えば、対気速度が大きいほど、第１閾値、第２閾値及び第３閾値のそれぞれを高くしてもよい。
４軸制御指令値生成部６８は、それぞれのＶＴＯＬロータ１８に対するスラスト指令値を生成する。４軸制御指令値生成部６８は、ロールモーメント指令値、ピッチモーメント指令値、ヨーモーメント指令値及びリフトスラスト指令値に基づいて、スラスト指令値を生成する。
３軸制御指令値生成部７０は、それぞれのＶＴＯＬロータ１８に対するスラスト指令値を生成する。３軸制御指令値生成部７０は、ロールモーメント指令値、ピッチモーメント指令値及びリフトスラスト指令値に基づいて、スラスト指令値を生成する。すなわち、３軸制御指令値生成部７０は、ヨーモーメント指令値を用いずに、スラスト指令値を生成する。
姿勢復帰モードを実施する場合、切替部７２は、３軸制御指令値生成部７０が生成したスラスト指令値を選択して、ＶＴＯＬロータ制御部７６に出力する。姿勢復帰モードを実施しない場合、切替部７２は、４軸制御指令値生成部６８が生成したスラスト指令値を選択して、ＶＴＯＬロータ制御部７６に出力する。
クルーズロータスラスト指令値生成部７４は、それぞれのクルーズロータ２２に対するスラスト指令値を生成する。クルーズロータスラスト指令値生成部７４は、クルーズスラスト指令値に基づいて、スラスト指令値を生成する。
ＶＴＯＬロータ制御部７６は、４軸制御指令値生成部６８又は３軸制御指令値生成部７０において生成されたそれぞれのＶＴＯＬロータ１８に対するスラスト指令値に基づいて、それぞれのＶＴＯＬロータ１８におけるスラストを制御する。ＶＴＯＬロータ制御部７６は、本発明のロータ制御部に相当する。
クルーズロータ制御部７８は、クルーズロータスラスト指令値生成部７４において生成されたそれぞれのクルーズロータ２２に対するスラスト指令値に基づいて、それぞれのクルーズロータ２２におけるスラストを制御する。
前述のように、姿勢復帰モードを実施する場合、ＶＴＯＬロータ制御部７６は、ヨーモーメント指令値が用いられずに生成されたスラスト指令値に基づいて、それぞれのＶＴＯＬロータ１８におけるスラストを制御する。そのため、ロールモーメント及びピッチモーメントが制御された結果として、それぞれのＶＴＯＬロータ１８において発生する反トルクにより、機体１２にヨーモーメントが作用する。しかし、そのヨーモーメントの方向や大きさは保証されない。
これにより、姿勢復帰モードを実施する場合、ヨーモーメントの制御に対しては、それぞれのＶＴＯＬロータ１８におけるスラストは割り当てられない。そのため、ロールモーメント及びピッチモーメントの制御に対して、それぞれのＶＴＯＬロータ１８におけるスラストを多く割り当てることができる。その結果、それぞれのＶＴＯＬロータ１８におけるスラストの差を大きくすることが可能となる。そのため、ロール方向及びピッチ方向において、機体１２の姿勢を早期に安定させることができる。
［ロータ制御］
図５は、ロータ制御装置５０において行われるロータ制御の処理の流れを示すフローチャートである。ロータ制御の処理は、航空機１０が飛行中に、所定の周期で繰り返し実行される。
ステップＳ１において、４軸制御指令値生成部６８は、４軸制御指令値に基づいて、それぞれのＶＴＯＬロータ１８に対するスラスト指令値を生成する。その後、ステップＳ２へ移行する。４軸制御指令値とは、ロールモーメント指令値、ピッチモーメント指令値、ヨーモーメント指令値及びリフトスラスト指令値の４つの指令値を示す。
ステップＳ２において、３軸制御指令値生成部７０は、３軸制御指令値に基づいて、それぞれのＶＴＯＬロータ１８に対するスラスト指令値を生成する。その後、ステップＳ３へ移行する。３軸制御指令値とは、ロールモーメント指令値、ピッチモーメント指令値及びリフトスラスト指令値の３つの指令値を示す。
ステップＳ３において、クルーズロータスラスト指令値生成部７４は、クルーズスラスト指令値に基づいて、それぞれのクルーズロータ２２に対するスラスト指令値を生成する。その後、ステップＳ４へ移行する。
ステップＳ４において、姿勢復帰モード判定部６６は、姿勢復帰モードを実施するか否かを判定する。姿勢復帰モードを実施する場合には、ステップＳ６へ移行する。姿勢復帰モードを実施しない場合には、ステップＳ５へ移行する。
姿勢復帰モードを実施しない場合には、ステップＳ５において、ＶＴＯＬロータ制御部７６は、４軸制御指令値に基づいて生成されたそれぞれのＶＴＯＬロータ１８に対応するスラスト指令値により、それぞれのＶＴＯＬロータ１８におけるスラストを制御する。その後、ステップＳ７へ移行する。
姿勢復帰モードを実施する場合には、ステップＳ６において、ＶＴＯＬロータ制御部７６は、３軸制御指令値に基づいて生成されたそれぞれのＶＴＯＬロータ１８に対応するスラスト指令値により、それぞれのＶＴＯＬロータ１８におけるスラストを制御する。その後、ステップＳ７へ移行する。
ステップＳ７において、クルーズロータ制御部７８は、それぞれのクルーズロータ２２に対するスラスト指令値に基づいて、それぞれのクルーズロータ２２におけるスラストを制御する。その後、ロータ制御を終了する。
［作用効果］
本実施形態の航空機１０では、ロータ制御装置５０は、８つのＶＴＯＬロータ１８のスラストに差を生じさせることにより、機体１２にロールモーメント、ピッチモーメント及びヨーモーメントを作用させる。これにより、ロータ制御装置５０は、機体１２の姿勢を安定させる姿勢制御を行う。機体１２の姿勢制御が行われる場合であっても、航空機１０の急降下を防ぐため、８つのＶＴＯＬロータ１８によるリフトスラストの確保する必要がある。それぞれのＶＴＯＬロータ１８におけるスラストの上限に対して、リフトスラストを確保するためにそれぞれのＶＴＯＬロータ１８において発生させるスラストの割合は大きい。そのため、リフトスラストを確保しつつ、複数のＶＴＯＬロータ１８のスラストに十分な大きさの差を生じさせることができない場合がある。
本実施形態のロータ制御装置５０は、ヨー方向において機体１２の姿勢を安定させることに対して、ロール方向、及び、ピッチ方向において機体１２の姿勢を安定させることを優先する。これは、主に次の理由によるものである。その理由とは、ロール方向、又は、ピッチ方向において機体１２の姿勢が崩れた場合、鉛直方向に対するリフトスラストの方向の角度が大きくなることである。この場合、機体１２は、ＶＴＯＬロータ１８から十分なリフトを得ることができない。一方、ヨー方向において機体１２の姿勢が崩れた場合、機体１２に作用するリフトに及ぼす影響は小さい。
そこで、本実施形態のロータ制御装置５０では、次の場合には、３軸制御指令値に基づいて生成されたそれぞれのスラスト指令値により、それぞれのＶＴＯＬロータ１８のスラストを制御する。この場合とは、ロールモーメント指令値の大きさが第１閾値よりも大きい場合、ピッチモーメント指令値の大きさが第２閾値よりも大きい場合、又は、合モーメント指令値の大きさが第３閾値よりも大きい場合である。３軸制御指令値とは、ロールモーメント指令値、ピッチモーメント指令値及びリフトスラスト指令値の３つの指令値を示す。すなわち、ロータ制御装置５０は、ヨーモーメント指令値を用いずに姿勢制御を行う。
これにより、ロールモーメント及びピッチモーメントの制御に対して、それぞれのＶＴＯＬロータ１８におけるスラストを多く分配できる。その結果、それぞれのＶＴＯＬロータ１８におけるスラストの差を大きくすることが可能となる。そのため、ロール方向及びピッチ方向において、機体１２の姿勢を早期に安定させることができる。
また、本実施形態のロータ制御装置５０では、ロール方向、及び、ピッチ方向において機体１２の姿勢がある程度安定した場合には、４軸制御指令値に基づいて生成されたスラスト指令値により、それぞれのＶＴＯＬロータ１８のスラストを制御する。ロール方向、及び、ピッチ方向において機体１２の姿勢がある程度安定した場合とは、ロールモーメント指令値の大きさが第１閾値以下である場合、及び、ピッチモーメント指令値の大きさが第２閾値以下である場合である。または、ロール方向、及び、ピッチ方向において機体１２の姿勢がある程度安定した場合とは、合モーメント指令値の大きさが第３閾値以下である場合である。４軸制御指令値とは、ロールモーメント指令値、ピッチモーメント指令値及びリフトスラスト指令値に、ヨーモーメント指令位置を加えた４つの指令値を示す。すなわち、ロータ制御装置５０は、ヨーモーメント指令値に基づいて姿勢制御を行う。
これにより、ロール方向、及び、ピッチ方向における機体１２の姿勢がある程度安定した場合には、本実施形態のロータ制御装置５０は、ヨー方向における機体１２の姿勢も安定させることができる。
また、本実施形態のロータ制御装置５０では、姿勢復帰モード判定部６６は、８つのＶＴＯＬロータ１８のうち、一部のＶＴＯＬロータ１８が失陥した場合には、第１閾値、第２閾値及び第３閾値のそれぞれを小さくする。これにより、ロータ制御装置５０は、早めにヨーモーメント指令値に基かずに姿勢制御を行う。そのため、一部のＶＴＯＬロータ１８が失陥した場合であっても、本実施形態のロータ制御装置５０は、ロール方向、及び、ピッチ方向において機体１２の姿勢を早期に安定させることができる。
また、本実施形態のロータ制御装置５０では、姿勢復帰モード判定部６６は、機体１２の対気速度が大きいほど、第１閾値、第２閾値及び第３閾値のそれぞれを高くする。機体１２の対気速度が大きいほどＶＴＯＬロータ１８の効率は向上する。そのため、ＶＴＯＬロータ１８を駆動する電動モータ３２の出力パワーが一定である場合、機体１２の対気速度が大きいほど、機体１２に作用するロールモーメント及びピッチモーメントは大きくなる。これにより、機体１２の対気速度が大きいほど、ロール方向の姿勢制御及びピッチ方向の姿勢制御に用いられる電動モータ３２の出力パワーは小さくなり、ヨー方向の姿勢制御に対して電動モータ３２の出力パワーを振り分けることが可能となる。
姿勢復帰モード判定部６６が第１閾値、第２閾値及び第３閾値を高くすることにより、ＶＴＯＬロータ１８によるヨー方向の姿勢制御がより長く行われる。これにより、本実施形態のロータ制御装置５０は、ＶＴＯＬロータ１８によりロール方向、及び、ピッチ方向において機体１２の姿勢を安定させつつ、ＶＴＯＬロータ１８によりヨー方向において機体１２の姿勢を安定させることができる。
〔第２実施形態〕
第１実施形態のロータ制御装置５０は、姿勢復帰モードを実施する場合には、３軸制御指令値に基づいて、それぞれのＶＴＯＬロータ１８に対するスラスト指令値を生成する。３軸制御指令値には、ヨーモーメント指令値が含まれない。
一方、本実施形態のロータ制御装置５０は、姿勢復帰モードを実施する場合であっても、４軸制御指令値に基づいて、それぞれのＶＴＯＬロータ１８に対するスラスト指令値を生成する。４軸制御指令値には、ヨーモーメント指令値が含まれる。ただし、姿勢復帰モードを実施する場合には、補正されたヨーモーメント指令値が用いられる。
［ロータ制御装置の構成］
図６は、ロータ制御装置５０の制御ブロック図である。ロータ制御装置５０は、演算部５２及び記憶部５４を有する。
演算部５２は、ロールモーメント指令値算出部５６、ピッチモーメント指令値算出部５８、ヨーモーメント指令値算出部６０、リフトスラスト指令値算出部６２、クルーズスラスト指令値算出部６４、姿勢復帰モード判定部６６、ヨーモーメント指令値補正部８０、４軸制御指令値生成部６８、クルーズロータスラスト指令値生成部７４、ＶＴＯＬロータ制御部７６及びクルーズロータ制御部７８を有する。
ロールモーメント指令値算出部５６、ピッチモーメント指令値算出部５８、ヨーモーメント指令値算出部６０、リフトスラスト指令値算出部６２、クルーズスラスト指令値算出部６４、姿勢復帰モード判定部６６、４軸制御指令値生成部６８、クルーズロータスラスト指令値生成部７４及びクルーズロータ制御部７８は、第１実施形態のそれらと同様である。
姿勢復帰モードを実施する場合、ヨーモーメント指令値補正部８０は、ヨーモーメント指令値の大きさを小さく補正して、４軸制御指令値生成部６８に出力する。姿勢復帰モードを実施する場合、ヨーモーメント指令値補正部８０は、ヨーモーメント指令値の大きさを０に補正してもよい。姿勢復帰モードを実施しない場合、ヨーモーメント指令値補正部８０は、ヨーモーメント指令値を補正せずに、４軸制御指令値生成部６８に出力する。
ＶＴＯＬロータ制御部７６は、４軸制御指令値生成部６８において生成されたそれぞれのＶＴＯＬロータ１８に対するスラスト指令値に基づいて、それぞれのＶＴＯＬロータ１８におけるスラストを制御する。
第１実施形態のロータ制御装置５０では、姿勢復帰モードを実施する場合、ＶＴＯＬロータ制御部７６は、ヨーモーメント指令値に基かずに生成されたスラスト指令値を用いて、それぞれのＶＴＯＬロータ１８におけるスラストを制御する。そのため、ロールモーメント及びピッチモーメントが制御された結果として、それぞれのＶＴＯＬロータ１８において発生する反トルクにより、機体１２にヨーモーメントが作用する。これにより、第１実施形態では、姿勢復帰モードが実施されている間に、ヨー方向における機体１２の姿勢は、より不安定になる可能性がある。
一方、本実施形態のロータ制御装置５０では、姿勢復帰モードを実施する場合、ヨーモーメント指令値の大きさは小さく補正されるものの、ＶＴＯＬロータ制御部７６は、ヨーモーメント指令値に基づいて生成されたスラスト指令値を用いて、それぞれのＶＴＯＬロータ１８におけるスラストを制御する。そのため、本実施形態では、姿勢復帰モードが実施されている間、ヨー方向において機体１２の姿勢を変化させようとする外力に抗うほどのヨーモーメントを機体１２に作用させることはできないものの、ヨー方向において意図に反して姿勢の変化速度が増大することを抑制できる。
［ロータ制御］
図７は、ロータ制御装置５０において行われるロータ制御の処理の流れを示すフローチャートである。ロータ制御の処理は、航空機１０が飛行中に、所定の周期で繰り返し実行される。
ステップＳ１１において、姿勢復帰モード判定部６６は、姿勢復帰モードを実施するか否かを判定する。姿勢復帰モードを実施する場合には、ステップＳ１２へ移行する。姿勢復帰モードを実施しない場合には、ステップＳ１３へ移行する。
姿勢復帰モードを実施する場合、ステップＳ１２において、ヨーモーメント指令値補正部８０は、ヨーモーメント指令値を小さく補正する。その後、ステップＳ１３へ移行する。
ステップＳ１３において、４軸制御指令値生成部６８は、４軸制御指令値に基づいて、それぞれのＶＴＯＬロータ１８に対するスラスト指令値を生成する。その後、ステップＳ１４へ移行する。４軸制御指令値とは、ロールモーメント指令値、ピッチモーメント指令値、ヨーモーメント指令値及びリフトスラスト指令値の４つの指令値を示す。ステップＳ１２において、ヨーモーメント指令値が補正された場合には、補正後のヨーモーメント指令値が用いられる。
ステップＳ１４において、クルーズロータスラスト指令値生成部７４は、それぞれのクルーズロータ２２に対するスラスト指令値を生成する。クルーズロータスラスト指令値生成部７４は、クルーズスラスト指令値に基づいて、スラスト指令値を生成する。その後、ステップＳ１５に移行する。
ステップＳ１５において、ＶＴＯＬロータ制御部７６は、それぞれのＶＴＯＬロータ１８に対するスラスト指令値に基づいて、それぞれのＶＴＯＬロータ１８におけるスラストを制御する。その後、ステップＳ１６へ移行する。
ステップＳ１６において、クルーズロータ制御部７８は、それぞれのクルーズロータ２２に対するスラスト指令値に基づいて、それぞれのクルーズロータ２２におけるスラストを制御する。その後、ロータ制御を終了する。
［作用効果］
本実施形態のロータ制御装置５０では、４軸制御指令値に基づいて生成されたそれぞれのスラスト指令値に基づいて、それぞれのＶＴＯＬロータ１８のスラストを制御する。４軸制御指令値とは、ロールモーメント指令値、ピッチモーメント指令値、ヨーモーメント指令値及びリフトスラスト指令値の４つの指令値を示す。ただし、ロータ制御装置５０は、次の場合には、ヨーモーメント指令値の大きさを小さく補正する。この場合とは、ロールモーメント指令値の大きさが第１閾値よりも大きい場合、ピッチモーメント指令値の大きさが第２閾値よりも大きい場合、又は、合モーメント指令値の大きさが第３閾値よりも大きい場合である。
これにより、ヨー方向の姿勢制御における制御量を小さくできる。そのため、本実施形態のロータ制御装置５０は、ロール方向、及び、ピッチ方向において機体１２の姿勢を早期に安定させることができる。
〔実施形態から得られる発明〕
上記実施形態から把握しうる発明について、以下に記載する。
垂直方向にスラストを発生させる複数のロータ（１８）を有する航空機（１０）の機体（１２）の姿勢制御を行う姿勢制御装置（５０）であって、前記機体に作用させるロールモーメントの指令値を算出するロールモーメント指令値算出部（５６）と、前記機体に作用させるピッチモーメントの指令値を算出するピッチモーメント指令値算出部（５８）と、前記機体に作用させるヨーモーメントの指令値を算出するヨーモーメント指令値算出部（６０）と、前記ロールモーメントの指令値、前記ピッチモーメントの指令値及び前記ヨーモーメントの指令値に基づいて、それぞれの前記ロータを制御するロータ制御部（７６）と、前記ロールモーメントの指令値の大きさが第１閾値以上であるか否かの判定、前記ピッチモーメントの指令値の大きさが第２閾値以上であるか否かの判定、及び、前記ロールモーメントの指令値と前記ピッチモーメントの指令値とから求められる合モーメントの指令値の大きさが第３閾値以上であるか否かの判定のうち少なくとも１つの判定を行う判定部（６６）と、を備え、前記判定部により前記ロールモーメントの指令値の大きさが前記第１閾値以上であると判定された場合、前記判定部により前記ピッチモーメントの指令値の大きさが前記第２閾値以上であると判定された場合、又は、前記合モーメントの指令値の大きさが前記第３閾値以上であると判定された場合には、前記ロータ制御部は、前記ヨーモーメントの指令値を用いずに、前記ロールモーメントの指令値、及び、前記ピッチモーメントの指令値に基づいて、それぞれの前記ロータを制御する、又は、前記ロータ制御部は、前記ヨーモーメントの指令値の大きさを小さく補正して、前記ロールモーメントの指令値、前記ピッチモーメントの指令値及び補正後の前記ヨーモーメントの指令値に基づいて、それぞれの前記ロータを制御する。これにより、ロール方向、及び、ピッチ方向において機体の姿勢を早期に安定させることができる。
上記の姿勢制御装置において、前記ヨーモーメントの指令値の大きさを小さく補正する場合、前記ロータ制御部は、前記ヨーモーメントの指令値の大きさをゼロにしてもよい。これにより、ロール方向、及び、ピッチ方向において機体の姿勢を早期に安定させることができる。
上記の姿勢制御装置において、前記判定部は、前記第１閾値、前記第２閾値及び前記第３閾値の少なくとも１つを可変にしてもよい。これにより、ロール方向、及び、ピッチ方向において機体の姿勢を早期に安定させることができる。
上記の姿勢制御装置において、前記判定部は、失陥した前記ロータの数に応じて前記第１閾値、前記第２閾値及び前記第３閾値の少なくとも１つを可変にしてもよい。これにより、ロール方向、及び、ピッチ方向において機体の姿勢を早期に安定させることができる。
１０…航空機 １２…機体
１８…ＶＴＯＬロータ（ロータ） ５０…ロータ制御装置（姿勢制御装置）
５６…ロールモーメント指令値算出部 ５８…ピッチモーメント指令値算出部
６０…ヨーモーメント指令値算出部 ６６…姿勢復帰モード判定部（判定部）
７６…ＶＴＯＬロータ制御部（ロータ制御部）

Claims (4)

  1. 垂直方向にスラストを発生させる複数のロータを有する航空機の機体の姿勢制御を行う姿勢制御装置であって、
    前記機体に作用させるロールモーメントの指令値を算出するロールモーメント指令値算出部と、
    前記機体に作用させるピッチモーメントの指令値を算出するピッチモーメント指令値算出部と、
    前記機体に作用させるヨーモーメントの指令値を算出するヨーモーメント指令値算出部と、
    前記ロールモーメントの指令値、前記ピッチモーメントの指令値及び前記ヨーモーメントの指令値に基づいて、それぞれの前記ロータを制御するロータ制御部と、
    前記ロールモーメントの指令値の大きさが第１閾値以上であるか否かの判定、前記ピッチモーメントの指令値の大きさが第２閾値以上であるか否かの判定、及び、前記ロールモーメントの指令値と前記ピッチモーメントの指令値とから求められる合モーメントの指令値の大きさが第３閾値以上であるか否かの判定のうち少なくとも１つの判定を行う判定部と、
    を備え、
    前記判定部により前記ロールモーメントの指令値の大きさが前記第１閾値以上であると判定された場合、前記判定部により前記ピッチモーメントの指令値の大きさが前記第２閾値以上であると判定された場合、又は、前記合モーメントの指令値の大きさが前記第３閾値以上であると判定された場合には、
    前記ロータ制御部は、前記ヨーモーメントの指令値を用いずに、前記ロールモーメントの指令値、及び、前記ピッチモーメントの指令値に基づいて、それぞれの前記ロータを制御する、
    又は、前記ロータ制御部は、前記ヨーモーメントの指令値の大きさを小さく補正して、前記ロールモーメントの指令値、前記ピッチモーメントの指令値及び補正後の前記ヨーモーメントの指令値に基づいて、それぞれの前記ロータを制御する、姿勢制御装置。
  2. 請求項１に記載の姿勢制御装置において、
    前記ヨーモーメントの指令値の大きさを小さく補正する場合、前記ロータ制御部は、前記ヨーモーメントの指令値の大きさをゼロにする、姿勢制御装置。
  3. 請求項１又は２に記載の姿勢制御装置において、
    前記判定部は、前記第１閾値、前記第２閾値及び前記第３閾値の少なくとも１つを可変にする、姿勢制御装置。
  4. 請求項３に記載の姿勢制御装置において、
    前記判定部は、失陥した前記ロータの数に応じて前記第１閾値、前記第２閾値及び前記第３閾値の少なくとも１つを可変にする、姿勢制御装置。
JP2022025390A 2022-02-22 2022-02-22 姿勢制御装置 Pending JP2023121989A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022025390A JP2023121989A (ja) 2022-02-22 2022-02-22 姿勢制御装置
CN202310142596.8A CN116643574A (zh) 2022-02-22 2023-02-21 姿势控制装置
US18/171,958 US20230264812A1 (en) 2022-02-22 2023-02-21 Attitude control device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022025390A JP2023121989A (ja) 2022-02-22 2022-02-22 姿勢制御装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023121989A true JP2023121989A (ja) 2023-09-01

Family

ID=87573673

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022025390A Pending JP2023121989A (ja) 2022-02-22 2022-02-22 姿勢制御装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230264812A1 (ja)
JP (1) JP2023121989A (ja)
CN (1) CN116643574A (ja)

Also Published As

Publication number Publication date
US20230264812A1 (en) 2023-08-24
CN116643574A (zh) 2023-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10046853B2 (en) Hybrid gyrodyne aircraft employing a managed autorotation flight control system
JP2021176757A (ja) 垂直離着陸（ｖｔｏｌ）航空機
CN113784890B (zh) 混合旋翼式飞行器
US9096314B2 (en) Electric VTOL aircraft
AU2021305613A1 (en) Systems and methods for power distribution in electric aircraft
CN116529159A (zh) Vtol飞行器飞行控制操纵器的系统和方法
JP2018154322A (ja) 飛行体及び飛行システム
WO2023136014A1 (ja) 垂直離着陸機の制御装置
JP2023121989A (ja) 姿勢制御装置
CN111232208A (zh) 翼尖柔性连接固定翼组合无人机及其姿态控制方法
JP2023121995A (ja) 姿勢制御装置
EP3471847B1 (en) Self-adjusting system for aircraft control
US20240329662A1 (en) Control device, aircraft, and control method
EP4345002A1 (en) Control device for aircraft
US20240190562A1 (en) Vertical take-off and landing aircraft
US20230312118A1 (en) Control device for aircraft
US20240300643A1 (en) Vertical take-off and landing aircraft
EP4253232A1 (en) Control apparatus for aircraft
US20230271518A1 (en) Power supply circuit of aircraft
US20240083574A1 (en) Thrust generating device
US20240326988A1 (en) Systems and methods for active control of aircraft's center of gravity
CN113753227A (zh) 多旋翼飞行器及其控制方法