JP3959538B2 - 自動操縦装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、横加速度を発生させることにより目標と会合する経路に飛しょう体の経路を誘導することを目的とした飛しょう体の自動操縦装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は自動操縦装置を搭載した飛しょう体５０の簡略化した構成例を示す図である。飛しょう体の加速度及び角速度は、図に示すピッチ系、ヨー系、ロール系を基準として定義する。図において、２０は自動操縦装置、４０は横加速度を発生させるための横加速度指令を出力する誘導装置、４１は機体の横加速度、角速度、姿勢角、速度、高度等の運動を検出する慣性装置、４２は自動操縦装置から出力された操舵翼の舵角指令信号を受けて操舵翼を駆動する操舵装置、４３は操舵翼である。また、図５は従来の方法による自動操縦装置の構成を示すブロック図である。図において、１は、重力により発生する飛しょう体の横加速度を補正するための加速度指令補正計算部、２は加速度指令及び慣性装置が出力した横加速度、角速度からピッチ系、ヨー系、ロール系の各操舵指令を出力する舵角指令計算部、３はピッチ系、ヨー系、ロール系の各操舵指令から複数の操舵翼４３に関する操舵指令を計算する操舵翼舵角指令計算部である。さらに、２０は自動操縦装置全体を示す。
【０００３】
従来の自動操縦装置は上記のように構成される。加速度指令補正計算部１において誘導装置４０からのピッチ系横加速度指令apcおよびヨー系横加速度指令aycに対して慣性装置４１から出力されるピッチ系姿勢角qおよびロール系姿勢角fを用いて重力により発生する飛しょう体の横加速度を補正するための加速度指令agp、agyを数1により計算し、加算器１０により補正を行い、補正後の加速度指令apc1およびayc1を出力する。慣性装置４１から出力される飛しょう体のピッチ系横加速度amp、ヨー系横加速度amy及びロール系角速度p、ピッチ系角速度q,、ヨー系角速度r等の信号を用いて、舵角指令計算部２において機体を制御するために必要なピッチ系・ヨー系・ロール系の操舵指令δ pc 、δ yc 、δ rcを計算する。当該操舵指令を用いて操舵翼舵角指令計算部３において4枚の操舵翼に関する操舵指令δ 1c 、δ 2c 、δ 3c 、δ 4cを計算し、操舵装置に出力する。
【０００４】
【数１】
従来の自動操縦装置の舵角指令計算部２は、ピッチ系舵角指令計算部４、ヨー系舵角指令計算部５、ロール系舵角指令計算部６から構成される。横加速度制御に関係するのは、ピッチ系舵角指令計算部４、ヨー系舵角指令計算部５であるが、両者は同じ構造を有するためピッチ系舵角指令計算部４について図６を用いて説明する。飛しょう体のピッチ系舵角指令計算部においては、通常、図に示すような横加速度及び角速度をフィードバック量とする3ループ加速度制御系が使用される。以下にその構成を説明する。３０、３１、３２、３３はそれぞれＣ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を値とするゲイン、３４は減算器、３５は積分器である。ゲインＣ１、Ｃ２、Ｃ３は応答性と安定性に関する条件より値を設定し、ゲインＣ０は、横加速度指令に対する発生加速度のゲインが１となるようにゲインＣ１および飛しょう体の速度Ｖｍを用いて数２のように設定する。
【０００５】
【数２】
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示す構成を有する従来の自動操縦装置においては、図７に示すように重力加速度の影響により横加速度指令に対して発生加速度にバイアス誤差を生じてしまうという問題があった。バイアス発生する方向は重力の方向と同じ鉛直面内であり、その大きさｅは数３のように計算できる。数２および数３より前記加速度バイアス誤差ｅは、速度が小さい時に大きくなる。このため、超音速で飛しょうする飛しょう体では大きな加速度バイアス誤差を発生しないが、特に低速の飛しょう体においては大きな誤差を発生し、飛しょう体の姿勢制御においてその精度が劣化する。
【０００７】
【数３】
【０００８】
この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、重力加速度により発生する加速度バイアス誤差を打ち消し、制御性能を向上させるものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明による飛しょう体の自動操縦装置は、飛しょう体の発生横加速度を制御するために複数の操舵翼に舵角指令を出力する自動操縦装置において、重力による発生加速度誤差を補正するための補正加速度指令を計算する補正計算手段と、前記補正計算手段で計算された補正加速度指令、加速度指令及び慣性装置からの加速度情報に基づき機体の姿勢を制御するための操舵指令を計算する操舵指令計算手段と、前記操舵指令から各操舵翼への舵角指令を計算する舵角指令計算手段とを備えたものである。
【００１０】
第２の発明による飛しょう体の自動操縦装置は、第１の発明による自動操縦装置において、前記補正加速度指令に対して飛しょう体の速度および高度に応じてリミット処理を行うリミッタを備えたものである。
【００１１】
第３の発明による飛しょう体の自動操縦装置は、第１の発明による自動操縦装置において、前記加速度指令に対して慣性装置の高度情報に基づき計算した重力加速度を用いて、発生加速度誤差を補正するための補正加速度指令を計算する手段を有したものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明による自動操縦装置の実施の形態１を示すブロック図である。図において、１は、重力により発生する飛しょう体の横加速度を補正するための加速度指令補正計算部、２は加速度指令及び慣性装置が出力した横加速度、角速度からピッチ系、ヨー系、ロール系の各操舵指令を出力する舵角指令計算部、３はピッチ系、ヨー系、ロール系の各操舵指令から複数の操舵翼４３に関する操舵指令を計算する操舵翼舵角指令計算部である。さらに、７は自動操縦装置全体を示す。加速度指令補正計算部１において、８、９、１１はゲイン、９、１０は加算器である。横加速度に関する誤差ｅを打ち消すために、数４を用いて重力補正用加速度指令ａｇｐおよびａｇｙを計算する。
【００１３】
【数４】
【００１４】
続いて、加算器１０により加速度補正計算を行い、補正後の加速度指令ａｐｃ１およびａｙｃ１を出力する。この後、舵角指令計算部２においてピッチ・ヨー・ロール系の操舵指令δ pc 、δ yc 、δ rcを計算し、操舵翼舵角指令計算部３において各操舵翼に関する操舵指令δ 1c 、δ 2c 、δ 3c 、δ 4cを計算する。操舵指令δ 1c 、δ 2c 、δ 3c 、δ 4cは操舵装置に出力する。
【００１５】
ここで、数３で計算される鉛直下方向に発生する横加速度誤差ｅのピッチ系成分ｅｐおよびヨー系成分ｅｙは、数５のように計算できる。ｅｐと数１による従来の加速度指令補正信号ａｇｐの和と数４で計算されるａｇｐは大きさが同じで方向が逆のため、数４で計算される補正加速度指令ａｇｐが入力された場合、ｅｐを打ち消すことができる。同様に誤差のヨー系成分ｅｙと数１による従来の加速度指令補正信号ａｇｙの和とａｇｙは大きさが同じで方向が逆のため、ａｇｙによりｅｙを打ち消すことができる。よって、横加速度の誤差ｅを打ち消すことができる。
【００１６】
【数５】
【００１７】
実施の形態２．
図２は本発明による自動操縦装置の実施の形態２を示すブロック図である。図において、１２はリミッタである。横加速度に関する誤差ｅを打ち消すために、重力補正用加速度指令ａｇｐおよびａｇｙを計算する。その際、補正加速度指令の大きさａｇにリミット処理を行う。ａｇｐおよびａｇｙの計算式は数６のようになる。リミット処理を行う際の閾値は、飛しょう体の運動特性（例えば飛しょう体の速度および高度）に応じて適当な値を設定する。運動特性に対して過大な加速度指令が舵角指令計算部２に入力された場合には、操舵可能な舵角を超えた指令が発生し、制御系が不安定になる可能性がある。補正加速度指令にリミット処理を行うことにより、過大な加速度指令の入力を防止することができる。
【００１８】
【数６】
【００１９】
実施の形態３．
図３は本発明による自動操縦装置の実施の形態３を示すブロック図である。図において、１３は乗算器、１４は慣性装置から出力される飛しょう高度に基づき重力加速度を計算する重力加速度計算部である。地球上において重力は概ね地球中心までの距離の２乗に反比例して増加する。重力加速度の計算は、数７を用いる。重力補正用加速度指令ａｇｐおよびａｇｙを計算には数４を用いる。数７による補正された重力加速度は、第１の発明において用いた高度によらず一定の値ｇ０よりも真の重力加速度に近く、計算に用いた重力加速度と真の重力加速度の差により加速度バイアス誤差が発生することを防止することができる。
【００２０】
【数７】
【００２１】
【発明の効果】
第１の発明によれば、重力加速度により発生する横加速度の誤差を補正加速度指令により打ち消すことができ、制御性能を向上させることができる。
【００２２】
第２の発明によれば、第１の発明の効果に加えて、補正加速度指令にリミット処理を行うことにより、制御系が不安定になることを防止することができ、制御系の安定性が向上する。
【００２３】
第３の発明によれば、第１の発明の効果に加えて、飛しょう体の高度から重力加速度を計算し、補正加速度指令を計算することにより補正加速度指令の精度を向上させる効果があり、結果として制御性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１による自動操縦装置の構成を表すブロック図である。
【図２】 本発明の実施の形態２による自動操縦装置の構成を表すブロック図である。
【図３】 本発明の実施の形態３による自動操縦装置の構成を表すブロック図である。
【図４】 飛しょう体の制御系の構成を表すブロック図である。
【図５】 従来の形態による自動操縦装置の構成を表すブロック図である。
【図６】 自動操縦装置におけるピッチ系舵角指令計算部の構成を表すブロック図である。
【図７】 従来の形態における発生横加速度の誤差を表す図である。
【符号の説明】
１ 加速度指令補正計算部
２ 舵角指令計算部
３ 操舵翼舵角指令計算部
４ ピッチ系舵角指令計算部
５ ヨー系舵角指令計算部
６ ロール系舵角指令計算部
７ 本発明による自動操縦装置
８ ゲイン
９ ゲイン
１０ 加算器
１１ ゲイン
１２ リミッタ
１３ 乗算器
１４ 重力加速度計算部
２０ 従来の方式による自動操縦装置
３０ ゲイン
３１ ゲイン
３２ ゲイン
３３ ゲイン
３４ 減算器
３５ 積分器
４０ 誘導装置
４１ 慣性装置
４２ 操舵装置
４３ 操舵翼
５０ 飛しょう体
【発明の属する技術分野】
本発明は、横加速度を発生させることにより目標と会合する経路に飛しょう体の経路を誘導することを目的とした飛しょう体の自動操縦装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は自動操縦装置を搭載した飛しょう体５０の簡略化した構成例を示す図である。飛しょう体の加速度及び角速度は、図に示すピッチ系、ヨー系、ロール系を基準として定義する。図において、２０は自動操縦装置、４０は横加速度を発生させるための横加速度指令を出力する誘導装置、４１は機体の横加速度、角速度、姿勢角、速度、高度等の運動を検出する慣性装置、４２は自動操縦装置から出力された操舵翼の舵角指令信号を受けて操舵翼を駆動する操舵装置、４３は操舵翼である。また、図５は従来の方法による自動操縦装置の構成を示すブロック図である。図において、１は、重力により発生する飛しょう体の横加速度を補正するための加速度指令補正計算部、２は加速度指令及び慣性装置が出力した横加速度、角速度からピッチ系、ヨー系、ロール系の各操舵指令を出力する舵角指令計算部、３はピッチ系、ヨー系、ロール系の各操舵指令から複数の操舵翼４３に関する操舵指令を計算する操舵翼舵角指令計算部である。さらに、２０は自動操縦装置全体を示す。
【０００３】
従来の自動操縦装置は上記のように構成される。加速度指令補正計算部１において誘導装置４０からのピッチ系横加速度指令apcおよびヨー系横加速度指令aycに対して慣性装置４１から出力されるピッチ系姿勢角qおよびロール系姿勢角fを用いて重力により発生する飛しょう体の横加速度を補正するための加速度指令agp、agyを数1により計算し、加算器１０により補正を行い、補正後の加速度指令apc1およびayc1を出力する。慣性装置４１から出力される飛しょう体のピッチ系横加速度amp、ヨー系横加速度amy及びロール系角速度p、ピッチ系角速度q,、ヨー系角速度r等の信号を用いて、舵角指令計算部２において機体を制御するために必要なピッチ系・ヨー系・ロール系の操舵指令δ pc 、δ yc 、δ rcを計算する。当該操舵指令を用いて操舵翼舵角指令計算部３において4枚の操舵翼に関する操舵指令δ 1c 、δ 2c 、δ 3c 、δ 4cを計算し、操舵装置に出力する。
【０００４】
【数１】
【０００５】
【数２】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示す構成を有する従来の自動操縦装置においては、図７に示すように重力加速度の影響により横加速度指令に対して発生加速度にバイアス誤差を生じてしまうという問題があった。バイアス発生する方向は重力の方向と同じ鉛直面内であり、その大きさｅは数３のように計算できる。数２および数３より前記加速度バイアス誤差ｅは、速度が小さい時に大きくなる。このため、超音速で飛しょうする飛しょう体では大きな加速度バイアス誤差を発生しないが、特に低速の飛しょう体においては大きな誤差を発生し、飛しょう体の姿勢制御においてその精度が劣化する。
【０００７】
【数３】
この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、重力加速度により発生する加速度バイアス誤差を打ち消し、制御性能を向上させるものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明による飛しょう体の自動操縦装置は、飛しょう体の発生横加速度を制御するために複数の操舵翼に舵角指令を出力する自動操縦装置において、重力による発生加速度誤差を補正するための補正加速度指令を計算する補正計算手段と、前記補正計算手段で計算された補正加速度指令、加速度指令及び慣性装置からの加速度情報に基づき機体の姿勢を制御するための操舵指令を計算する操舵指令計算手段と、前記操舵指令から各操舵翼への舵角指令を計算する舵角指令計算手段とを備えたものである。
【００１０】
第２の発明による飛しょう体の自動操縦装置は、第１の発明による自動操縦装置において、前記補正加速度指令に対して飛しょう体の速度および高度に応じてリミット処理を行うリミッタを備えたものである。
【００１１】
第３の発明による飛しょう体の自動操縦装置は、第１の発明による自動操縦装置において、前記加速度指令に対して慣性装置の高度情報に基づき計算した重力加速度を用いて、発生加速度誤差を補正するための補正加速度指令を計算する手段を有したものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明による自動操縦装置の実施の形態１を示すブロック図である。図において、１は、重力により発生する飛しょう体の横加速度を補正するための加速度指令補正計算部、２は加速度指令及び慣性装置が出力した横加速度、角速度からピッチ系、ヨー系、ロール系の各操舵指令を出力する舵角指令計算部、３はピッチ系、ヨー系、ロール系の各操舵指令から複数の操舵翼４３に関する操舵指令を計算する操舵翼舵角指令計算部である。さらに、７は自動操縦装置全体を示す。加速度指令補正計算部１において、８、９、１１はゲイン、９、１０は加算器である。横加速度に関する誤差ｅを打ち消すために、数４を用いて重力補正用加速度指令ａｇｐおよびａｇｙを計算する。
【００１３】
【数４】
続いて、加算器１０により加速度補正計算を行い、補正後の加速度指令ａｐｃ１およびａｙｃ１を出力する。この後、舵角指令計算部２においてピッチ・ヨー・ロール系の操舵指令δ pc 、δ yc 、δ rcを計算し、操舵翼舵角指令計算部３において各操舵翼に関する操舵指令δ 1c 、δ 2c 、δ 3c 、δ 4cを計算する。操舵指令δ 1c 、δ 2c 、δ 3c 、δ 4cは操舵装置に出力する。
【００１５】
ここで、数３で計算される鉛直下方向に発生する横加速度誤差ｅのピッチ系成分ｅｐおよびヨー系成分ｅｙは、数５のように計算できる。ｅｐと数１による従来の加速度指令補正信号ａｇｐの和と数４で計算されるａｇｐは大きさが同じで方向が逆のため、数４で計算される補正加速度指令ａｇｐが入力された場合、ｅｐを打ち消すことができる。同様に誤差のヨー系成分ｅｙと数１による従来の加速度指令補正信号ａｇｙの和とａｇｙは大きさが同じで方向が逆のため、ａｇｙによりｅｙを打ち消すことができる。よって、横加速度の誤差ｅを打ち消すことができる。
【００１６】
【数５】
実施の形態２．
図２は本発明による自動操縦装置の実施の形態２を示すブロック図である。図において、１２はリミッタである。横加速度に関する誤差ｅを打ち消すために、重力補正用加速度指令ａｇｐおよびａｇｙを計算する。その際、補正加速度指令の大きさａｇにリミット処理を行う。ａｇｐおよびａｇｙの計算式は数６のようになる。リミット処理を行う際の閾値は、飛しょう体の運動特性（例えば飛しょう体の速度および高度）に応じて適当な値を設定する。運動特性に対して過大な加速度指令が舵角指令計算部２に入力された場合には、操舵可能な舵角を超えた指令が発生し、制御系が不安定になる可能性がある。補正加速度指令にリミット処理を行うことにより、過大な加速度指令の入力を防止することができる。
【００１８】
【数６】
実施の形態３．
図３は本発明による自動操縦装置の実施の形態３を示すブロック図である。図において、１３は乗算器、１４は慣性装置から出力される飛しょう高度に基づき重力加速度を計算する重力加速度計算部である。地球上において重力は概ね地球中心までの距離の２乗に反比例して増加する。重力加速度の計算は、数７を用いる。重力補正用加速度指令ａｇｐおよびａｇｙを計算には数４を用いる。数７による補正された重力加速度は、第１の発明において用いた高度によらず一定の値ｇ０よりも真の重力加速度に近く、計算に用いた重力加速度と真の重力加速度の差により加速度バイアス誤差が発生することを防止することができる。
【００２０】
【数７】
【発明の効果】
第１の発明によれば、重力加速度により発生する横加速度の誤差を補正加速度指令により打ち消すことができ、制御性能を向上させることができる。
【００２２】
第２の発明によれば、第１の発明の効果に加えて、補正加速度指令にリミット処理を行うことにより、制御系が不安定になることを防止することができ、制御系の安定性が向上する。
【００２３】
第３の発明によれば、第１の発明の効果に加えて、飛しょう体の高度から重力加速度を計算し、補正加速度指令を計算することにより補正加速度指令の精度を向上させる効果があり、結果として制御性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１による自動操縦装置の構成を表すブロック図である。
【図２】 本発明の実施の形態２による自動操縦装置の構成を表すブロック図である。
【図３】 本発明の実施の形態３による自動操縦装置の構成を表すブロック図である。
【図４】 飛しょう体の制御系の構成を表すブロック図である。
【図５】 従来の形態による自動操縦装置の構成を表すブロック図である。
【図６】 自動操縦装置におけるピッチ系舵角指令計算部の構成を表すブロック図である。
【図７】 従来の形態における発生横加速度の誤差を表す図である。
【符号の説明】
１ 加速度指令補正計算部
２ 舵角指令計算部
３ 操舵翼舵角指令計算部
４ ピッチ系舵角指令計算部
５ ヨー系舵角指令計算部
６ ロール系舵角指令計算部
７ 本発明による自動操縦装置
８ ゲイン
９ ゲイン
１０ 加算器
１１ ゲイン
１２ リミッタ
１３ 乗算器
１４ 重力加速度計算部
２０ 従来の方式による自動操縦装置
３０ ゲイン
３１ ゲイン
３２ ゲイン
３３ ゲイン
３４ 減算器
３５ 積分器
４０ 誘導装置
４１ 慣性装置
４２ 操舵装置
４３ 操舵翼
５０ 飛しょう体
Claims (1)
- 飛しょう体の発生横加速度を制御するために複数の操舵翼に舵角指令を出力する自動操縦装置において、
発生横加速度に対するバイアス誤差を打ち消すための補正係数ａｇを重量加速度ｇ０に乗じた結果に基づいて、重力による発生加速度誤差を補正するための補正加速度指令を計算する補正計算手段と、
前記補正計算手段で計算された補正加速度指令、加速度指令及び慣性装置からの加速度情報に基づき機体の姿勢を制御するための操舵指令を計算する操舵指令計算手段と、
前記操舵指令から各操舵翼への舵角指令を計算する舵角指令計算手段と、
前記補正加速度指令に対して飛しょう体の速度および高度に応じてリミット処理を行うリミッタとを備え、
上記舵角指令計算手段は、横加速度及び角速度をフィードバック量とする加速度制御系で構成されるピッチ系舵角指令計算部を有し、その制御系の加速度系のゲイン C ０ 、角速度系のゲイン C １ について、ゲイン C １ 及び飛しょう体の速度 V ｍによって横加速度指令に対する発生加速度のゲインが１となるように、
としてゲイン C ０ が設定されるとき、上記補正係数ａｇは、
として設定されることを特徴とする自動操縦装置。
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|---|---|---|---|
| JP23243799A JP3959538B2 (ja) | 1999-08-19 | 1999-08-19 | 自動操縦装置 |
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| JP23243799A Expired - Fee Related JP3959538B2 (ja) | 1999-08-19 | 1999-08-19 | 自動操縦装置 |
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1999
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