JP4086199B2 - 操縦システム - Google Patents
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Description
ところで、システムには必ず遅れが存在し、その遅れを記述する方法として、Pade近似モデルは広く一般に使用されている。しかし、Pade近似モデルの導入は必ず不安定な零点を導入するという問題点がある。なお、不安定な零点は制御性を低下させることが一般に知られている。
他方、人間が操縦するシステムの場合、個々の人間に応じて所望の操縦特性が異なる。例えば、自動車の操縦システムを例にとると、ドライバーのステアリング操作力を軽減する油圧システムにおいては、女性のドライバーの場合は、油圧が大きい方が操作しやすい反面、男性のドライバーの場合は、油圧が小さい方が操作しやすいということも起こり得る。しかし、実際は時間およびコストの観点から、油圧システム等の操縦に係るシステムの設計が個々の人間に応じて行われることはなく、平均化した人間を対象とし最大公約数的に行われている。このように、人間が操縦するシステムは、コストと時間の制約から、個々のユーザの操縦特性が反映されたものとなっていないのが現状である。
一方で、人間が操縦する以上、その人間に適した所望の操縦特性が存在するため、その人間に適した制御系の設計を容易に行うことができれば、より快適な操縦が得られ、満足度が高まると考えられる。
しかし、上述した通り,不安定な不変零点を有するシステムに対して有効な右逆システムを設計する手法がなかったので,フィードバック制御器による制御性能,もしくはシステム固有の特性を変えることなく、対象とするシステムにおいて所望の操縦特性を実現する制御系は存在しなかった。
そこで、本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであって、その解決しようとする課題は、既存の制御システムの制御特性は変更せずに対象とするシステムにおいて各操縦者が希望する任意の操縦特性を実現することができる操縦システムを提供することにある。
上記第1の発明の操縦システムでは、実機システムの入力に対し実機システムの右逆システムであるフィードフォワード制御器が結合されているので、フィードフォワード制御器の入力として結合されているオーダモデルの出力が実機システムの出力としてほぼ同様に再現されることとなる。従って、オーダモデルの応答特性は操縦者の希望する操縦特性を模擬しているので、実機システムにおいて操縦者が希望する操縦特性が実現される。
上記第2の発明の操縦システムでは、対角重み伝達関数W(s)は低周波数帯域においてはゲインが十分に大きいので、低周波帯域においてはG(s)G*(s)≒Iが成り立つことがわかる。従って、G*(s)は、低周波数帯域においてゲインが十分に大きい対角重み伝達関数W(s)対するG(s)の右逆システムとなり、そのG*(s)を実機システムに対するフィードフォワード制御器として用い且つその入力に対し操縦者の所望の操縦特性を模擬したオーダモデルを結合することにより、実機システムにおいてオーダモデルの出力と同じ出力を得ることができ、実機システムにおいて所望の操縦特性を実現することができる。
上記第3の発明の操縦システムでは、制御対象である実機システムが安定になる。
上記第4の発明の操縦システムでは、右逆システムおよびフィードバック制御システムは計算機内部に先に実装され、対するオーダモデルは後から実装することによって、既存の制御システムの制御特性は変更せずに実機システムにおいて操縦者の所望の操縦特性を実現することが出来るようになる。
このフライト操縦システム100は、対象プラントである実機システム11とその実機システム11の応答を安定化するために設計されたフィードバック制御器12とから成る拡大実機システム10と、拡大実機システム10のH∞ノルム定義型右逆システムであるフィードフォワード制御器20と、所望の操縦特性が実現されているオーダモデル30とを具備して構成されている。なお、一点鎖線内部のフィードバック制御器12およびフィードフォワード制御器20は、例えばオンボードコンピュータ等の計算機内部に後述するデジタル変換によって先に実装され、対するオーダモデル30は計算機内部または外部に同デジタル変換によって後から実装される。
[設定手順1]
(1)対角項のゲインがほぼ1であること。
(2)拡大実機システム10の対角項の位相遅れ、または位相進みをフィードフォワード制御器20が回復もしくは遅れさせ、対角項の位相がほぼ零となっていること。
(3)非対角項のゲインが十分小さいこと。
搭載コンピュータがデジタルコンピュータであるので、得られたフィードフォワード制御器20を適当な方法、例えば双一次変換等のデジタル変換を用いて例えば0.02[sec](50[Hz])で離散化し実装する。なお、搭載はフィードフォワード制御器20およびフィードバック制御器12に相当する部分を、実機システム11を制御するコンピュータに搭載する。そして、その後に、オーダモデル30に相当するモデル(デジタルコンピュータを用いるのであれば、離散化したモデル)を加える。
この図から、実際の出力である拡大実機システム10のロール角φおよび横方向速度vの時歴がオーダモデル30の出力であるロール角および横方向速度の時歴にほぼ重なっていることがわかる。つまり、拡大実機システム10の応答特性がオーダモデル30の応答特性にほぼ等しくなり、実機において操縦者の所望の操縦特性が実現されている。
この図から、実際の出力である拡大実機システム10のロール角φおよび横方向速度vの時歴がオーダモデル30の出力である横方向速度およびロール角の時歴にほぼ重なっていることがわかる。つまり、拡大実機システム10の応答特性がオーダモデル30の応答特性にほぼ等しくなり、実機において操縦者の所望の操縦特性が実現されている。
この図から、実際の出力である拡大実機システム10のロール角φおよび横方向速度vの時歴がオーダモデル30の出力である横方向速度およびロール角の時歴にほぼ重なっていることがわかる。つまり、拡大実機システム10の応答特性がオーダモデル30の応答特性にほぼ等しくなり、実機において操縦者の所望の操縦特性が実現されている。
2 アクチュエータモデル
3 遅れモデル
10 拡大実機システム
11 実機システム
12 フィードバック制御器
20 フィードフォワード制御器
30 オーダモデル
100 フライト操縦システム
Claims (3)
- 実機システムに対し該実機システムの出力に対応する入力を出力する右逆システムがフィードフォワード制御器として結合された操縦システムであって、前記右逆システムは、G(s)を前記実機システムの入出力特性を示す伝達関数とし且つW(s)を低周波数帯域において大きなゲインを有する安定かつプロパーな対角重み伝達関数とする時、‖W(s)(G(s)G * (s)−I)‖ ∞ <1(I:単位行列)を満たす安定かつプロパーなH ∞ ノルム定義型右逆システムG * (s)であり、前記右逆システムに所望の操縦特性が模擬されたオーダモデルが結合された前記実機システムは前記オーダモデルと同様な操縦特性を有するようになることを特徴とする操縦システム。
- 前記実機システムは、不安定である場合、フィードバック制御システムが結合され安定化される請求項1に記載の操縦システム。
- 前記右逆システムおよび前記フィードバック制御システムは計算機内部に実装され、対する前記オーダモデルは計算機内部または外部に実装され応答特性を任意に変更することができ且つ交換可能である請求項1又は2に記載の操縦システム。
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JP2005150703A JP4086199B2 (ja) | 2005-05-24 | 2005-05-24 | 操縦システム |
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JP2005150703A JP4086199B2 (ja) | 2005-05-24 | 2005-05-24 | 操縦システム |
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CN103213673A (zh) * | 2013-05-06 | 2013-07-24 | 西北工业大学 | 一种用于双y型无刷直流电动舵机的控制方法和驱动装置 |
CN103213673B (zh) * | 2013-05-06 | 2015-07-15 | 西北工业大学 | 一种用于双y型无刷直流电动舵机的控制方法和驱动装置 |
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