JP5325149B2 - 軌道追従制御装置、方法及びプログラム - Google Patents
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Description
制御の対象となる制御対象物は、例えば図4に例示する自律飛行船等の自律移動ロボットである。この自律飛行船は、舵12、主推進器13、上下方向推進器14を装備している。また、図示していないが、横方向(方位角方向)推進器を備える。この自律飛行船の重心位置は低く設定されているので姿勢傾斜に対する復元力は大きく、自律飛行船の姿勢角は方位角以外は0に維持されるとする。以下、制御対象物が自律飛行船である場合を例に挙げて説明する。なお、制御の対象となる制御対象物は何でもよく、自律飛行船に限られない。
Z1(t)=(Zx1(t),Zy1(t),Zz1(t))
Z2(t)=(Zx2(t),Zy2(t),Zz2(t))
Z3(t)=(Zx3(t),Zy3(t),Zz3(t))
Z4(t)=(Zx4(t),Zy4(t),Zz4(t))
Z5(t)=(Zx5(t),Zy5(t),Zz5(t))
すると、これらの平均値(Zxa(t),Zya(t),Zza(t))は、以下のように計算できる。
Zya(t)=[Zy1(t)+Zy2(t)+Zy3(t)+Zy4(t)+Zy5(t)]/5 …(b)
Zza(t)=[Zz1(t)+Zz2(t)+Zz3(t)+Zz4(t)+Zz5(t)]/5
センサが点対象に配置されていることから、上記平均値(Zxa(t),Zya(t),Zza(t))を自律飛行船の重心位置(Xg,Yg,Zg)の計測値として扱うことができる。以後、平均値(Zxa(t),Zya(t),Zza(t))を自律飛行船の重心位置(Xg,Yg,Zg)の計測値として説明する。
スライディング制御は、制御対象物の時刻ステップtにおける状態を表す変数(状態変数)X(t)が、予め決定された目標とする状態Xd(t)に近づくように、制御対象物に搭載された制御対象アクチュレータへの制御入力値u(t)を計算して、その計算された制御入力値u(t)で制御対象物に搭載された制御対象アクチュレータを制御するものである。以下では、制御対象物の状態変数X(t)が制御対象物の方位角Φ(t)である場合を例に挙げて説明する。もちろん、制御対象物の状態変数X(t)は、方位角Φ(t)に限らず、例えば制御対象物の機体座標での前進方向の変位量であってもよい。
この発明の目的は、制御対象物の状態変数の一階微分DX(t)/Dt(例えば、方位角速度DΦ(t)/Dt)を用いず、制御対象物の状態変数X(t)(例えば、方位角Φ(t))の計測値のみを使用して、スライディング制御による軌道追従制御を可能とすることである。
この発明の一実施形態による軌道追従制御装置は、図1に例示するように、時刻設定部1、位置計測センサ61,62,63,64,65、計測部2、記憶部3、方位角計算部4、定数値設定部6、補正入力値計算部7、制御入力値計算部8及び制御部9を例えば含む。この軌道追従制御装置は、図3に示す流れ図の各ステップの処理を例えば行う。
上記の例では、制御対象物の状態変数X(t)として方位角Φ(t)を用いたが、制御対象物の状態変数X(t)として他の変数を選択してもよい。例えば、上記の説明において方位角Φ(t)を制御対象物の機体座標での前進方向の変位量に置き換えれば、前進方向の軌道追従制御を実現することができる。
7 補正入力値計算部
8 制御入力値計算部
9 制御部
Claims (6)
- f及びbを正の定数、u(t)を制御入力値として、次式で表わされるモデルにより運動すると想定される制御対象物の状態変数X(t)を目標とする状態Xd(t)に追従させる軌道追従制御装置において、
X(t)を計測された時刻ステップtにおける上記制御対象物の状態変数、Xd(t)を時刻ステップtにおける上記制御対象物の目標とする状態として、定数λを正の数とし、DXd(t)/Dt>0かつX(t)−Xd(t)<0であればλの値をより大きくし、DXd(t)/Dt<0かつX(t)−Xd(t)>0であればλの値をより大きくし、DXd(t)/Dt>0かつX(t)−Xd(t)>0であればλの値をより小さくし、DXd(t)/Dt<0かつX(t)−Xd(t)<0であればλの値をより小さくする定数値設定部と、
k(t)をフィードバック定数とし、ずれ値s(t)をs(t)=λ(X(t)−Xd(t))とし、関数sgn(・)を・が正であれば1を出力し・が負であれば−1を出力する関数として、補正入力値k(t)sgn(s(t))を計算する補正入力値計算部と、
bを正の定数として、上記設定された定数λ及び上記計算された補正入力値k(t)sgn(s(t))を用いて、次式で定義される制御入力値u(t)を計算する制御入力値計算部と、
上記制御入力値u(t)で上記制御対象物に搭載された制御対象アクチュエータを制御する制御部と、
を含む軌道追従制御装置。 - 請求項1から3の何れかに記載の軌道追従制御装置において、
上記制御対象物の状態変数X(t)はその制御対象物の方位角Φ(t)であり、上記制御対象物の目標とする状態Xd(t)はその制御対象物の目標方位角Φd(t)であり、
計測された上記制御対象物の時刻ステップtにおけるXY平面の位置及び時刻ステップt−1におけるXY平面の位置から、上記制御対象物の時刻ステップtにおける方位角Φ(t)を計算する方位角計算部を更に含む、
ことを特徴とする軌道追従制御装置。 - f及びbを正の定数、u(t)を制御入力値として、次式で表わされるモデルにより運動すると想定される制御対象物の状態変数X(t)を目標とする状態Xd(t)に追従させる軌道追従制御方法において、
定数値設定部が、X(t)を計測された時刻ステップtにおける上記制御対象物の位置、Xd(t)を時刻ステップtにおける上記制御対象物の目標位置として、定数λを正の数とし、DXd(t)/Dt>0かつX(t)−Xd(t)<0であればλの値をより大きくし、DXd(t)/Dt<0かつX(t)−Xd(t)>0であればλの値をより大きくし、DXd(t)/Dt>0かつX(t)−Xd(t)>0であればλの値をより小さくし、DXd(t)/Dt<0かつX(t)−Xd(t)<0であればλの値をより小さくする定数値設定ステップと、
補正入力値計算部が、k(t)をフィードバック定数とし、ずれ値s(t)をs(t)=λ(X(t)−Xd(t))とし、関数sgn(・)を・が正であれば1を出力し・が負であれば−1を出力する関数として、補正入力値k(t)sgn(s(t))を計算する補正入力値計算ステップと、
制御入力値計算部が、bを正の定数として、上記設定された定数λ及び上記計算された補正入力値k(t)sgn(s(t))を用いて、次式で定義される制御入力値u(t)を計算する制御入力値計算ステップと、
制御部が、上記制御入力値u(t)で上記制御対象物に搭載された制御対象アクチュエータを制御する制御ステップと、
を含む軌道追従制御方法。 - 請求項1から4の何れかの軌道追従制御装置の各部としてコンピュータを機能させるための軌道追従制御プログラム。
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