JP6090427B2 - 空間安定装置、空間安定制御方法及び空間安定制御プログラム - Google Patents
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Description
本発明は、空間安定装置、空間安定制御方法及び空間安定制御プログラムに関する。
移動する目標物を追尾することを目的として移動体に搭載される追尾装置がある。このような追尾装置では、目標物を追尾するために、追尾装置に含まれる制御対象を制御する目標指向装置が使用されている。
一方、追尾装置では、動揺が移動体に発生して、移動体から制御対象1に伝達し、目標物の追尾ができなくなることがあった。そこで、このような追尾装置では、動揺の影響を排することを目的として、制御対象1を慣性空間に静止させて、空間安定を行える空間安定装置が使用されることがある。このような空間安定装置の一例が特許文献1に開示されている。図16は、特許文献1に開示される空間安定装置のブロック図を示す。
制御対象1は、空間安定装置が取り付けられる固定部に対し1個の回転軸(第1回転軸)の回りに回転自在に連結される。制御対象1の固定部に発生する固定部の第1回転軸回りの角速度を第1角速度とする。図16に示すように、慣性センサ7は固定部に固定され、固定部に発生する固定部の第1回転軸回りの動揺である角速度(以降、「第1動揺角速度」という。)の信号を出力する。指令生成器5は、第1角速度の目標角速度の信号を出力する。第2制御器10は、目標角速度、及び、検出した第1動揺角速度(現在動揺角速度と呼ぶ)の信号を入力して、制御対象1を制御する信号をドライバ4に出力する。ドライバ4は、第1動揺角速度を制御する信号に基づき、制御対象1の第1回転軸回りの回転(第1動揺角速度)を駆動する。
図17は、第2制御器10の一例としてPI制御器を示す。目標指令から現在動揺角速度を減算器20で減算し、減算器20の出力に積分器22で積分処理を行い、積分ゲイン23にて積分ゲイン係数を乗じた結果を加算器26に入力する。また、比例ゲイン21により減算器20の出力に比例ゲイン係数を乗じた結果を加算器26に入力する。加算器26では、積分ゲイン23の出力と比例ゲイン21の出力を加算した結果をドライバ4へ出力する。
以上により、特許文献1に開示される空間安定装置は、目標指令の目標角速度を0に設定することで、固定部に発生する第1回転軸回りの第1動揺角速度を慣性センサ7で検出し、制御対象1を第1回転軸回りに第1動揺角速度を正負反転した角速度で駆動する。固定部に発生する動揺を制御対象1で除去することができ、制御対象1を空間安定することができる。
一方、特許文献1に開示される空間安定装置では、制御対象を任意の目標角度に指向させつつ、空間安定することができなかった。
特許文献1に開示される空間安定装置で空間安定を実施するには、目標角速度を0に設定することで、固定部に発生する第1回転軸回りの第1動揺角速度を、制御対象1を第1動揺角速度と逆方向に同じ角速度で回転させることで、固定部の動揺を制御対象1で除去できる。任意の目標角度に指向するには目標角速度を任意に変更する必要があるが、目標角速度を0以外に設定してしまうと空間安定が実現できない。
本発明は上記の問題に鑑みなされたもので、目標追尾を行いつつ空間安定化を行えることのできる空間安定装置を提供することを目的とする。
本発明にかかる空間安定装置は、
移動体に搭載されて、制御対象を慣性空間に安定させるように制御する空間安定装置であって、
前記移動体に回転自在に支持される前記制御対象と、
前記制御対象の角度を検出し、検出角度信号として出力する角度検出手段と、
前記制御対象の目標角度指令と目標角速度指令とを出力する第1指令生成手段と、を有し、
前記制御対象の角速度を検出し、検出角速度信号として出力する慣性センサと、
前記目標角速度指令と前記検出角速度との差分を求め、差分角速度信号として出力する第1減算手段と、
前記差分角速度信号と、前記目標角度指令と検出角度との差分と、に基づいて駆動制御信号を生成する第1制御手段と、を有し、
移動体の動きが前記制御対象に与える影響を低減するように、前記制御対象を回転制御する。このような構成により、目標追尾を行いつつ空間安定化を行うことができる。
移動体に搭載されて、制御対象を慣性空間に安定させるように制御する空間安定装置であって、
前記移動体に回転自在に支持される前記制御対象と、
前記制御対象の角度を検出し、検出角度信号として出力する角度検出手段と、
前記制御対象の目標角度指令と目標角速度指令とを出力する第1指令生成手段と、を有し、
前記制御対象の角速度を検出し、検出角速度信号として出力する慣性センサと、
前記目標角速度指令と前記検出角速度との差分を求め、差分角速度信号として出力する第1減算手段と、
前記差分角速度信号と、前記目標角度指令と検出角度との差分と、に基づいて駆動制御信号を生成する第1制御手段と、を有し、
移動体の動きが前記制御対象に与える影響を低減するように、前記制御対象を回転制御する。このような構成により、目標追尾を行いつつ空間安定化を行うことができる。
本発明により、目標追尾を行いつつ空間安定化を行える空間安定装置を提供できる。
(第1の実施形態)
図1〜3を用いて、第1の実施形態にかかる空間安定装置について説明する。図1は第1の実施形態にかかる空間安定装置を表すブロック図を示す。図2及び3は、第1の実施形態にかかる空間安定装置の要部を表すブロック図をそれぞれ示す。
図1〜3を用いて、第1の実施形態にかかる空間安定装置について説明する。図1は第1の実施形態にかかる空間安定装置を表すブロック図を示す。図2及び3は、第1の実施形態にかかる空間安定装置の要部を表すブロック図をそれぞれ示す。
図1に示すように、空間安定装置100は、制御対象1と、角度検出器2と、主制御器3と、第1指令生成器5と、軌道生成器6と、第2指令生成器7と、慣性センサ8と、を含む。空間安定装置100は、図示しない移動体に取り付けられて、移動体に発生する動揺の影響を受けないように、制御対象1を慣性空間に安定化させるために使用される。
制御対象1は、目標を追尾するために制御される対象物である。制御対象1は、図示しない移動体に固定される支持部に第1回転軸を中心に回転自在に支持される。制御対象1は、例えば、ジンバル機構を介して支持部に支持される。
角度検出器2は、支持部に対する制御対象1の第1回転軸の回りの角度を検出する。角度検出器2は、検出した検出角度θmについての信号を検出角度信号として主制御器3と軌道生成器6に出力する。検出角度θmの変化は、ドライバ4による制御対象1の駆動と、移動体に発生する動揺とに起因する。この駆動に起因する検出角速度の変化を駆動検出角速度ωdとし、この動揺に起因する検出角速度の変化を動揺検出角速度ωgとする。
第1指令生成器5は、例えば、図示しない撮像部、画像処理部等を含み得て、目標角度θt及び第1目標角速度ωt1を計測や演算を経て設定し、目標角度θtおよび第1目標角速度ωt1についての信号を生成する。第1指令生成器5は、目標角度θt及び第1目標角速度ωt1についての信号を軌道生成器6に出力する。ここで、目標角度θt及び第1目標角速度ωt1は、制御対象1を目標に追尾させるための目標指令になり得る角度及び角速度である。
軌道生成器6は、検出角度θm、目標角度θt及び第1目標角速度ωt1に基づいて、目標角度軌道Kθ及び目標角速度軌道Kωについての信号をそれぞれ生成する。軌道生成器6は、目標角度軌道Kθ及び目標角速度軌道Kωについての信号を主制御器3に出力する。ここで、目標角度軌道Kθは、検出角度θmから目標角度θtへ到達するまでに制御対象1の向くべき角度θの時間変化の過程を意味する。目標角度軌道Kθは、例えば、現在の制御対象1の状態、例えば、現在の制御対象の角度位置を考慮しつつ、そこから目標角度に滑らかに達することができるように、算出された軌道である。目標角速度軌道Kωは、制御対象1の角度を目標角度軌道Kθに追従させるための、制御対象1の出すべき角速度ωの時間変化の過程を意味する。目標角速度軌道Kωは、例えば、現在の制御対象1の状態、例えば、現在の制御対象の角度位置を考慮しつつ、そこから目標角速度に滑らかに達することができるように、算出された軌道である。軌道生成器6は、例えば、制御対象1を目標角度θtへ向かって駆動させる途中で、目標角度が新たな新目標角度θt1に変化しても、目標角度軌道Kθ及び目標角速度軌道Kωを修正し、新たな新目標角度軌道Kθ1及び新目標角速度軌道Kω1を生成することができる。これにより、目標角度が変化しても、制御対象1により確実に素早く目標を追尾させることができる。
第2指令生成器7は、第2目標指令としての第2目標角速度ωt2についての信号を主制御器3に出力する。
慣性センサ8は、角速度等を検出できるセンサである。慣性センサ8は、制御対象1に搭載され、制御対象1の角速度ωを検出し、この検出した検出角速度ωmについての信号を検出角速度信号として主制御器3に出力する。
主制御器3は、検出角度θmと、目標角度軌道Kθと、目標角速度軌道Kωと、第2目標角速度ωt2と、検出角速度ωmとに基づいて、制御対象1の角度θ及び角速度ωを制御するための駆動制御信号Kを生成する。主制御器3は、この駆動制御信号Kをドライバ4に出力する。なお、主制御器3の構成については後述する。
ドライバ4は、制御対象1を駆動する駆動源である。駆動源として、例えば、モータなどのアクチュエータがある。ドライバ4は、主制御器3からの駆動制御信号Kに基づいて、制御対象1を駆動角速度ωsで駆動し、角度θ及び角速度ωを制御することができる。
ここで、主制御器3を詳細に説明する。主制御器3は、第1制御器9と、第2制御器10と、第1減算器11と、積分器12と、第1ゲイン13と、第2減算器14と、加算器15と、第2ゲイン16とを含む。
第1減算器11は、検出角速度ωm(慣性センサ8の出力)から、検出角速度ωmの検出時における目標角速度を減算する。この検出角速度ωmの検出時における目標角速度は、目標角速度軌道Kωから求められる。第1減算器11は、この減算した結果についての信号を差分角速度信号として積分器12及び第2ゲイン16に出力する。
積分器12は、第1減算器11の出力を積分し、積分した結果についての信号を第1ゲイン13に出力する。
第1ゲイン13は、出力値に所定の第1ゲイン係数を乗算して増幅する増幅器である。第1ゲイン13は、積分器12の出力に所定の第1ゲイン係数を乗算し、この乗算した結果について信号を第2減算器14に出力する。
第2減算器14は、目標角度軌道Kθから第1ゲイン13の出力を減算し、この減算した結果についての信号を目標指令Kθiとして第1制御器9に出力する。
第1制御器9は、例えば、PID制御器やPI制御器を利用することができる。第1制御器9は、目標指令Kθiと検出角度θmに基づいて、制御対象1の角度を制御するための角度制御信号Kθcを生成する。第1制御器9は、この角度制御信号Kθcを加算器15に出力する。なお、第1制御器9の構成については後述する。
第2ゲイン16は、第1ゲイン13と同様に、出力値に所定の第2ゲイン係数を乗算して増幅する増幅器である。第2ゲイン16は、第1減算器11の出力に所定の第2ゲイン係数を乗算し、この乗算した結果について信号を第2制御器10に出力する。
第2制御器10は、第2目標角速度ωt2と第2ゲイン16からの出力とに応じて、制御対象1の角速度を制御する角速度制御信号Kωcを生成する。第2制御器10は、角速度制御信号Kωcを加算器15に出力する。なお、第2制御器10の構成については後述する。
加算器15は、角度制御信号Kθcと角速度制御信号Kωcとを加算し、制御対象1を角度および角速度を制御するための駆動制御信号Kをドライバ4に出力する。
ここで、第1制御器9の詳細について説明する。第1制御器9として、PID制御器を利用した場合について説明する。図2は、PID制御器の構成を表わすブロック図を示す。図2に示すように、第1制御器9は、減算器20と、比例ゲイン21と、積分器22と、積分ゲイン23と、微分器24と、微分ゲイン25と、加算器26と、を含む。
減算器20は、目標指令Kθiから検出角度θmを減算し、この減算した結果についての信号を比例ゲイン21及び積分器22に出力する。
比例ゲイン21は、減算器20からの出力に比例ゲイン係数を乗算し、この乗算した結果についての信号を加算器26に出力する。
積分器22は、減算器20からの出力を積分処理し、この積分処理した結果についての信号を積分ゲイン23に出力する。積分ゲイン23は、積分器22からの出力に積分ゲイン係数を乗算し、この乗算した結果についての信号を加算器26に出力する。
微分器24は、検出角度θmを微分処理し、この微分処理した結果についての信号を微分ゲイン25に出力する。微分ゲイン25は、微分器24からの出力に微分ゲイン係数を乗算し、この乗算した結果についての信号を加算器26に出力する。
加算器26は、積分ゲイン23の出力と、比例ゲイン21の出力と、微分ゲイン25の出力とを加算し、この加算した結果についての信号を角度制御信号Kθcとして加算器15に出力する。
次に、第2制御器10の詳細について説明する。第2制御器10としてPI制御器を利用した場合について説明する。図3は、PI制御器の構成を表わすブロック図を示す。図3に示すように、第2制御器10は、減算器30と、比例ゲイン31と、積分器32と、積分ゲイン33と、加算器36と、を含む。
減算器30は、第2目標角速度ωt2から、第2ゲイン16からの出力を減算し、この減算した結果についての信号を比例ゲイン31及び積分器32に出力する。
比例ゲイン31は、減算器30からの出力を所定のゲイン係数を乗算し、この乗算した結果についての信号を加算器36に出力する。
積分器32は、減算器30からの出力を積分処理し、この積分処理した結果についての信号を積分ゲイン33に出力する。積分ゲイン33は、積分器32からの出力を所定の積分ゲイン係数を乗算し、この乗算した結果についての信号を加算器36に出力する。
加算器36は、積分ゲイン33の出力と比例ゲイン31の出力とを加算し、この加算した加算結果についての信号を角速度制御信号Kωcとして加算器15に出力する。
(動作)
次に、第1の実施形態にかかる空間安定装置の動作について説明する。詳細には、動揺が移動体に発生していない状態で目標追尾を行う場合の動作(第1の動作の例)、動揺が移動体に発生した状態で目標追尾を行わずに空間安定を行う場合(第2の動作の例)、及び、動揺が移動体に発生した状態で目標追尾及び空間安定を行う場合の動作(第3の動作の例)について説明する。
次に、第1の実施形態にかかる空間安定装置の動作について説明する。詳細には、動揺が移動体に発生していない状態で目標追尾を行う場合の動作(第1の動作の例)、動揺が移動体に発生した状態で目標追尾を行わずに空間安定を行う場合(第2の動作の例)、及び、動揺が移動体に発生した状態で目標追尾及び空間安定を行う場合の動作(第3の動作の例)について説明する。
(第1の動作の例)
まず、図1を参照しつつ図4A〜E及び図5A〜Dを用いて、動揺が移動体に発生していない状態で目標追尾を行う場合の動作について説明する。図4A〜E及び図5A〜Dは、第1の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を示す。対応が取りやすいように、図1中にカッコ書きで図4A〜E及び図5A〜Dの波形が出るポイントを示した。
まず、図1を参照しつつ図4A〜E及び図5A〜Dを用いて、動揺が移動体に発生していない状態で目標追尾を行う場合の動作について説明する。図4A〜E及び図5A〜Dは、第1の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を示す。対応が取りやすいように、図1中にカッコ書きで図4A〜E及び図5A〜Dの波形が出るポイントを示した。
まず、第1指令生成器5が目標角度θt及び第1目標角速度ωt1を設定し、これらについての信号を軌道生成器6に出力する。角度検出器2が検出角度θmを検出し、これについての信号を軌道生成器6に出力する。
次いで、軌道生成器6が検出角度θm(初期値)から目標角度θtへの目標角度軌道Kθを生成する。図4Aに示すように、目標角度軌道Kθは、例えば、目標追尾の開始時Tsから完了時Tfまでに、検出角度θm(初期値)から目標角度θtへ到達するように軌道を描くのである。また、軌道生成器6が、目標角度軌道Kθを微分処理等して、目標角速度軌道Kωを生成する。目標角速度軌道Kωは、図4Bに示すように、開始時Tsから直ぐに所定の角速度ω1まで上昇し、完了時Tf直前まで角速度ω1を維持し、完了時Tfに0まで降下するように軌道を描く。
また、第2指令生成器7は第2目標角速度ωt2についての信号を第2目標角速度指令として第2制御器に出力する。図4Cに示すように、第2目標角速度ωt2は開始時Tsから完了時Tfまで0を示す。
また、慣性センサ8は、制御対象1の検出角速度ωmについての信号を第1減算器11に出力する。動揺が移動体に発生していないので、図4Dに示すように、動揺により制御対象1に生ずる動揺検出角速度ωgは開始時Tsから完了時Tfまで0を示す。従って、図4Eに示すように、検出角速度ωmは、目標角速度軌道Kωを描くように、開始時Tsから完了時Tfまで推移する。
第1減算器11は、検出角速度ωmから、目標角速度軌道Kωに基づいて減算時に対応する角速度を減算し、この結果についての信号を差分角速度信号として積分器12に出力する。検出角速度ωmは目標角速度軌道Kωを描くように開始時Tsから完了時Tfまで推移するので、図5Aに示すように、第1減算器11の出力は、開始時Tsから完了時Tfまで常に0を示す。
第2制御器10は、第2目標角速度ωt2から第2ゲイン16からの出力を減算して、角速度制御信号Kωcを生成し、第2制御信号として加算器15に出力する。第2目標角速度ωt2及び第2ゲイン16の出力は開始時Tsから完了時Tfまで常に0を示すので、角速度制御信号Kωcは、開始時Tsから完了時Tfまで常に0である。
積分器12は、第1減算器11の出力を積分した結果を第1ゲイン13に出力する。第1ゲイン13は、積分器12の出力に所定の第1ゲイン係数を乗算した結果についての信号を、第2減算器14に出力する。図5Aに示すように、第1減算器11の出力は開始時Tsから完了時Tfまで常に0を示す。従って、図5Bに示すように、第1ゲイン13の出力は、開始時Tsから完了時Tfまで常に0である。
第2減算器14は目標角度軌道Kθから第1ゲイン13の出力を減算し、この結果についての信号を目標指令Kθiとして第1制御器9に出力する。ここで、第1ゲイン13の出力(図5B参照)は開始時Tsから完了時Tfまで常に0を示すので、図5Cに示すように、目標指令Kθiは目標角度軌道Kθ(図4A参照)と同じ軌道を描く。第1制御器9は、目標指令Kθiと検出角度θmとを含む角度制御信号Kθcを、加算器15に出力する。
加算器15は角速度制御信号Kωcと角度制御信号Kθcとを加算し、駆動制御信号Kをドライバ4に出力する。ここで、上記したように角速度制御信号Kωcは開始時Tsから完了時Tfまで常に0であるので、駆動制御信号Kは角度制御信号Kθcのみから構成される。したがって、ドライバ4は、角度制御信号Kθcに基づいて制御対象1を駆動することになる。これにより、図5Dに示すように、検出角度θmは、目標角度軌道Kθと同じ軌道を描くように推移する。すなわち、制御対象1を目標角度軌道Kθに追従させるように角度を制御できて、目標追尾を行えるのである。
(第2の動作の例)
次に、図1を参照しつつ図6A〜E及び図7A〜Dを用いて、動揺が移動体に発生した状態で目標追尾を行うことなく空間安定のみを行う場合の動作について説明する。図6A〜E及び図7A〜Dは、第1の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を示す。対応が取りやすいように、図1中にカッコ書きで図6A〜E及び図7A〜Dの波形が出るポイントを示した。
次に、図1を参照しつつ図6A〜E及び図7A〜Dを用いて、動揺が移動体に発生した状態で目標追尾を行うことなく空間安定のみを行う場合の動作について説明する。図6A〜E及び図7A〜Dは、第1の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を示す。対応が取りやすいように、図1中にカッコ書きで図6A〜E及び図7A〜Dの波形が出るポイントを示した。
まず、第1指令生成器5が目標角度θt及び第1目標角速度ωt1を生成し、軌道生成器6に出力する。角度検出器2が制御対象1の検出角度θmを検出し、検出角度信号として軌道生成器6に出力する。
次いで、軌道生成器6が検出角度θm(初期値)から目標角度θtへの目標角度軌道Kθを生成する。この動作例では目標追尾を行わないので、図6Aに示すように、目標角度軌道Kθは、開始時Tsから完了時Tfまで常に0に位置するように軌道を描く。また、軌道生成器6が、目標角度軌道Kθを微分処理等して、目標角速度軌道Kωを生成する。目標角速度軌道Kωは、図6Bに示すように、開始時Tsから完了時Tfまで常に0に位置するように軌道を描く。
また、第2指令生成器7は第2目標角速度ωt2についての信号を第2目標角速度指令として第2制御器10に出力する。図6Cに示すように、第2目標角速度ωt2は開始時Tsから完了時Tfまで0を示す。
また、慣性センサ8は、制御対象1の検出角速度ωmについての信号を検出角速度信号として第1減算器11に出力する。動揺が移動体に発生しているので、図6Dに示すように、動揺に起因する検出角速度である動揺検出角速度ωgは正弦波状に変化する。従って、図6Eに示すように、検出角速度ωm1は、一旦、正弦波状に変化する。空間安定装置100が、動揺検出角速度ωgを減じるように動作するため、所定時間が経過すると、検出角速度ωm2は、検出角速度ωm1と比較して振幅の小さい正弦波状の波形を示す。
第1減算器11は、検出角速度ωmから、目標角速度軌道Kωから検出時に対応する角速度を減算し、この減算した結果についての信号を差分角速度信号として積分器12及び第2ゲイン16に出力する。検出角速度ωmは開始時Tsから完了時Tfまで略正弦波状の軌道を描くように推移するので、図7Aに示すように、第1減算器11の出力(残留動揺角速度ωr1)は、一旦、開始時Tsから完了時Tfまで正弦波状に変化する。次いで、空間安定装置100が動揺検出角速度ωgを減じるように制御対象1を動作し、所定時間が経過して、慣性センサ8の出力が検出角速度ωm2(図6E参照)を示す。すると、この所定時間を経過した後の第1減算器11の出力(残留動揺角速度ωr2)は、残留動揺角速度ωr1と比較して振幅の小さい正弦波状の波形を示す。この残留動揺角速度ωr2から残留動揺角速度ωr1への正弦波の振幅の減少は、残留動揺に起因する。ここで、残留動揺とは、支持部の動揺に起因する角速度変動を空間安定により減じることで、残留した動揺である。残留動揺に起因する角速度を、残留動揺角速度ωrとする。
第2制御器10は、第2目標角速度ωt2から第2ゲイン16からの出力を減算して、これに対してPI制御を行って、残留動揺角速度ωrを正負反転させて、角速度制御信号Kωcを生成し、第2制御信号として加算器15に出力する。第2目標角速度ωt2の出力は開始時Tsから完了時Tfまで常に0を示し、第2ゲイン16の出力は開始時Tsから完了時Tfまで正弦波状に変化する。図7Dに示すように、角速度制御信号Kωcについての出力は、開始時Tsから完了時Tfまで、第1減算器11の出力を正負反転して正弦波状に変化する。角速度制御信号Kωcは、制御対象1を、残留動揺角速度ωrと逆方向に同じ大きさの角速度で駆動させるための制御信号である。
積分器12は、第1減算器11の出力(図7A参照)を積分し、この積分した結果についての信号を第1ゲイン13に出力する。第1ゲイン13は、積分器12の出力に所定の第1ゲイン係数を乗算し、この乗算した結果についての信号を第2減算器14に出力する。図7Bに示すように、第1ゲイン13の出力(所定時間経過前)は、一旦、開始時Tsから完了時Tfまで正弦波状の軌道を示す。空間安定装置100が動揺検出角速度ωgを減じるように制御対象1を動作し、所定時間が経過し、慣性センサ8の出力が検出角速度ωm2(図6E参照)を示す。すると、この所定時間を経過した後の第1ゲイン13の出力は、所定時間経過前の第1ゲイン13の出力と比較して振幅の小さい正弦波状の波形を示す。この所定時間経過による第1ゲイン13の出力の正弦波の振幅の減少は、残留動揺に起因する。
第2減算器14は、目標角度軌道Kθから第1ゲイン13の出力を減算し、目標指令Kθiとして第1制御器9に出力する。ここで、目標角度軌道Kθは開始時Tsから完了時Tfまで0を示し、第1ゲイン13の出力は開始時Tsから完了時Tfまで正弦波状に変化する。したがって、図7Cに示すように、目標指令Kθi(所定時間経過前)は、一旦、第1ゲイン13の出力を正負反転させた波形を示す。空間安定装置100が動揺検出角速度ωgを減じるように制御対象1を動作し、所定時間が経過し、慣性センサ8の出力が検出角速度ωm2(図6E参照)を示す。すると、この所定時間を経過した後の目標指令Kθiは、所定時間経過前の目標指令Kθiと比較して振幅の小さい正弦波状の波形を示す。この所定時間経過による目標指令Kθiの正弦波の振幅の減少は、残留動揺に起因する。第1制御器9は、目標指令Kθiと検出角度θmとから生成する角度制御信号Kθcを、加算器15に出力する。
加算器15は角速度制御信号Kωcと角度制御信号Kθcとを加算し、駆動制御信号Kをドライバ4に出力する。ドライバ4は、角速度制御信号Kωcと角度制御信号Kθcに基づいて制御対象1を駆動する。
第1制御器9は、図7Cのように残留動揺成分の反転信号を目標指令Kθiとし、角度検出器2の出力を検出角速度ωmとして制御対象1を角度制御し、制御対象1を残留動揺成分と逆方向に残留動揺成分相当の角速度で回転させる。これにより、残留動揺成分による影響を除去し、空間安定化を行うことができる。
ところで、第1制御器9及び第2制御器10だけでは、それぞれ図6Dに示す支持部の動揺を除去するのではなく、図6Eに示す残留動揺成分による影響を除去することになる。そこで、第1ゲイン13により角度制御用残留動揺角速度成分を調整し、第2ゲイン16により角速度制御用残留動揺成分を調整し、さらに、加算器15を通して第1制御器9と第2制御器10との出力を加算することで残留動揺成分を支持部動揺と同等の振幅に増幅する(支持部動揺相当残留動揺成分と呼ぶ)。さらに、制御対象1を支持部動揺と逆回転方向に支持部動揺相当残留動揺成分だけ回転させる。これらにより、支持部の動揺をキャンセルし、制御対象1を慣性空間に静止させることができ、高精度な空間安定化を行うことができる。
(第3の動作の例)
最後に、図1を参照しつつ図8A〜E及び図9A〜Eを用いて、動揺が移動体に発生した状態で目標追尾及び空間安定を行う場合の動作について説明する。図8A〜E及び図9A〜Eは、第1の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を示す。対応が取りやすいように、図1中にカッコ書きで図8A〜E及び図9A〜Eの波形が出るポイントを示した。
最後に、図1を参照しつつ図8A〜E及び図9A〜Eを用いて、動揺が移動体に発生した状態で目標追尾及び空間安定を行う場合の動作について説明する。図8A〜E及び図9A〜Eは、第1の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を示す。対応が取りやすいように、図1中にカッコ書きで図8A〜E及び図9A〜Eの波形が出るポイントを示した。
まず、第1指令生成器5が目標角度θt及び第1目標角速度ωt1を生成し、軌道生成器6に出力する。角度検出器2が制御対象1の検出角度θmを検出し、検出角度信号として軌道生成器6に出力する。
次いで、軌道生成器6が検出角度θmから目標角度θtへの目標角度軌道Kθを生成する。図8Aに示すように、目標角度軌道Kθは、例えば、開始時Tsから完了時Tfまでに、検出角度θmから目標角度θtへ軌道を描くのである。また、軌道生成器6が、目標角度軌道Kθを微分処理等して、目標角速度軌道Kωを生成する。目標角速度軌道Kωは、図8Bに示すように、開始時Ts直後、所定の角速度ω1まで上昇し、完了時Tf直前まで角速度ω1を維持し、完了時Tfに0まで降下するように軌道を描く。
また、第2指令生成器7は第2目標角速度ωt2についての信号を第2目標角速度指令として第2制御器10に出力する。図8Cに示すように、第2目標角速度ωt2は開始時Tsから完了時Tfまで0を示す。
また、慣性センサ8は、制御対象1の検出角速度ωmについての信号を検出角速度信号として第1減算器11に出力する。動揺が移動体に発生しているので、図8Dに示すように、動揺による検出角速度である動揺検出角速度ωgは、開始時Tsから完了時Tfまで正弦波状に変化する。従って、図8Eに示すように、慣性センサ8の出力(検出角速度Kf)は目標角速度軌道Kω(図8B参照)と、残留動揺に起因する角速度(残留動揺角速度ωr)とを重畳した波形を形成する。
第1減算器11は、慣性センサ8の出力(図8E参照。)から目標角速度軌道Kω(図8B参照。)の対応する角速度を減算し、その減算した結果についての信号を差分角速度信号として第2ゲイン16に出力する。図9Aに示すように、第1減算器11の出力(残留動揺角速度ωr1)は、一旦、開始時Tsから完了時Tfまで正弦波状に変化する。次いで、空間安定装置100が動揺検出角速度ωgを減じるように制御対象1を動作し、所定時間が経過して、慣性センサ8の出力が検出角速度Kf(図8E参照)を示す。すると、この所定時間を経過した後の第1減算器11の出力(残留動揺角速度ωr2)は、残留動揺角速度ωr1と比較して振幅の小さい正弦波状の波形を示す。この残留動揺角速度ωr2から残留動揺角速度ωr1への正弦波の振幅の減少は、残留動揺に起因する。第2ゲイン16は、第1減算器11の出力に所定の第2ゲイン係数を乗算して、この乗算した結果についての信号を第2制御器10に出力する。
第2制御器10は、第2目標角速度ωt2から、第2ゲイン16の出力を減算して、この減算した結果についてPI制御を行って、図9Eに示すように残留動揺角速度ωrを反転させた波形を示す角速度制御信号Kωcを生成する。さらに、第2制御器10は、この生成した信号を第2制御信号として加算器15に出力して、制御対象1に対して角速度制御を実施することで制御対象1を残留動揺角速度ωrと逆方向に同じ角速度で回転させるように角速度制御を行って、残留動揺による影響を除去できる。
積分器12は第1減算器11の出力(図9A参照)を積分した結果を出力し、第1ゲイン13は積分器12の出力を所定の第1ゲイン係数を乗算して、この乗算した結果についての信号を第2減算器に出力する。図9Bに示すように、第1ゲイン13の出力(所定時間経過前)は、一旦、開始時Tsから完了時Tfまで正弦波状に変化する。空間安定装置100が動揺検出角速度ωgを減じるように制御対象1を動作し、所定時間が経過し、慣性センサ8の出力が検出角速度Kf(図8E参照)を示す。すると、この所定時間を経過した後の第1ゲイン13の出力は、所定時間経過前の第1ゲイン13の出力と比較して振幅の小さい正弦波状の波形を示す。この所定時間経過による第1ゲイン13の出力の変化は、動揺による角速度変動から制御対象1の目標角度軌道Kθへの追従制御による角速度変動を減算した結果である残留動揺角速度ωrに相当する。
第2減算器14は、目標角度軌道Kθ(図8A参照)から第1ゲイン13の出力(図9B参照)を減算し、この減算した結果である目標指令Kθiについての信号を第1制御器9に出力する。図9Cに示すように、目標指令Kθi(所定時間経過前)は、目標角速度軌道に残留動揺角速度ωrの反転信号を重畳した波形である。空間安定装置100が動揺検出角速度ωgを減じるように制御対象1を動作し、所定時間が経過し、慣性センサ8の出力が検出角速度Kf(図8E参照)を示す。すると、この所定時間を経過した後の目標指令Kθiは、所定時間経過前の目標指令Kθiと比較して振幅の小さい波形を示す。この所定時間経過による目標指令Kθiの振幅の減少は、残留動揺に起因する。
第1制御器9は、目標角速度軌道Kωに残留動揺角速度ωrの反転信号を重畳した信号を目標指令Kθi(図9C参照)とし、角度検出器2の出力を検出角度として、制御対象1を角度制御する。これにより、制御対象1を目標角度軌道Kθに追従させて目標追尾を行えるとともに、制御対象1を残留動揺角速度ωrと逆方向に同じ角速度で回転させるように角度制御を行って、残留動揺成分による影響を除去でき、空間安定化を行える。
なお、第1制御器9及び第2制御器10は、残留動揺角速度ωr(図9F参照)を除去することになる。よって、第1制御器9又は第2制御器10単体での空間安定では固定部動揺を除去できない。
そこで、加算器15は第1制御器9と第2制御器10との制御信号を加算し、駆動制御信号をドライバ4に入力する。さらに、第1ゲイン13は角度制御用残留動揺成分を調整し、第2ゲイン16は角速度制御用残留動揺成分を調整することで残留動揺成分を支持部の動揺と同等の振幅に増幅し(支持部動揺相当残留動揺成分と呼ぶ)、制御対象1を支持部の動揺と逆回転方向に支持部動揺相当残留動揺成分だけ回転させるのである。これらにより、制御対象1は支持部の動揺をキャンセルし、慣性空間に静止することができ高精度な空間安定化を行える。
以上の動作により、第1制御器9により制御対象1を目標角度軌道Kθに追従させて目標追尾を行えるとともに、第1制御器9、第1ゲイン13、第2制御器10、及び、第2ゲイン16により制御対象1を空間安定化させることができる。
(第2の実施形態)
次に、図10を用いて、第2の実施形態にかかる空間安定装置について説明する。図10は第2の実施形態にかかる空間安定装置を表すブロック図を示す。第2の実施形態にかかる空間安定装置は、第1の実施形態にかかる空間安定装置と比較して、第2指令生成器、第2制御器及び第2ゲインを省いたことを除き、他の構成について共通し、同じ符号を付し、説明を省略する。
次に、図10を用いて、第2の実施形態にかかる空間安定装置について説明する。図10は第2の実施形態にかかる空間安定装置を表すブロック図を示す。第2の実施形態にかかる空間安定装置は、第1の実施形態にかかる空間安定装置と比較して、第2指令生成器、第2制御器及び第2ゲインを省いたことを除き、他の構成について共通し、同じ符号を付し、説明を省略する。
空間安定装置200は、制御対象1を目標角度軌道Kθに追従させて、目標を追尾できる。また、空間安定装置200は、第1減算器11の出力である残留動揺角速度ωrに、第1ゲイン13により増幅し、さらに支持部動揺相当残留動揺成分の極性を反転した結果について信号に基づいて、制御対象1を回転させる。すなわち、制御対象1を慣性空間に静止させて、空間安定化を行うことができる。
なお、第2ゲイン16の第2ゲイン係数を0に設定して空間安定装置100を用いると、第2ゲイン16の出力が0となり第2制御器10の検出角速度が0となる。また、第2指令生成器7の出力も0なので、第2制御器10の出力も0となる。すなわち、第2ゲイン16の第2ゲイン係数を0に設定して空間安定装置100を用いると、空間安定装置200と同一の構成を有する空間安定装置を得ることができる。
(第3の実施形態)
次に、図11を用いて、第3の実施形態にかかる空間安定装置について説明する。図11は第3の実施形態にかかる空間安定装置を示すブロック図である。第3の実施形態にかかる空間安定装置は、第1の実施形態にかかる空間安定装置と比較して、第2減算器14、積分器12及び第1ゲイン13を省いたことを除き、他の構成について共通し、同じ符号を付し、説明を省略する。
次に、図11を用いて、第3の実施形態にかかる空間安定装置について説明する。図11は第3の実施形態にかかる空間安定装置を示すブロック図である。第3の実施形態にかかる空間安定装置は、第1の実施形態にかかる空間安定装置と比較して、第2減算器14、積分器12及び第1ゲイン13を省いたことを除き、他の構成について共通し、同じ符号を付し、説明を省略する。
図11に示すように、空間安定装置300は、第1制御器9により制御対象1を目標角度軌道Kθに追従させることができる。また、第2制御器10により第1減算器の出力である残留動揺角速度ωrに第2ゲイン16により増幅した固定部動揺相当残留動揺成分の正負を反転した結果に基づいて、制御対象1を回転させることができる。これにより、制御対象1を慣性空間に静止させることができ、空間安定を行うことができる。
なお、第1ゲイン13の第1ゲイン係数を0に設定して空間安定装置100を用いると、空間安定装置300と同一の構成を有する空間安定装置を得ることができる。第1ゲイン13の第1ゲイン係数を0に設定して空間安定装置100を用いると、第1ゲイン13の出力が0となり、目標指令Kθiが目標角度軌道Kθと等しくなるからである。
(第4の実施形態)
次に、図12を用いて第4の実施形態にかかる空間安定装置について説明する。図12は第4の実施形態にかかる空間安定装置を表すブロック図を示す。第4実施形態にかかる空間安定装置は、第1の実施形態にかかる空間安定装置と比較して、積分器12の接続箇所を除き、他の構成について共通し、同じ符号を付し、説明を省略する。
次に、図12を用いて第4の実施形態にかかる空間安定装置について説明する。図12は第4の実施形態にかかる空間安定装置を表すブロック図を示す。第4実施形態にかかる空間安定装置は、第1の実施形態にかかる空間安定装置と比較して、積分器12の接続箇所を除き、他の構成について共通し、同じ符号を付し、説明を省略する。
空間安定装置400は、第1減算器11から第1ゲイン13及び第2ゲイン16へ分岐する分岐部と、第1ゲイン13と、積分器12を介して接続する。空間安定装置400は、第2制御器10により、角速度制御ではなく角度制御を実施する。この場合、第2制御器10として、図2に示すPID制御器を利用する。第2制御器10への入力は、積分器12の出力(角度換算した残留動揺角速度ωr)を第2ゲイン16により乗算して得られる結果である。
第2制御器10が、角度制御を実施する場合でも、角度換算した残留動揺角速度ωrを第2ゲイン16により乗算した結果と、角度換算した残留動揺角速度ωrを第1ゲイン13により乗算した結果とを加算して、固定部動揺相当残留動揺成分を得る。さらに、固定部動揺相当残留動揺成分の正負を反転した結果に基づいて制御対象1を回転させる。すなわち、制御対象1を慣性空間に静止させることができ、空間安定を行うことができる。
また、第1制御器9は、制御対象1を目標角度軌道Kθに追従させることができ、目標追尾を行うことができる。
(第5の実施形態)
次に、図13を用いて第5の実施形態にかかる空間安定装置について説明する。図13は第5の実施形態にかかる空間安定装置を表すブロック図を示す。第5実施形態にかかる空間安定装置は、第1の実施形態にかかる空間安定装置と比較して、第1減算器の接続箇所を除き、他の構成について共通し、同じ符号を付し、説明を省略する。
次に、図13を用いて第5の実施形態にかかる空間安定装置について説明する。図13は第5の実施形態にかかる空間安定装置を表すブロック図を示す。第5実施形態にかかる空間安定装置は、第1の実施形態にかかる空間安定装置と比較して、第1減算器の接続箇所を除き、他の構成について共通し、同じ符号を付し、説明を省略する。
空間安定装置500は、第1ゲイン13及び第2ゲイン16へ分岐する分岐点と慣性センサ8とを、第3減算器19と積分器12を介して接続する。空間安定装置500は、空間安定装置400と同様に、第2制御器10が角度制御を実施している。空間安定装置500では、軌道生成器6が目標角度軌道Kθを第3減算器19に出力する。また、空間安定装置500では、積分器12が慣性センサ8の出力を第3減算器19より先に受ける。積分器12は、慣性センサ8の出力を角速度成分から角度成分に換算し、換算した結果についての信号を第3減算器19に出力する。積分器12の出力は角度成分であるから、第3減算器19は積分器12の出力から目標角度軌道Kθを減算する。
これにより、空間安定装置500の第3減算器19の出力、は空間安定装置400での第1減算器11の出力と等価になる。空間安定装置500は、空間安定装置400と同様に第1制御器9により制御対象1を目標角度軌道Kθに追従させて目標物を追尾できる。また、空間安定装置500は、角度換算した残留動揺角速度ωrに第2ゲイン16により乗算した結果と、角度換算した残留動揺角速度ωrに第1ゲイン13により乗算した結果とを加算して、固定部動揺相当残留動揺成分を得る。さらに、空間安定装置500は、固定部動揺相当残留動揺成分の正負を反転した結果に基づいて制御対象1を回転させる。すなわち、制御対象1を慣性空間に静止させることができ、空間安定を行うことができる。
(第6の実施形態)
次に、図14を用いて第6の実施形態にかかる空間安定装置について説明する。図14は第6の実施形態にかかる空間安定装置を示すブロック図である。第6実施形態にかかる空間安定装置は、第1の実施形態にかかる空間安定装置と比較して、位相補償器及び第3ゲインを含むことを除き、他の構成について共通し、同じ符号を付し、説明を省略する。
次に、図14を用いて第6の実施形態にかかる空間安定装置について説明する。図14は第6の実施形態にかかる空間安定装置を示すブロック図である。第6実施形態にかかる空間安定装置は、第1の実施形態にかかる空間安定装置と比較して、位相補償器及び第3ゲインを含むことを除き、他の構成について共通し、同じ符号を付し、説明を省略する。
空間安定装置600は、位相補償器17と、第3ゲイン18とを含む。位相補償器17及び第3ゲイン18は、第1減算器11と、積分器12及び第2ゲイン16に分岐する分岐部とを接続する。
位相補償器17は、入力信号に所定のフィルタ処理を施し、入力信号の位相を変化させた信号を生成し、この生成した信号を出力することができる。フィルタ処理は、例えば、以下の数式1に示す伝達関数で行われる。入力信号の位相は、伝達関数に含まれる周波数に従って変化する。
f1,f2:ユーザーが任意に設定できる周波数
第3ゲイン18は、得られた出力に第3ゲイン係数を乗算し、この乗算した結果について出力する増幅器である。第3ゲイン18は、位相補償器17の出力を増幅して第2ゲイン16及び積分器12に出力する。
ところで、空間安定装置は、支持部の動揺による角度変動とドライバ4の駆動による制御対象1の角度変動とを一致させると、支持部の動揺を制御対象1で除去できて、高い空間安定性能を得ることができる。しかし、慣性センサ8はセンサ自体の検出帯域の制約を有し、支持部の動揺を完全に検出できない。固定部の動揺と慣性センサ8の出力との間に、ゲイン差と位相差が生じる。また、慣性センサ8の出力から制御対象1までの間にも、ゲイン差と位相差が生じる。
空間安定装置600は、位相補償器17が支持部の動揺から制御対象1の角度変動までの間の位相差を除去することができる。また、第3ゲイン18が支持部の動揺から制御対象1の角度変動までの間のゲイン差を除去することができる。空間安定装置600は、さらに高い空間安定性能を有し得る。
なお、第6の実施形態では、第1減算器11と、積分器12と第2ゲイン16へ分岐する分岐部とを、位相補償器17及び第3ゲイン18を介して接続したが、位相補償器17及び第3ゲイン18を接続する順序を入れ替えても構わない。
(第7の実施形態)
次に、図15を用いて、第7の実施形態にかかる空間安定装置について説明する。図15は第7の実施形態にかかる空間安定装置を示すブロック図である。第7の実施形態にかかる空間安定装置は、第1の実施形態にかかる空間安定装置と比較して、第2指令生成器、第2制御器、第1ゲイン及び第2ゲインを省いたことを除き、他の構成について共通し、同じ符号を付し、説明を省略する。
次に、図15を用いて、第7の実施形態にかかる空間安定装置について説明する。図15は第7の実施形態にかかる空間安定装置を示すブロック図である。第7の実施形態にかかる空間安定装置は、第1の実施形態にかかる空間安定装置と比較して、第2指令生成器、第2制御器、第1ゲイン及び第2ゲインを省いたことを除き、他の構成について共通し、同じ符号を付し、説明を省略する。
図15に示すように、空間安定装置700は、制御対象1を目標角度θtに追従させて、目標を追尾できる。また、空間安定装置700は、第1減算器11の出力である残留動揺角速度ωrについての信号に基づいて、制御対象1を回転させる。すなわち、制御対象1を慣性空間に静止させて、空間安定を行うことができる。
なお、上記した第1〜7の実施形態にかかる空間安定装置では、1軸を中心に回転自在に支持される制御対象1を制御しているが、複数の軸を中心に回転自在に支持される制御対象についても各軸独立して上記実施形態にかかる空間安定装置を用いて制御してもよい。
また、上記した第1〜7の実施形態にかかる空間安定装置では、第1制御器及び第2制御器としてPID制御器やPI制御器を用いたが、PID制御器やPI制御器に限定されることなく、例えば、H∞制御器等のどのような制御系を用いてもよい。
また、上記した第1〜6の実施形態にかかる空間安定装置では、軌道生成器6を用いたが、必要に応じて省いても構わない。
また、第6の実施形態は第1の実施形態にかかる空間安定装置に位相補償器と第3ゲインとを追加した構成と同一の構成を有するが、第2〜5、7実施形態にかかる空間安定装置に位相補償器17及び第3ゲイン18を追加することができる。
また、第2の実施形態にかかる空間安定装置では、第2減算器14と第1減算器11の間を位相補償器17及び第3ゲイン18を介して接続すればよく、第1ゲイン13、積分器12、位相補償器17、第3ゲイン18の順序に制約はない。
また、第3の実施形態にかかる空間安定装置では、第2制御器10と第1減算器11の間を位相補償器17及び第3ゲイン18を介して接続すればよく、第2ゲイン16、位相補償器17、第3ゲイン18の順序に制約はない。
また、第4の実施形態にかかる空間安定装置では、第1実施形態と同様に、第1減算器11、第1ゲイン13及び第2ゲイン16の間を位相補償器17及び第3ゲイン18を介して接続すればよく、積分器12、位相補償器17、第3ゲイン18の順序に制約はない。
また、第5の実施形態にかかる空間安定装置では、第1実施形態と同様に、第3減算器19、第1ゲイン13及び第2ゲイン16の間を位相補償器17及び第3ゲイン18を介して接続すればよく、位相補償器17、第3ゲイン18の順序に制約はない。
本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、制御対象が目標追尾と空間安定の両立を必要とする場合に容易に適用することが可能である。
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
この出願は、2013年3月13日に出願された日本出願特願2013−050330を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
100、200、300、400、500、600、700 空間安定装置、 1 制御対象、 2 角度検出器、 3 主制御器、 4 ドライバ、 5 第1指令生成器、 6 軌道生成器、 7 第2指令生成器、8 慣性センサ、 9 第1制御器、 10 第2制御器、 11 第1減算器、 12 積分器、 13 第1ゲイン、 14 第2減算器、 15 加算器、 16 第2ゲイン
Claims (6)
- 移動体に搭載されて、制御対象を慣性空間に安定させるように制御する空間安定装置であって、
前記移動体に回転自在に支持される前記制御対象と、
前記制御対象の角度を検出し、検出角度信号として出力する角度検出手段と、
前記制御対象の目標角度指令と目標角速度指令とを出力する第1指令生成手段と、
第2目標角速度指令を出力する第2指令生成手段と、
前記制御対象の角速度を検出し、検出角速度信号として出力する慣性センサと、
前記目標角速度指令と前記検出角速度信号との差分を求め、差分角速度信号として出力する第1減算手段と、
前記差分角速度信号と、前記目標角度指令と前記検出角度信号との差分と、に基づいて駆動制御信号を生成する第1制御手段と、
前記第2目標角速度指令と前記差分角速度信号とに基づいて前記制御対象を角速度制御又は角度制御する第2制御信号を生成する第2制御手段と、
前記駆動制御信号と前記第2制御信号とを加算する加算手段とを有し、
前記移動体に発生する動揺による前記制御対象の角度の変化に対し、前記差分角速度信号から得られる残留動揺成分の振幅を調整した成分である支持部動揺相当残留動揺成分だけ、前記動揺とは逆方向に前記制御対象を回転させるように回転制御することを特徴とする空間安定装置。 - 第1ゲインを更に有し、
前記第1ゲインは、前記差分角速度信号に第1ゲイン係数を乗算し、
前記第1制御手段は、前記第1ゲインの出力に基づいて前記駆動制御信号を生成する、
ことを特徴とする請求項1に記載の空間安定装置。 - 第2ゲインを更に有し、
前記第2ゲインは、前記差分角速度信号に第2ゲイン係数を乗算し、
前記第2制御手段は、前記第2ゲインの出力に基づいて前記第2制御信号を生成する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の空間安定装置。 - 前記第1減算手段、前記第1ゲイン及び前記第2ゲインを、位相補償手段及び第3ゲインを介して接続する、
ことを特徴とする、請求項2に従属する請求項3に記載の空間安定装置。 - 移動体に搭載されて、制御対象を慣性空間に安定させるように制御する空間安定制御方法であって、
前記制御対象を前記移動体に回転自在に支持し、
前記制御対象の角度を検出し、検出角度信号として出力し、
前記制御対象の目標角度指令と目標角速度指令とを出力し、
第2目標角速度指令を出力し、
前記制御対象の角速度を慣性センサで検出し、検出角速度信号として出力し、
前記目標角速度指令と前記検出角速度信号との差分を求め、差分角速度信号として出力し、
前記差分角速度信号と、前記目標角度指令と前記検出角度信号との差分と、に基づいて駆動制御信号を生成し、
前記第2目標角速度指令と前記差分角速度信号とに基づいて前記制御対象を角速度制御又は角度制御する第2制御信号を生成し、
前記駆動制御信号と前記第2制御信号とを加算し、
前記移動体に発生する動揺による前記制御対象の角度の変化に対し、前記差分角速度信号から得られる残留動揺成分の振幅を調整した成分である支持部動揺相当残留動揺成分だけ、前記動揺とは逆方向に前記制御対象を回転させるように回転制御することを特徴とする空間安定制御方法。 - 移動体に回転自在に支持される制御対象と、前記制御対象の角度を検出し、検出角度信号として出力する角度検出手段と、前記制御対象の角速度を検出し、検出角速度信号として出力する慣性センサと、を有し、前記制御対象を慣性空間に安定させるように制御装置を制御する空間安定装置にコンピュータを組み込んで、
このコンピュータを
前記制御対象の目標角度指令と目標角速度指令とを出力する第1指令生成手段と、
第2目標角速度指令を出力する第2指令生成手段と、
前記目標角速度指令と前記検出角速度信号との差分を求め、差分角速度信号として出力する第1減算手段と、
前記差分角速度信号と、前記目標角度指令と前記検出角度信号との差分と、に基づいて駆動制御信号を生成する第1制御手段と、
前記第2目標角速度指令と前記差分角速度信号とに基づいて前記制御対象を角速度制御又は角度制御する第2制御信号を生成する第2制御手段と、
前記駆動制御信号と前記第2制御信号とを加算する加算手段と、を介して機能させ、
前記移動体に発生する動揺による前記制御対象の角度の変化に対し、前記差分角速度信号から得られる残留動揺成分の振幅を調整した成分である支持部動揺相当残留動揺成分だけ、前記動揺とは逆方向に前記制御対象を回転させるように回転制御することを特徴とする空間安定制御プログラム。
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