JPH05285276A - 遠隔操縦式ヘリコプタの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】操縦者が訓練しなければ体得できないような特
別な操作をしなくても、従来の制御に用いられていた高
度センサ及び加速度センサの内少なくとも一方を用いる
だけで機体の高度を確実に一定に制御できる遠隔操縦式
ヘリコプタの制御装置を提供すること 【構成】高度センサ及び加速度センサの内少なくとも一
方を用いて飛行高度を一定に制御するようにした遠隔操
縦式ヘリコプタの制御装置において、前記制御装置が、
前後或いは左右方向への飛行指令信号から前記ヘリコプ
タの高度に寄与する変動量を推定し、これを打ち消す補
正制御を行うように構成した

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は遠隔操縦式ヘリコプタの
制御装置に関し、特に機体の高さを一定に維持する高度
維持制御の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】遠隔操縦式ヘリコプタにおいては、操縦
者からの操作信号で高度、方位等を制御していたが、近
年では操縦を容易化するために高度センサ，加速度セン
サ及び方位センサを該ヘリコプタに搭載し、前記センサ
の出力に基づいてヘリコプタの各種サーボモータを制御
する制御装置を付加して、高度、方位等を一定にする制
御を行わせているタイプのものもある。前記したように
制御装置を付加した場合には、上昇、下降、前進、後
退、方向転換、停止、始動等の基本動作は操縦者の操作
信号によって行われ、高度、方向等を一定に保つ動作は
各種のセンサの出力に基づく制御装置によって行われて
いるのが一般的である。特にこのような遠隔操縦式ヘリ
コプタを農薬散布等に使用する場合には、農薬の散布状
態を一定にするためにヘリコプタを常時一定の高さに維
持しながら、決められた範囲内を決められたコースに従
って飛行させなければならないので前記したタイプの制
御装置が付加されたヘリコプタが適している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記したようにヘリコ
プタを一定の範囲内で決められたコースに従って飛行さ
せる場合には、自由に飛行させる場合と異なり機敏な停
止、減速等への動作がが要求される。前記したようにヘ
リコプタをすばやく停止させる場合には、機体をそれま
でと異なる方向に傾斜させ、それまでの方向とは反対方
向の力を生じさせてブレーキをかけ停止させる、いわゆ
るフレア動作という方法が一般的である。例えば、図１
に理想的な動作図で示すように前進した状態からの停止
は前傾姿勢で前進するヘリコプタ(a) を後傾姿勢(b) に
することによって前進力Ｆｆを後退力Ｆｂで打ち消して
停止させる。しかしながら、前記したフレア動作は必ず
しも図１に示すように理想的にはいかず、ヘリコプタの
搭載重量、機体速度、風向き等の各種の条件によって変
化するので、なんの対処もせずにその動作を行うと、機
体に操縦者の要求しない力が生じて、操縦者の意思に反
する方向に機体が動いてしまう。例えば、前記したよう
に前進しているヘリコプタ(a) を停止させるために急激
に後傾姿勢(b) に変更させると機体に大きな揚力が生じ
て機体が操縦者の意思に反して急激に上昇してしまうこ
とがある。このようなフレア動作時に生ずる機体の異常
動作を防止する方法としては、フレア動作を行う時に操
縦者がその後に生じる機体の動きを予測して、機体を操
作してやればよいのであるが、前記したように各種の条
件によって変化する機体の動きを予測するのは困難で、
それを実行するにはかなりの訓練が必要で、誰にでもで
きるものではない。しかし前記した各種センサに基づい
て機体を希望する状態に一定に保持する制御装置で前記
異常動作を防止しようとしても、フレア動作中は各種セ
ンサが正確に機能しないため制御はできない。例えば、
通常使用される高度一定制御に用いられる高度センサ
（例えば、機体から垂直方向にレーザを発進して現在の
高度を測定するようなレーザセンサ）は機体が後傾姿勢
になった時にはレーザが斜め方向に発進するため本来の
高度より高い高度を検出し、また、加速度センサはフレ
ア時にかかる特有の加速度を上昇による加速度と誤認し
てしまい、これらの検知結果に基づいて機体を制御しよ
うとすると制御装置は急激に機体を下降させるような制
御信号を出力してしまうことがある。これはフィードバ
ック制御によってその後補正することは可能であるが、
飛行中の機体が瞬間的にでも操縦者の意思に反するよう
な動きをすることは好ましくない。上記した問題点を解
決する方法としては、機体に傾斜角センサ等の機体の傾
斜角を測定し得るセンサを搭載して現在の機体の傾斜を
検出し、それに基づいて前記高度センサ等の値を補正す
ればよいのであるが、前記した傾斜角を測定し得るセン
サは高価なので装置全体のコストアップに繋がるだけで
なく、機体が傾斜してからその結果に基づいて制御しな
ければならないので、制御が遅れてしまう可能性がある
という問題点がある。

【０００４】上記したような従来の技術の問題点を鑑み
て、本発明は操縦者が訓練しなければ体得できないよう
な特別な操作をしなくても、従来の制御に用いられてい
た高度センサ及び加速度センサの内少なくとも一方を用
いるだけで機体の高度を確実に一定に制御できる遠隔操
縦式ヘリコプタの制御装置を提供することを目的として
いる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために本発明の遠隔操縦式ヘリコプタの制御装置は、高
度センサ及び加速度センサの内少なくとも一方を用いて
飛行高度を一定に制御するようにした遠隔操縦式ヘリコ
プタの制御装置において、前記制御装置が、前後或いは
左右方向への飛行指令信号から前記ヘリコプタの高度に
寄与する変動量を推定し、これを打ち消す補正制御を行
うように構成している。

【０００６】

【作用】上記のように構成された本発明の遠隔操縦式ヘ
リコプタの制御装置によれば、前後或いは左右方向への
飛行指令信号から、ヘリコプタの高度に寄与する変動量
を推定し、前記変動量を打ち消す補正制御を行って、該
ヘリコプタの高度を一定にする制御信号を補正する。

【０００７】

【実施例】以下、添付図面に基づいて本発明の遠隔操縦
式ヘリコプタの制御装置を説明する。図２は本発明の制
御装置を搭載した遠隔操縦式ヘリコプタの一実施例を示
すヘリコプタの概略側面図であり、図中１はヘリコプタ
本体であり、この機体２には高度センサ３と該ヘリコプ
タ１を支持する脚部４が設けられている。前記した高度
センサ３は破線で示すレ−ザ５の投受光によってヘリコ
プタ１と地上との距離を検知するように構成されてい
る。また、このヘリコプタ１は内部に加速度センサ６
（図４参照）及び図示していないエンジン回転数セン
サ、方位センサが搭載されており、これらのセンサから
の出力は機体２の内部に搭載される制御装置７（図３参
照）に入力される。また、図中８はメインロータ、９は
テールロータを示しており、これらと図示していないエ
ンジンを送信機10に設けられた２種類の操作レバー10a,
10b で遠隔操作できるように構成されている（図３参
照）。

【０００８】図３は、前記した制御装置７を含む受信器
11からの信号で駆動するヘリコプタ１の主要部分の構成
を示す概略ブロック図である。前記操作レバー10b はそ
の横方向の操作量に基づいた飛行指令信号（以下エルロ
ン信号と称する）s1でヘリコプタ１のエルロンサーボモ
ータ12を駆動させ、メインロータ８のエルロン系8a、す
なわち横サイクリックピッチ角を調節することによって
ヘリコプタ１を左右方向に傾斜させ、それを左右方向に
飛行させる機能を有し、また、前記操作レバー10a はそ
の縦方向の操作量に基づいた飛行指令信号（以下エレベ
ータ信号と称する）s2でヘリコプタ１のエレベータサー
ボモータ13を駆動させ、メインロータ８のエレベータ系
8b、すなわち縦サイクリックピッチ角を調節することに
よってヘリコプタ１を前後方向に傾斜させ、それを前後
方向に飛行させる機能を有する。ヘリコプタ１は前記し
た２つの操作レバー10a,10b の操作で任意の方向に機体
を傾斜させながら飛行するのであるが、その動きを停止
させる時には、機体を前記操作レバー10a,10b のエレベ
ータ信号s2及びエルロン信号s1でフレア動作させて、詳
細には機体をそれまでの方向とは逆の方向に傾斜させ、
それまでの進行方向に対する力と反対方向の力を生じさ
せて停止させる（図１参照）。さらに、操作レバー10a
はその横方向の操作量に基づいた飛行指令信号s3（以
下、ラダー信号と称する）で前記テールロータ９のピッ
チ角を調節してヘリコプタ１の方向を操作し、操作レバ
ー10b はその縦方向の操作量に基づいて飛行指令信号s4
（以下エンコン信号と称する）でエンジン出力及びメイ
ンロータ８のコレクティブ系8c、すなわちヘリコプタ１
の高度を操作する機能も有するのであるが、これらは、
ヘリコプタ１を一定の高度，方位に保持する前記制御装
置７を介して行われるように構成されている。

【０００９】制御装置７は高度制御装置15，エンジン回
転数制御装置16，方位制御装置17の３つの制御装置から
構成されている。前記エンジン回転数制御装置16は任意
の目標回転数信号と前記図示していないエンジン回転数
センサの検知信号、受信器11を介して受信される操作レ
バー10b のエンコン信号s4に応じて図示していないエン
コンサーボモータを駆動することでエンジン回転数を制
御するように構成されている。また、前記方位制御装置
17は任意の目標方位制御信号と前記図示していな方位セ
ンサの検知信号、受信器11を介して受信される操作レバ
ー10a からのラダー信号s3に応じて図示していないラダ
ーサーボモータを駆動することでテールロータ９のピッ
チ角を調節してヘリコプタ１の方位を一定に制御するよ
うに構成されている。前記高度制御装置15はエレベータ
信号s2，エルロン信号s1及びエンコン信号s4を入力し、
それらに基づいてヘリコプタ１の高度を制御する。

【００１０】以下、図４を参照して、高度制御装置15の
する処理を詳細に説明する。高度制御装置15は高度セン
サ３からフィードバックされる高度検知結果c1と目標高
度設定部15a で予め設定された目標高度c2と後述する補
正制御信号cc8 ，cc9 に基づいて比較部15b で比較演算
し、その比較結果c3を制御信号変換部15c で制御信号c4
に変換し（詳細には一定のゲインを乗じて制御信号c4に
変換する）、その信号c4と受信器11を介して操作レバー
10b から入力されるエンコン信号S4と後述する加速度セ
ンサ６からフィードバックされる制御信号c8に基づいて
駆動信号決定部15d でコレクティブサーボモータ14の駆
動量を決定して駆動信号c5を出力し、その信号c5でコレ
クティブサーボモータ14を駆動することによってメイン
ロータ８のコレクティブ系8cを調節して、すなわちヘリ
コプタ１のメインロータ８のコレクティブピッチ角を調
節して前記目標高度信号c2若しくは操作信号s4に対応し
た高度に制御する。前記制御信号c8は、加速度センサ６
からフィードバックされる機体にかかる加速度c6を速度
変換部15e で速度c7に変換し、該速度c7を制御信号変換
部15f で変換する（詳細には一定のゲインを乗じる ）
ことで得られ、前記したように駆動信号決定部15d に出
力される。駆動信号決定部15d では駆動信号c5を決定す
る際に該制御信号c8を加算しているので高度センサ３が
地面の微小な凹凸を拾うことによるヘリコプタ１の不必
要な動きは防止されている。この機体にかかる加速度を
検知して高度を補正する制御は従来公知の制御であるの
で詳細な説明は省略する。

【００１１】なお、図３に示すようにエンコン信号s4は
エンジン回転数制御と高度制御の両方を制御しているの
で、エンジン回転速度とメインロータのコレクティブピ
ッチ角がうまくマッチングしていないとヘリコプタには
種々の不具合が生ずる。例えば、エンジン回転速度に対
してコレクティブピッチ角が小さすぎると、エンジンに
かかる負荷が小さくなりすぎてエンジンが過回転してし
まい、結果的にエンジンが焼き付いてしまう不具合が生
じ、それとは逆にエンジン回転速度に対してコレクティ
ブピッチ角が大きすぎると、エンジンにかかる負荷が大
きくなり過ぎてエンジン回転速度が下がり、結果的に推
力が低下してしまうという不具合が生ずる。これを防止
するために前記駆動信号決定部15d では前記制御信号c
4,c8 とエンコン信号s4に基づいて決定される駆動信号c
5が予め設定されたコレクティブピッチ角の最大値、最
小値の範囲を超えないように、リミットがかけられてい
る。また、前記補正制御信号cc8 ，cc9 はエレベータ信
号s2及びエルロン信号s1に基づいて補正制御部18，18'
で各々決定される。以下、前記補正制御部18における処
理を説明する。前記したようにメインロータ８のエレベ
ータ系8bを操作する操作レバー10a からのエレベータ信
号s2はエレベータサーボモータ13を駆動させる一方、高
度制御装置15内の補正制御部18にも入力される。前記エ
レベータ信号s2は機体傾斜角推定部18a ，操作時間測定
部18b ，操作量演算部18c に入力され、そこで、所定の
特徴量を抽出される。詳細には前記機体傾斜角推定部18
a では前記エレベータ信号によってその後に傾斜すると
推定される機体の推定機体傾斜角cc1 を演算し、また、
前記操作時間測定部18b では操縦者が操作レバー10a を
縦方向に操作した操作時間cc2 を計測し、前記操作量演
算部18c では操縦者が操作レバー10a を縦方向に操作し
た操作量cc3 を演算する。その後、前記した推定機体傾
斜角cc1 、操作時間cc2 、操作量cc3 は各々フレア度抽
出部18d,18e,18f に入力される。前記フレア度抽出部18
d は入力された推定機体傾斜角cc1 に基づいて、実測デ
ータより得た、推定機体傾斜角とフレア度の関数である
マップからフレア度cc4 を抽出し、前記したフレア度抽
出部18e は入力された操作時間cc2 に基づいて、実測デ
ータより得た、操作時間とフレア度の関数であるマップ
からフレア度cc5 を抽出し、前記フレア度抽出部18f は
入力された操作量cc3 に基づいて、実測データより得
た、操作量とフレア度の関数であるマップからフレア度
cc6 を抽出する。なお、ここで言うフレア度とは、高度
センサ及び加速度センサの検知結果に基づいて制御さ
れ、かつ補正制御がされていない高度制御装置を搭載し
た遠隔操縦式ヘリコプタをエレベータ信号若しくはエル
ロン信号で操作した時に、前記高度センサが実際の高度
より高い高度を測定し、さらに前記加速度センサがそれ
にかかる加速度を上昇による加速度を誤認して、前記制
御装置が前記ヘリコプタを下降させる度合いのことであ
り、以下、本明細書でフレア度と称するものは全てこれ
と同様とする。

【００１２】さらに各フレア度抽出部18d,18e,18f で各
々抽出されたフレア度cc4,cc5,cc6はフレア度決定部18g
に入力され、前記３種類のフレア度の中で最小のフレ
ア度を制御フレア度cc7 として補正信号変換部18h に入
力する。前記補正信号変換部18h では入力された制御フ
レア度cc7 を前記目標高度c2を補正し得る補正制御信号
cc8 に変換して、詳細には一定の補正ゲインを乗じて補
正制御信号cc8 に変換して、該補正制御信号cc8 を前記
比較部15b に出力する。また、前記補正制御部18' も前
記エルロン信号s1を入力し、前記補正制御部18と同様の
処理を行って、補正制御信号cc9 を前記比較部15b に出
力する。前記した比較部15b では前記補正制御信号cc8
，cc9 を前記目標高度c2に加算した値と前記高度セン
サ３の検知結果c1を比較演算して、前記比較結果c3を決
定する。

【００１３】上記したように、高度制御装置15はエレベ
ータ信号s2及びエルロン信号s1を常時入力し、補正制御
部18，18' でそれらの信号s2,s1 から機体のフレア度を
推定し、機体が実際にフレア動作する前にその推定した
フレア度に応じて高度制御装置15内の目標高度c2を補正
できるように、すなわちフィードフォワード制御ができ
るように構成してあるので、操作者が実際にフレア動作
を目的とした操作をした時に高度センサ３が実際の値と
異なる値を検知しても、コレクティブサーボモータ14を
駆動する前にその制御信号が補正でき、ヘリコプタ１が
操作者の意思に反した動きをすることはない。

【００１４】本実施例の遠隔操縦式ヘリコプタの制御装
置は、エレベータ信号s2及びエルロン信号s1に基づいて
機体のフレア度を推定して補正制御部18,18'で補正制御
信号cc8 ，cc9 を決定し、該補正制御信号cc8 ，cc9 で
目標高度c2を補正するように構成しているが、これは本
実施例に限定されることなくコレクティブサーボモータ
14を駆動させる前に補正し得るような構成であれば任意
の構成でよく、例えば図５の高度制御装置のブロック図
に示すように補正信号cc8',cc9' を駆動信号決定部15d
に直接入力して、コレクティブサーボモータの駆動量、
すなわち、メインロータのコレクティブピッチ角調整量
を補正するように構成してもよい。この場合の補正信号
cc8',cc9' は本実施例の補正信号の値とは異なった値に
なるが、これは補正制御部18,18'で処理すればよいこと
はもちろんである。この場合の高度制御装置の処理は、
補正制御信号で補正する対象が異なる以外は図４で示す
実施例の場合の処理と同様であるので図５には図４と同
様の符号を付す。

【００１５】さらにまた、本実施例の制御装置はエレベ
ータ信号s2から３種類の特徴量（推定機体傾斜角，操作
時間，操作量）を抽出し、それらに基づいて抽出された
３種類のフレア度の最小値を補正信号の基礎とするよう
に構成されているが、これは本実施例に限定されること
なく、フレア動作を目的とし得る操作レバーからの操作
信号から少なくとも１つの高度に寄与する特徴量が抽出
できるように構成されていればよく、例えば１つの特徴
量を抽出するように構成してもよいし、４種類以上の特
徴量を抽出するように構成してもよい。さらにまた、本
実施例の制御装置はエレベータ信号s2から、推定機体傾
斜角、操作時間、操作量を抽出し、それらに基づいてフ
レア度を抽出するように構成されているが、これは本実
施例のものに限定されることなく、高さに寄与する特徴
量を抽出し得るような構成であれば任意の構成でよい。

【００１６】さらにまた、本実施例の制御装置はエレベ
ータ信号s2から抽出した３種類の特徴量cc1,cc2,cc3 に
基づいて３種類のフレア度cc4,cc5,cc6 を抽出し、その
最小値を制御フレア度cc7 として補正制御信号cc8 に変
換するような構成にしているが、これは本実施例に限定
されることなく、特徴量が各々補完し合った値を制御フ
レア度とするような構成であれば任意の構成でよく、例
えば複数のフレア度を抽出して、その平均値を制御フレ
ア度とするように構成してもよい。さらにまた、本実施
例の制御装置は制御フレア度cc7 を抽出した後に、補正
信号変換部18h でそのフレア度cc7 に一定のゲインを乗
じて補正信号cc8 ，cc9 に変換するように構成している
が、これは本実施例のものに限定されることなく、操縦
者に応じた補正制御をするために補正信号変換部を調節
可能としてもよい、すなわち、そこで乗じるゲインの値
を調節可能にしてもよい。

【００１７】さらにまた、本実施例の制御装置は遠隔操
縦されるヘリコプタ１に搭載されていいるが、これは本
実施例に限定されることなく送信機側に搭載するように
してもよい。さらにまた、本実施例の高度制御装置15は
高度センサ３及び加速度センサ６の検知結果から高度を
一定に制御をするように構成されているが、これは本実
施例に限定されることなく、高度センサと加速度センサ
の内少なくとも一方で制御するように構成してあれば任
意の構成でよい。

【００１８】本実施例の制御装置によれば、常時エレベ
ータ信号s2及びエルロン信号s1を入力し、補正制御部1
8,18'で前記信号s12,s1から機体のフレア度を推定し
て、該フレア度に応じた補正信号cc8,cc9 を決定し、そ
の補正信号cc8,cc9 で目標高度c2を補正するように構成
しているので、操縦者がフレア動作を目的とした操作を
した時に、高度一定制御に対し、機体がフレア動作に入
る前に機体のフレア度を考慮し補正を加えることができ
るという効果を奏する。

【００１９】本発明の遠隔操縦式ヘリコプタの制御装置
は上記したように、予め機体のフレア度を推定して補正
制御を行うフィードフォワード制御を行っているので、
高度センサと加速度センサだけで、かつ、簡単な操作で
ヘリコプタを操縦者の意思に反することなく操作するこ
とができるという効果を奏する。

【００２０】

【発明の効果】本発明の遠隔操縦式ヘリコプタの制御装
置は、高度センサ及び加速度センサの内少なくとも一方
を用いて飛行高度を一定に制御するようにした遠隔操縦
式ヘリコプタの制御装置が、前後或いは左右方向への飛
行指令信号から前記ヘリコプタの高度に寄与する変動量
を推定して、前記変動量を打ち消す補正制御を行えるよ
うに、言い換えれば、予め機体の高度変動量を推定して
制御信号を補正するフィードフォワード制御を行えるよ
うに構成しているので、高価なセンサを用いることなく
高度センサ及び加速度センサの内少なくとも一方を用い
るだけで、複雑な操作を必要とせずに、確実にヘリコプ
タの高度を一定に保持し得るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】理想的なフレア動作を示す遠隔操縦式ヘリコプ
タの動作図である。

【図２】本発明の制御装置を搭載した遠隔操縦式ヘリコ
プタの一実施例を示す概略側面図である。

【図３】本発明の制御装置を含む受信器11からの信号で
駆動するヘリコプタの主要部分の一実施例を示す概略ブ
ロック図である。

【図４】本発明の制御装置における高度制御装置の内部
処理の一実施例を示すブロック図である。

【図５】本発明の制御装置における高度制御装置の内部
処理の別の実施例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ ヘリコプタ ２ 機体 ３ 高度センサ ４ 脚部 ５ レーザ ６ 加速度センサ ７ 制御装置 ８ メインロータ 8a メインロータエルロン系 8b メインロータエレベータ系 8c メインロータコレクティブ系 ９ テールロータ 10 送信器 10a 操作レバー 10b 操作レバー 11 受信器 12 エルロンサーボモータ 13 エレベータサーボモータ 14 コレクティブサーボモータ 15 高度制御装置 15a 目標高度設定部 15b 比較部 15c 制御信号変換部 15d 駆動信号決定部 15e 速度信号変換部 15f 制御信号変換部 16 エンジン回転数制御装置 17 方位制御装置 18 補正制御部 18a 機体傾斜角推定部 18b 操作時間測定部 18c 操作量演算部 18d フレア度抽出部 18e フレア度抽出部 18f フレア度抽出部 18g フレア度決定部 18h 補正信号変換部 18' 補正制御部 s1 エルロン信号 s2 エレベータ信号 s3 ラダー信号 s4 コレクティブ信号

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高度センサ及び加速度センサの内少なく
   とも一方を用いて飛行高度を一定に制御するようにした
   遠隔操縦式ヘリコプタの制御装置において、前記制御装
   置が、前後或いは左右方向への飛行指令信号から前記ヘ
   リコプタの高度に寄与する変動量を推定し、これを打ち
   消す補正制御を行うように構成したことを特徴とする遠
   隔操縦式ヘリコプタの制御装置。