JPH11276722A - 遠隔制御ヘリコプタ用ジャイロ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 風等の外乱に対して制御特性をよくするとと
もに、コレクトピッチ操作時におけるヨー軸制御の応答
特性を改善した遠隔制御ヘリコプタ用ジャイロ装置を提
供する。 【解決手段】 ヨー軸角速度センサ１０からの角速度検
出信号は、操縦装置からのヨー軸操作信号および角速度
基準値と加算されてＰＩＤ制御器２に入力される。ＰＩ
Ｄ制御器２の制御信号は、コレクトピッチ→ヨー軸制御
ミキシング装置３を介したコレクトピッチ操作信号およ
び、ヨー軸操作信号と加算されてアクチュエータ６に入
力され、ヨー軸駆動部７を制御する。機体９のヨー軸ま
わりの角速度は、ヨー軸角速度検出センサ１０により検
出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は模型ヘリコプタ、空
撮，農薬散布ヘリコプタ等の遠隔制御ヘリコプタ用ジャ
イロ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】模型ヘリコプタを操縦する上で、ヨー軸
制御の安定化に、ジャイロ装置（テール安定装置）は不
可欠な補助装置となっている。ヘリコプタは、ヨー軸の
自律安定性を持っていないため、ジャイロ装置が搭載さ
れていないと機首が水平に振れることになる。

【０００３】模型ヘリコプタのヨー軸制御操作は、操縦
側送信機からの操作指令により、ヨー軸の回転運動を起
こさせ、目的の方角にヘリコプタの機体を向ける。ジャ
イロは、操縦側の操作指令がないときは、ヨー軸の回転
を停止させる動作をするとともに、操縦側から操作指令
があるときは、速やかにこれに反応してヨー軸を回転さ
せるという、いわば、相反する制御を行う必要がある。
模型用ジャイロの構成は、模型ヘリコプタに搭載された
角速度検出センサの信号と角速度の目標値である基準信
号との誤差を検出し、ヘリコプタのヨー軸の回転速度を
検出する。この信号は、ヘリコプタのヨー軸制御用アク
チュエータに伝達され、ヨー軸の角速度をゼロにするよ
うに、フィードバック制御がなされる。

【０００４】従来、このフィードバック制御方法として
は、構成の簡単なＰ（比例）制御方式が使われてきた。
このＰ制御方式は、制御器の出力を目標値に対する測定
値の誤差に比例させるものである。

【０００５】図２は、従来のＰ制御方式による模型ヘリ
コプタ用ジャイロ装置のブロック線図である。図中、２
１，４，５，８は加え合わせ点、２２はＰ制御器、３は
コレクトピッチ→ヨー軸制御ミキシング装置、６はアク
チュエータ、７はヨー軸駆動部、９は機体、１０はヨー
軸角速度検出センサである。ヨー軸角速度検出センサ１
０としては、レートジャイロまたは圧電式振動ジャイロ
（圧電振動方式角速度検出センサ）を用いる。このヨー
軸角速度検出センサ１０が測定した角速度信号は、加え
合わせ点２１において角速度ゼロ基準値との誤差が取ら
れてＰ制御器２２に入力される。Ｐ制御器２２の出力
は、加え合わせ点４においてコレクトピッチ→ヨー軸制
御ミキシング装置３の出力と加え合わされ、さらに、加
え合わせ点５においてヨー軸操作信号と加え合わされて
アクチュエータ６に入力される。アクチュエータ６の出
力は、ヨー軸駆動部７に入力され、ここでテールロータ
のピッチ角を変化させてヨー軸まわりの駆動力を変化さ
せる。

【０００６】ヨー軸駆動部７の出力は、仮想的な加え合
わせ点８においてメインロータの反力あるいは風等の外
乱と加算され機体９に入力される。機体９のヨー軸まわ
りの角速度は、ヨー軸角速度検出センサ１０により検出
され、この検出出力が、先に説明した加え合わせ点２１
に結合される。この図では省略しているが、模型用ヘリ
コプタの操縦者が機体１２のヨー軸まわりの角度を目視
しながら、無線操縦機のスティックを操作してリモート
コントロール信号を機体側に送信することにより、ヨー
軸操作信号を加える制御ループもある。

【０００７】このＰ制御方式のジャイロの場合、ヨー軸
操作信号は、ヨー軸角速度検出センサ１０の出力信号を
角速度補正信号として機能させ、この角速度補正信号と
は極性が反対となるヨー軸操作信号を操縦側から与え、
その差により、ヨー軸の回転運動を起こさせている。ヨ
ー軸角速度検出センサ１０の側から見ると、ヨー軸操作
信号は外乱と同様なものであり、Ｐ制御器２２の入力で
ある角速度のオフセットに比例した回転運動が発生する
ことになる。その結果、横風等の外乱を受けるとヨー軸
が移動してしまうという欠点があり、正確なホバリング
が難しい。

【０００８】近年になって、上述したＰ制御方式の欠点
であるオフセットをキャンセルできるＰＩＤ制御方式の
模型用ジャイロ装置が製品化されている。このＰＩＤ制
御方式は、調節器出力を誤差に比例したものとする比例
動作に加えて、誤差がある限りこれを積分した値を出力
する積分動作、および、誤差の変化に比例した値を出力
する微分動作を行うものである。この微分動作は、単独
では用いず比例動作，積分動作を改善する目的で使用さ
れる。そのため、本明細書では、ＰＤ制御方式とＰＩＤ
制御方式とを同一のものとして説明する。

【０００９】ＰＩＤ制御方式のジャイロ装置は、そのオ
フセットをキャンセルできるため風等の外乱に対して制
御特性がよく、今後広く普及される傾向にある。ＰＩＤ
制御方式では、操縦側のヨー軸操作信号は、ジャイロ装
置側の基準信号をオフセットさせるように動作する。つ
まり、操作信号は角速度の指令信号となる。

【００１０】ところで、模型ヘリコプタの上昇，下降お
よびその速度を制御するのに、従来のシステムでは、メ
インロータブレードのピッチ角を変化させるコレクトピ
ッチ操作（一斉迎角変更）を行っている。このとき、ピ
ッチ角を変化させるとヘリコプタのヨー軸への反動トル
クも変動する。したがって、操縦側では、コレクトピッ
チ角の変化に応じてテールロータのピッチ角を変化させ
ることによりヨー軸の操作量も変化させる。すなわち、
コレクトピッチ操作からヨー軸操作へのミキシング操作
を自動的に行っている。ここで、ミキシング操作とは、
操縦側からコレクトピッチ操作チャネルへの操作量を、
所定割合かつ所定の変化特性を持たせてヨー軸操作チャ
ネルにも加えることである。図２に示すＰ制御方式のジ
ャイロ装置においては、コレクトピッチ操作信号をコレ
クトピッチ→ヨー軸制御信号ミキシング装置３を介し、
加え合わせ点４においてヨー軸の制御系に入力してい
る。

【００１１】しかし、ＰＩＤ制御方式のジャイロを使用
した場合、ヨー軸操作信号は、角速度の指令信号となる
ため、Ｐ制御方式の場合と全く同様なミキシング操作は
できないという問題があった。もちろん、ＰＩＤ制御方
式においては、ミキシング操作をしなくても、上述した
反動トルクの変動がＩ制御により自動的にキャンセルさ
れる。しかし、Ｉ制御だけでは制御応答が悪くなるとい
う問題がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した問
題点を解決するためになされたもので、風等の外乱に対
して制御特性をよくするとともに、コレクトピッチ操作
時におけるヨー軸制御の応答特性を改善した遠隔制御ヘ
リコプタ用ジャイロ装置を提供することを目的とするも
のである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
おいては、遠隔制御ヘリコプタのヨー軸をＰＩＤ制御す
る遠隔制御ヘリコプタ用ジャイロ装置であって、前記遠
隔制御ヘリコプタのコレクトピッチ操作信号をヨー軸操
作信号にミキシングしてＰＩＤ制御器の出力側に加える
ことにより、前記コレクトピッチによる前記ヨー軸への
反動トルクの変動を防止するものである。したがって、
ＰＩＤ制御により風等の外乱に対して制御特性がよくな
るとともに、コレクトピッチ操作時におけるヨー軸制御
の応答特性を改善することができる。

【００１４】請求項２に記載の発明においては、遠隔制
御ヘリコプタのヨー軸をＰＩＤ制御する遠隔制御ヘリコ
プタ用ジャイロ装置であって、ヨー軸角速度検出セン
サ、ＰＩＤ制御器、および、コレクトピッチからヨー軸
へのミキシング装置を有し、前記ＰＩＤ制御器は、ヨー
軸角速度基準値およびヨー軸操作信号と前記ヨー軸角速
度検出センサの出力との誤差を入力するものであり、前
記ＰＩＤ制御器の出力信号と前記ミキシング装置の出力
信号と前記ヨー軸操作出力信号とをヨー軸駆動系に出力
することにより、前記コレクトピッチによる前記ヨー軸
への反動トルクの変動を防止することを特徴とするもの
である。したがって、ＰＩＤ制御により風等の外乱に対
して制御特性がよくなるとともに、簡単な構成でコレク
トピッチ操作時におけるヨー軸制御の応答特性を容易に
改善することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の遠隔制御ヘリコ
プタ用ジャイロ装置の実施の一形態のブロック線図であ
る。図中、図２と同様な部分には同じ符号を付して説明
を省略する。１は加え合わせ点、２はＰＩＤ制御器であ
る。ヨー軸角速度センサ１０からの角速度検出信号は、
操縦装置からのヨー軸操作信号および角速度ゼロ基準値
は、加え合わせ点１において加算されて、その誤差信号
（誤差）がＰＩＤ制御器２に入力される。

【００１６】一方、コレクトピッチ操作信号は、コレク
トピッチ→ヨー軸制御ミキシング装置３に入力され、ミ
キシング信号が生成され、加え合わせ点４においてＰＩ
Ｄ制御器２の制御出力信号と加算され、さらに、加え合
わせ点５において再びヨー軸操作信号と加算されてアク
チュエータ６に入力される。アクチュエータ６の出力
は、ヨー軸駆動部７に入力され、ここでテールロータの
ピッチ角を変化させてヨー軸まわりの駆動力を変化させ
る。ヨー軸駆動部７の出力は、仮想的な加え合わせ点８
においてメインロータの反力あるいは風等の外乱と加算
され機体９に入力される。機体９のヨー軸まわりの角速
度は、ヨー軸角速度検出センサ１０により検出され、こ
の検出出力が、先に説明した加え合わせ点２１に結合さ
れる。

【００１７】上述した構成によれば、コレクトピッチ操
作の変化に応じたミキシング量をヨー軸の制御系にフィ
ードフォワード制御することになる。その結果、ＰＩＤ
制御動作であっても、ヨー軸の制御系に適当な操作信号
が加算されることになり、ジャイロ装置の補助動作を行
うとともに、応答特性の改善ができる。このコレクトピ
ッチ→ヨー軸制御ミキシング装置３におけるミキシング
量は、模型ヘリコプタの特性により異なるため、模型ヘ
リコプタの特性に合わせ最適に調整できるように、ミキ
シング量の調整機構を持たせるとよい。

【００１８】なお、図示の例では、操縦側からのヨー軸
操作信号を、ＰＩＤ制御器２の入力側の加え合わせ点１
だけではなく、ＰＩＤ制御器２の出力側の加え合わせ点
５においても入力するようにして、ヨー軸操作信号でフ
ィードフォワード制御も行って、応答性を良くしている
が、このフィードフォワード制御を省略してもよい。上
述した説明では、模型用ヘリコプタを例にして説明した
が、空撮用，農薬散布等の遠隔制御ヘリコプタに用いる
こともできる。

【００１９】

【発明の効果】上述した説明から明らかなように、本発
明によれば、ＰＩＤ制御により遠隔制御ヘリコプタのヨ
ー軸の制御特性を風等の外乱に対して良好にするととも
に、コレクトピッチ操作によるヨー軸への反動トルクの
変動を防止し、ヨー軸制御の応答特性を改善することが
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の遠隔制御ヘリコプタ用ジャイロ装置の
実施の一形態のブロック線図である。

【図２】従来のＰ制御方式による模型ヘリコプタ用ジャ
イロ装置のブロック線図である。

【符号の説明】

１ 加え合わせ点、２ ＰＩＤ制御器、３ コレクトピ
ッチ→ヨー軸制御ミキシング装置、４，５，２１，２３
加え合わせ点、、６ アチュエータ、７ ヨー軸駆動
部、９ 機体、１０ ヨー軸角速度検出センサ、２２
Ｐ制御器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 遠隔制御ヘリコプタのヨー軸をＰＩＤ制
   御する遠隔制御ヘリコプタ用ジャイロ装置であって、 前記遠隔制御ヘリコプタのコレクトピッチ操作信号をヨ
   ー軸操作信号にミキシングしてＰＩＤ制御器の出力側に
   加えることにより、前記コレクトピッチによる前記ヨー
   軸への反動トルクの変動を防止することを特徴とする遠
   隔制御ヘリコプタ用ジャイロ装置。
2. 【請求項２】 遠隔制御ヘリコプタのヨー軸をＰＩＤ制
   御する遠隔制御ヘリコプタ用ジャイロ装置であって、 ヨー軸角速度検出センサ、ＰＩＤ制御器、および、コレ
   クトピッチからヨー軸へのミキシング装置を有し、 前記ＰＩＤ制御器は、ヨー軸角速度基準値およびヨー軸
   操作信号と前記ヨー軸角速度検出センサの出力との誤差
   を入力するものであり、 前記ＰＩＤ制御器の出力信号と前記ミキシング装置の出
   力信号と前記ヨー軸操作出力信号とをヨー軸駆動系に出
   力することにより、前記コレクトピッチによる前記ヨー
   軸への反動トルクの変動を防止することを特徴とする遠
   隔制御ヘリコプタ用ジャイロ装置。