JPH11282502A - ディジタル式フィードバック制御装置 - Google Patents
ディジタル式フィードバック制御装置Info
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- JPH11282502A JPH11282502A JP8112398A JP8112398A JPH11282502A JP H11282502 A JPH11282502 A JP H11282502A JP 8112398 A JP8112398 A JP 8112398A JP 8112398 A JP8112398 A JP 8112398A JP H11282502 A JPH11282502 A JP H11282502A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】センサの出力の振幅が小さいときにＡ／Ｄ変換
手段の分解能を実質的に大きくすることができるディジ
タル式フィードバック制御装置を提供する。 【解決手段】 ヨー軸制御の精度要求が、ヨー軸停止時
の微少角速度変化時であることに着目し、微少角速度時
のセンサ信号検出時と、通常動作時とで、センサ出力信
号を増幅する増幅器の増幅度を変化させ、微少角速度時
には大きな増幅度で動作させ、結果的にＡ／Ｄ変換器の
分解能を高精度化する。増幅度Ｋ1 の増幅器２および増
幅度がこれよりも小さい増幅度Ｋ2 の増幅器３を設け、
マイクロコンピュータ４によりセンサ出力信号を監視
し、角速度が微少角速度範囲の時は増幅度Ｋ1 の増幅器
２を、角速度がこれより大きい通常動作範囲の時には増
幅度Ｋ2 の増幅器３を選択する。
手段の分解能を実質的に大きくすることができるディジ
タル式フィードバック制御装置を提供する。 【解決手段】 ヨー軸制御の精度要求が、ヨー軸停止時
の微少角速度変化時であることに着目し、微少角速度時
のセンサ信号検出時と、通常動作時とで、センサ出力信
号を増幅する増幅器の増幅度を変化させ、微少角速度時
には大きな増幅度で動作させ、結果的にＡ／Ｄ変換器の
分解能を高精度化する。増幅度Ｋ1 の増幅器２および増
幅度がこれよりも小さい増幅度Ｋ2 の増幅器３を設け、
マイクロコンピュータ４によりセンサ出力信号を監視
し、角速度が微少角速度範囲の時は増幅度Ｋ1 の増幅器
２を、角速度がこれより大きい通常動作範囲の時には増
幅度Ｋ2 の増幅器３を選択する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はディジタル式フィー
ドバック制御装置に関するものであり、例えば、模型ヘ
リコプタ、模型飛行機等において、ヨー軸の姿勢制御に
用いることができるものである。
ドバック制御装置に関するものであり、例えば、模型ヘ
リコプタ、模型飛行機等において、ヨー軸の姿勢制御に
用いることができるものである。
【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。模型用ジ
ャイロ装置の構成は、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基準信号との差分を検出し、ヘリ
のヨー軸の回転速度を検出する。この信号はヘリのヨー
軸制御用アクチュエータに伝達され、ヨー軸の回転角速
度をゼロにするようにフィードバック制御がなされる。
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。模型用ジ
ャイロ装置の構成は、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基準信号との差分を検出し、ヘリ
のヨー軸の回転速度を検出する。この信号はヘリのヨー
軸制御用アクチュエータに伝達され、ヨー軸の回転角速
度をゼロにするようにフィードバック制御がなされる。
【０００３】図３は、模型用ジャイロ装置のブロック線
図である。図中、２１，２３，２６は加え合わせ点、２
２はＰ制御器、２４はアクチュエータ、２５はヨー軸駆
動部、２７は機体、１はヨー軸角速度検出センサであ
る。このヨー軸角速度検出センサ３８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（比例）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２３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２４に入力
される。アクチュエータ２４の出力は、ヨー軸駆動部２
５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。
図である。図中、２１，２３，２６は加え合わせ点、２
２はＰ制御器、２４はアクチュエータ、２５はヨー軸駆
動部、２７は機体、１はヨー軸角速度検出センサであ
る。このヨー軸角速度検出センサ３８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（比例）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２３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２４に入力
される。アクチュエータ２４の出力は、ヨー軸駆動部２
５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。
【０００４】ヨー軸駆動部２５の出力は、仮想的な加え
合わせ点２６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２７に入力される。機体２７のヨ
ー軸まわりの角速度は、ヨー軸角速度検出センサ１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２７のヨー軸まわりの角度
を目視しながら、無線送信機からヨー軸操作信号を機体
の受信機に送信する制御ループもある。
合わせ点２６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２７に入力される。機体２７のヨ
ー軸まわりの角速度は、ヨー軸角速度検出センサ１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２７のヨー軸まわりの角度
を目視しながら、無線送信機からヨー軸操作信号を機体
の受信機に送信する制御ループもある。
【０００５】なお、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Ｐ
ＩＤ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。ＰＩ
Ｄ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、ジャイロ側の目標値である角
速度ゼロ基準値をオフセットさせるように動作する。つ
まり、ヨー軸操作信号はヨー軸角速度の指令信号とな
る。
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Ｐ
ＩＤ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。ＰＩ
Ｄ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、ジャイロ側の目標値である角
速度ゼロ基準値をオフセットさせるように動作する。つ
まり、ヨー軸操作信号はヨー軸角速度の指令信号とな
る。
【０００６】従来、模型用ヘリコプタのヨー軸制御を行
うジャイロ装置においては、レートジャイロを用いてジ
ャイロ効果でヨー軸角速度を検出していた。このレート
ジャイロは、モータでコマを回転させるものであったた
め、機械的寿命があった。近年、このヨー軸角速度検出
センサ１として、コストパフォーマンスの優れた圧電セ
ラミックスを用いた圧電式振動ジャイロ（以下、圧電振
動方式角速度検出センサという）の使用がビデオカメラ
の手ぶれ防止等の用途で広く普及している。
うジャイロ装置においては、レートジャイロを用いてジ
ャイロ効果でヨー軸角速度を検出していた。このレート
ジャイロは、モータでコマを回転させるものであったた
め、機械的寿命があった。近年、このヨー軸角速度検出
センサ１として、コストパフォーマンスの優れた圧電セ
ラミックスを用いた圧電式振動ジャイロ（以下、圧電振
動方式角速度検出センサという）の使用がビデオカメラ
の手ぶれ防止等の用途で広く普及している。
【０００７】図４は、ヨー軸角速度検出センサのセンサ
信号出力を示す波形図である。図４（ａ）は無操作状態
におけるセンサ信号出力、図４（ｂ）は操作信号が加わ
ったときのセンサ信号出力である。模型ヘリコプタは、
ホバリング時に空中に停止することができる。この状態
では、ヨー軸はジャイロ装置により安定化されヨー軸ま
わりの回転は静止している状態に見える。しかし、実際
には、ヨー軸はわずかに振動しており、これは数Ｈｚの
ヘリコプタの固有振動周波数となる。その結果、センサ
出力信号は、図４（ａ）に示すようにヘリコプタの飛行
状態において無操作状態では微妙に振れて数Ｈｚ程度の
正弦波に近い振動をしている。また、操縦側から操作信
号が加わった場合、ヨー軸角速度、すなわち、ヨー角の
角速度が変化し、センサ出力信号は図４（ｂ）に示すよ
うに、操作信号の大きさや操作期間に応じて大きく正負
に振れる。そして、操作を停止してヨー軸運動が収まる
場合、細かなハンチング動作がある。
信号出力を示す波形図である。図４（ａ）は無操作状態
におけるセンサ信号出力、図４（ｂ）は操作信号が加わ
ったときのセンサ信号出力である。模型ヘリコプタは、
ホバリング時に空中に停止することができる。この状態
では、ヨー軸はジャイロ装置により安定化されヨー軸ま
わりの回転は静止している状態に見える。しかし、実際
には、ヨー軸はわずかに振動しており、これは数Ｈｚの
ヘリコプタの固有振動周波数となる。その結果、センサ
出力信号は、図４（ａ）に示すようにヘリコプタの飛行
状態において無操作状態では微妙に振れて数Ｈｚ程度の
正弦波に近い振動をしている。また、操縦側から操作信
号が加わった場合、ヨー軸角速度、すなわち、ヨー角の
角速度が変化し、センサ出力信号は図４（ｂ）に示すよ
うに、操作信号の大きさや操作期間に応じて大きく正負
に振れる。そして、操作を停止してヨー軸運動が収まる
場合、細かなハンチング動作がある。
【０００８】模型ヘリコプタの運動性の向上に従い、角
速度は、最大±６００〜７００度／秒程度までの範囲を
検出する必要がある。そのため、ダイナミックレンジの
広い圧電振動方式角速度検出センサが広く使われるよう
になった。この角速度検出センサの検出信号は、通常、
数ｍＶ／度／秒と微少であり、センサ出力は、電圧増幅
器により増幅され次段のフィードバック制御装置に入力
される。このフィードバック制御装置は、図３の模型用
ジャイロ装置のブロック線図においては、加え合わせ点
２１，Ｐ制御器２２、加え合わせ点２３の機能に対応す
る。
速度は、最大±６００〜７００度／秒程度までの範囲を
検出する必要がある。そのため、ダイナミックレンジの
広い圧電振動方式角速度検出センサが広く使われるよう
になった。この角速度検出センサの検出信号は、通常、
数ｍＶ／度／秒と微少であり、センサ出力は、電圧増幅
器により増幅され次段のフィードバック制御装置に入力
される。このフィードバック制御装置は、図３の模型用
ジャイロ装置のブロック線図においては、加え合わせ点
２１，Ｐ制御器２２、加え合わせ点２３の機能に対応す
る。
【０００９】フィードバック制御装置は、アナログ方式
もあるが、近年のマイクロコンピュータの進歩からセン
サ出力信号をＡ／Ｄ変換器によりディジタル変換し、マ
イクロコンピュータを用いてディジタル制御する例が増
えている。Ａ／Ｄ変換器が内蔵されたマイクロコンピュ
ータを用いると、コストおよび装置の小型化の点で有利
である。しかし、内蔵タイプのＡ／Ｄ変換器の分解能
は、８ビットないし１０ビットが一般的である。１０ビ
ットのＡ／Ｄ変換器を用いるとして、上述した±６００
〜７００度／秒ダイナミックレンジをカバーするには、
分解能は１〜１．５度／秒となる。
もあるが、近年のマイクロコンピュータの進歩からセン
サ出力信号をＡ／Ｄ変換器によりディジタル変換し、マ
イクロコンピュータを用いてディジタル制御する例が増
えている。Ａ／Ｄ変換器が内蔵されたマイクロコンピュ
ータを用いると、コストおよび装置の小型化の点で有利
である。しかし、内蔵タイプのＡ／Ｄ変換器の分解能
は、８ビットないし１０ビットが一般的である。１０ビ
ットのＡ／Ｄ変換器を用いるとして、上述した±６００
〜７００度／秒ダイナミックレンジをカバーするには、
分解能は１〜１．５度／秒となる。
【００１０】しかし、近年の模型ヘリコプタの高精度化
に伴い、ヨー軸制御の正確さの要求度も増し、上述した
Ａ／Ｄ変換器の分解能である、１〜１．５度／秒では不
足となっている。特に、ヨー軸の回転を停止させるとき
の、角速度ゼロ近傍の制御精度、すなわち動きが僅かな
状態である角速度検出センサ出力のニュートラル付近の
制御精度は、上述した分解能の数倍を必要としており、
逆算すると１２ビット程度の精度が要求される。もちろ
ん、単体のＡ／Ｄ変換器では高分解能のものがあるが、
高価であり、マイクロコンピュータとは別部品となるた
め装置の小型化の妨げにもなる。
に伴い、ヨー軸制御の正確さの要求度も増し、上述した
Ａ／Ｄ変換器の分解能である、１〜１．５度／秒では不
足となっている。特に、ヨー軸の回転を停止させるとき
の、角速度ゼロ近傍の制御精度、すなわち動きが僅かな
状態である角速度検出センサ出力のニュートラル付近の
制御精度は、上述した分解能の数倍を必要としており、
逆算すると１２ビット程度の精度が要求される。もちろ
ん、単体のＡ／Ｄ変換器では高分解能のものがあるが、
高価であり、マイクロコンピュータとは別部品となるた
め装置の小型化の妨げにもなる。
【００１１】
【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、センサの出力の
振幅が小さいときにＡ／Ｄ変換手段の分解能を実質的に
大きくすることができるディジタル式フィードバック制
御装置を提供することを目的とするものである。また、
装置を小型化することができるディジタル式フィードバ
ック制御装置を提供することを目的とするものである。
題点を解決するためになされたもので、センサの出力の
振幅が小さいときにＡ／Ｄ変換手段の分解能を実質的に
大きくすることができるディジタル式フィードバック制
御装置を提供することを目的とするものである。また、
装置を小型化することができるディジタル式フィードバ
ック制御装置を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【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、センサの出力をＡ／Ｄ変換して制御入力と
し、制御量を被制御装置に出力するディジタル式フィー
ドバック制御装置において、増幅手段、Ａ／Ｄ変換手
段、振幅判定手段、および、増幅度制御手段を有し、前
記増幅手段は、前記センサの出力を増幅して前記Ａ／Ｄ
変換手段に出力するものであり、前記振幅判定手段は、
前記Ａ／Ｄ変換手段の出力に基づいて前記センサの出力
の振幅を判定するものであり、前記増幅度制御手段は、
前記振幅判定手段の判定出力に基づいて前記増幅手段の
増幅度を切り替えることにより、前記センサの出力の振
幅が小さいときに前記増幅度を大きくするものであり、
前記センサの出力の振幅が小さいときに前記Ａ／Ｄ変換
手段の分解能を実質的に大きくするようにしたものであ
る。したがって、センサ出力の小振幅時に、Ａ／Ｄ変換
手段の分解能を実質的に大きくして、センサ出力を高精
度に検出することができ、その結果、フィードバック制
御において角速度をゼロにする際の制御精度が向上す
る。
おいては、センサの出力をＡ／Ｄ変換して制御入力と
し、制御量を被制御装置に出力するディジタル式フィー
ドバック制御装置において、増幅手段、Ａ／Ｄ変換手
段、振幅判定手段、および、増幅度制御手段を有し、前
記増幅手段は、前記センサの出力を増幅して前記Ａ／Ｄ
変換手段に出力するものであり、前記振幅判定手段は、
前記Ａ／Ｄ変換手段の出力に基づいて前記センサの出力
の振幅を判定するものであり、前記増幅度制御手段は、
前記振幅判定手段の判定出力に基づいて前記増幅手段の
増幅度を切り替えることにより、前記センサの出力の振
幅が小さいときに前記増幅度を大きくするものであり、
前記センサの出力の振幅が小さいときに前記Ａ／Ｄ変換
手段の分解能を実質的に大きくするようにしたものであ
る。したがって、センサ出力の小振幅時に、Ａ／Ｄ変換
手段の分解能を実質的に大きくして、センサ出力を高精
度に検出することができ、その結果、フィードバック制
御において角速度をゼロにする際の制御精度が向上す
る。
【００１３】請求項２に記載の発明においては、請求項
１に記載のディジタル式フィードバック制御装置におい
て、前記センサは圧電振動方式角速度検出センサであ
り、前記Ａ／Ｄ変換手段はマイクロコンピュータに内蔵
されたものであり、前記振幅判定手段および前記増幅度
制御手段は、前記マイクロコンピュータにより実行され
る機能である。したがって、圧電振動方式角速度検出セ
ンサのセンサ出力の小振幅時に、Ａ／Ｄ変換手段の分解
能を実質的に大きくして、センサ出力を高精度に検出す
ることができ、その結果、フィードバック制御において
角速度をゼロにする際の制御精度が向上する。また、Ａ
／Ｄ変換手段がマイクロコンピュータに内蔵されている
ため、装置を小型化することができる。
１に記載のディジタル式フィードバック制御装置におい
て、前記センサは圧電振動方式角速度検出センサであ
り、前記Ａ／Ｄ変換手段はマイクロコンピュータに内蔵
されたものであり、前記振幅判定手段および前記増幅度
制御手段は、前記マイクロコンピュータにより実行され
る機能である。したがって、圧電振動方式角速度検出セ
ンサのセンサ出力の小振幅時に、Ａ／Ｄ変換手段の分解
能を実質的に大きくして、センサ出力を高精度に検出す
ることができ、その結果、フィードバック制御において
角速度をゼロにする際の制御精度が向上する。また、Ａ
／Ｄ変換手段がマイクロコンピュータに内蔵されている
ため、装置を小型化することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は、本発明のディジタル式フ
ィードバック制御装置の第１の実施の形態を説明するた
めのブロック構成図である。図中、１は図３に示したヨ
ー軸角速度検出検出センサ、２は増幅度Ｋ1 の増幅器、
３は増幅度Ｋ2 の増幅器、４はマイクロコンピュータ、
５，６はＡ／Ｄ変換器、７は切り替え部、８は振幅判定
部、９はジャイロ制御部である。ここで、切り替え部
７，振幅判定部８，ジャイロ制御部９は、マイクロコン
ピュータ４が処理プログラムを用いて実行する機能ブロ
ックである。本発明は、ヨー軸制御の精度要求が、ヨー
軸停止時の微少角速度変化時であることに着目し、微少
角速度時のセンサ信号検出時と、通常動作時とで、セン
サ出力信号を増幅する増幅器の増幅度を変化させ、微少
角速度時には大きな増幅度で動作させ、結果的にＡ／Ｄ
変換器の分解能を高精度化するというものである。
ィードバック制御装置の第１の実施の形態を説明するた
めのブロック構成図である。図中、１は図３に示したヨ
ー軸角速度検出検出センサ、２は増幅度Ｋ1 の増幅器、
３は増幅度Ｋ2 の増幅器、４はマイクロコンピュータ、
５，６はＡ／Ｄ変換器、７は切り替え部、８は振幅判定
部、９はジャイロ制御部である。ここで、切り替え部
７，振幅判定部８，ジャイロ制御部９は、マイクロコン
ピュータ４が処理プログラムを用いて実行する機能ブロ
ックである。本発明は、ヨー軸制御の精度要求が、ヨー
軸停止時の微少角速度変化時であることに着目し、微少
角速度時のセンサ信号検出時と、通常動作時とで、セン
サ出力信号を増幅する増幅器の増幅度を変化させ、微少
角速度時には大きな増幅度で動作させ、結果的にＡ／Ｄ
変換器の分解能を高精度化するというものである。
【００１５】この実施の形態は、増幅度Ｋ1 の増幅器
２、および、増幅度がこれよりも小さい増幅度Ｋ2 の増
幅器３を設け、マイクロコンピュータ４によりセンサ出
力信号を監視し、角速度が微少角速度範囲の時は増幅度
Ｋ1 の増幅器２を、角速度がこれより大きい通常動作範
囲の時には増幅度Ｋ2 の増幅器３を選択する例である。
２、および、増幅度がこれよりも小さい増幅度Ｋ2 の増
幅器３を設け、マイクロコンピュータ４によりセンサ出
力信号を監視し、角速度が微少角速度範囲の時は増幅度
Ｋ1 の増幅器２を、角速度がこれより大きい通常動作範
囲の時には増幅度Ｋ2 の増幅器３を選択する例である。
【００１６】ヨー軸角速度検出検出センサ１は、目標値
である角速度ゼロの状態の時には、０Ｖもしくはこの近
傍の電圧を基準レベルとした微少な振動電圧が出力され
る。ヨー軸角速度検出検出センサ１のセンサ出力は、増
幅度Ｋ1 の増幅器２、および、増幅度Ｋ2 の増幅器３に
入力され、各増幅器の出力は、それぞれマイクロコンピ
ュータ４に内蔵されたＡ／Ｄ変換器５，６に入力され
る。Ａ／Ｄ変換器５，６は、入力されたセンサ出力を所
定のサンプリングクロックによりサンプリングするとと
もに標本化を行い、アナログ信号であるセンサ出力信号
を所定ビットで表されるディジタル信号に変換する。
である角速度ゼロの状態の時には、０Ｖもしくはこの近
傍の電圧を基準レベルとした微少な振動電圧が出力され
る。ヨー軸角速度検出検出センサ１のセンサ出力は、増
幅度Ｋ1 の増幅器２、および、増幅度Ｋ2 の増幅器３に
入力され、各増幅器の出力は、それぞれマイクロコンピ
ュータ４に内蔵されたＡ／Ｄ変換器５，６に入力され
る。Ａ／Ｄ変換器５，６は、入力されたセンサ出力を所
定のサンプリングクロックによりサンプリングするとと
もに標本化を行い、アナログ信号であるセンサ出力信号
を所定ビットで表されるディジタル信号に変換する。
【００１７】Ａ／Ｄ変換器５，６の出力は、それぞれ切
り替え部７の２入力となるとともに、Ａ／Ｄ変換器６の
出力は振幅判定部８にも入力される。振幅判定部８は、
Ａ／Ｄ変換器６の出力からセンサ出力の振幅が所定の正
負のスレッシホールドを超えているか否かを判定し、超
えていないときには、切り替え部７に対して、Ａ／Ｄ変
換器５の出力を選択してジャイロ制御部９に出力するよ
うに制御し、超えているときにはＡ／Ｄ変換器６の出力
を選択してジャイロ制御部９に出力するように制御す
る。ジャイロ制御部９は、上述したＰ制御，ＰＩＤ制御
いずれのフィードバック制御をするものでもよい。
り替え部７の２入力となるとともに、Ａ／Ｄ変換器６の
出力は振幅判定部８にも入力される。振幅判定部８は、
Ａ／Ｄ変換器６の出力からセンサ出力の振幅が所定の正
負のスレッシホールドを超えているか否かを判定し、超
えていないときには、切り替え部７に対して、Ａ／Ｄ変
換器５の出力を選択してジャイロ制御部９に出力するよ
うに制御し、超えているときにはＡ／Ｄ変換器６の出力
を選択してジャイロ制御部９に出力するように制御す
る。ジャイロ制御部９は、上述したＰ制御，ＰＩＤ制御
いずれのフィードバック制御をするものでもよい。
【００１８】スレッシホールドは正負に設定するが、そ
の絶対値は、図４（ａ）に示したような無操作状態の時
のセンサ出力信号よりも大きく設定し、図４（ｂ）中の
操作状態の時のような大きなセンサ出力信号よりは小さ
く設定する。正負のスレッシホールドを超えたり超えな
かったりする状態が頻繁に生じる場合には、正負それぞ
れに２つのスレッシホールドを設けて判定に適宜ヒステ
リシスを持たせばよい。
の絶対値は、図４（ａ）に示したような無操作状態の時
のセンサ出力信号よりも大きく設定し、図４（ｂ）中の
操作状態の時のような大きなセンサ出力信号よりは小さ
く設定する。正負のスレッシホールドを超えたり超えな
かったりする状態が頻繁に生じる場合には、正負それぞ
れに２つのスレッシホールドを設けて判定に適宜ヒステ
リシスを持たせばよい。
【００１９】図示の例ではＡ／Ｄ変換器を２つ用いてい
る。実際には、マイクロコンピュータ４は、アナログマ
ルチプレクサを備えているので、増幅度Ｋ1 の増幅器
２，増幅度Ｋ2 の増幅器３の各出力をこのアナログマル
チプレクサに入力し、アナログマルチプレクサの出力を
１つのＡ／Ｄ変換器に入力させて、Ａ／Ｄ変換を時間分
割で多重処理させることができる。上述した構成におい
て、増幅度Ｋ1 を増幅度Ｋ2 の４倍に設定すれば、Ａ／
Ｄ変換器５，６が１０ビット精度であっても、１２ビッ
トの精度で信号検出ができることになる。
る。実際には、マイクロコンピュータ４は、アナログマ
ルチプレクサを備えているので、増幅度Ｋ1 の増幅器
２，増幅度Ｋ2 の増幅器３の各出力をこのアナログマル
チプレクサに入力し、アナログマルチプレクサの出力を
１つのＡ／Ｄ変換器に入力させて、Ａ／Ｄ変換を時間分
割で多重処理させることができる。上述した構成におい
て、増幅度Ｋ1 を増幅度Ｋ2 の４倍に設定すれば、Ａ／
Ｄ変換器５，６が１０ビット精度であっても、１２ビッ
トの精度で信号検出ができることになる。
【００２０】図２は、本発明のディジタル式フィードバ
ック制御装置の第２の実施の形態を説明するためのブロ
ック構成図である。図中、図１と同様な部分には同じ符
号を付して説明を省略する。１１は増幅度Ｋ3 の可変利
得増幅器である。この実施の形態は、１個の増幅度Ｋ3
の可変利得増幅器１１を設けたもので、マイクロコンピ
ュータ４によりセンサ出力信号を監視し、微少角速度範
囲の時は、増幅度Ｋ3 の可変利得増幅器１１の増幅度Ｋ
3 を大きくし、角速度がこれより大きい通常動作範囲の
時には、増幅度Ｋ3 を小さくするものである。
ック制御装置の第２の実施の形態を説明するためのブロ
ック構成図である。図中、図１と同様な部分には同じ符
号を付して説明を省略する。１１は増幅度Ｋ3 の可変利
得増幅器である。この実施の形態は、１個の増幅度Ｋ3
の可変利得増幅器１１を設けたもので、マイクロコンピ
ュータ４によりセンサ出力信号を監視し、微少角速度範
囲の時は、増幅度Ｋ3 の可変利得増幅器１１の増幅度Ｋ
3 を大きくし、角速度がこれより大きい通常動作範囲の
時には、増幅度Ｋ3 を小さくするものである。
【００２１】ヨー軸角速度検出検出センサ１のセンサ出
力は、増幅度Ｋ3 の可変利得増幅器１１に入力されて増
幅され、マイクロコンピュータ４に内蔵されたＡ／Ｄ変
換器５に入力される。Ａ／Ｄ変換器５の出力はジャイロ
制御部９の入力となるとともに、振幅判定部８にも入力
される。振幅判定部８は、Ａ／Ｄ変換器５の出力からセ
ンサ出力の振幅が所定の正負のスレッシホールドを超え
ているか否かを判定し、超えていないときには、増幅度
Ｋ3 を大きくし、超えているときには増幅度Ｋ3 を小さ
くするように可変利得増幅器１１の増幅度Ｋ3 を２段階
に制御する。
力は、増幅度Ｋ3 の可変利得増幅器１１に入力されて増
幅され、マイクロコンピュータ４に内蔵されたＡ／Ｄ変
換器５に入力される。Ａ／Ｄ変換器５の出力はジャイロ
制御部９の入力となるとともに、振幅判定部８にも入力
される。振幅判定部８は、Ａ／Ｄ変換器５の出力からセ
ンサ出力の振幅が所定の正負のスレッシホールドを超え
ているか否かを判定し、超えていないときには、増幅度
Ｋ3 を大きくし、超えているときには増幅度Ｋ3 を小さ
くするように可変利得増幅器１１の増幅度Ｋ3 を２段階
に制御する。
【００２２】このとき、振幅判定部８は、増幅度Ｋ3 の
影響を受けてセンサ出力信号の振幅判定を受けることに
なる。そのため、現在の増幅度Ｋ3 に応じて、Ａ／Ｄ変
換器５の出力に対する正負のスレッシホールドを変更す
る。あるいは、増幅度Ｋ3 の可変利得増幅器１１の増幅
度Ｋ3 を、Ａ／Ｄ変換器５の出力をジャイロ制御部９に
出力するタイミングと、振幅判定部８に出力するタイミ
ングとを交互にするなどして異ならせるようにし、振幅
判定部８に出力するタイミングにおいては、増幅度Ｋ3
の可変利得増幅器１１の増幅度Ｋ3 を一定にするように
してもよい。ジャイロ装置の制御周期が比較的長いの
で、Ａ／Ｄ変換器５に要求されるサンプルタイミングも
比較的周期が長く、このように振幅判定専用のサンプル
タイミングを割り込ませてもジャイロ装置のフィードバ
ック制御動作に問題はない。
影響を受けてセンサ出力信号の振幅判定を受けることに
なる。そのため、現在の増幅度Ｋ3 に応じて、Ａ／Ｄ変
換器５の出力に対する正負のスレッシホールドを変更す
る。あるいは、増幅度Ｋ3 の可変利得増幅器１１の増幅
度Ｋ3 を、Ａ／Ｄ変換器５の出力をジャイロ制御部９に
出力するタイミングと、振幅判定部８に出力するタイミ
ングとを交互にするなどして異ならせるようにし、振幅
判定部８に出力するタイミングにおいては、増幅度Ｋ3
の可変利得増幅器１１の増幅度Ｋ3 を一定にするように
してもよい。ジャイロ装置の制御周期が比較的長いの
で、Ａ／Ｄ変換器５に要求されるサンプルタイミングも
比較的周期が長く、このように振幅判定専用のサンプル
タイミングを割り込ませてもジャイロ装置のフィードバ
ック制御動作に問題はない。
【００２３】上述したいずれの実施の形態においても、
角速度が微少角速度範囲の時に分解能が高くなることの
代償として、角速度が大きいときには、逆に分解能が低
くなる。しかし、ヨー軸の角速度が大きいときは、操縦
操作あるいは風の影響で機首の方向が回転運動している
ときであり、このようなときは、センサ出力信号に高い
分解能は要求されない。また、上述した増幅度の切り替
わりも、ヨー軸の角速度が大きいときであるので、同様
な理由でフィードバック制御への影響はほとんどない。
角速度が微少角速度範囲の時に分解能が高くなることの
代償として、角速度が大きいときには、逆に分解能が低
くなる。しかし、ヨー軸の角速度が大きいときは、操縦
操作あるいは風の影響で機首の方向が回転運動している
ときであり、このようなときは、センサ出力信号に高い
分解能は要求されない。また、上述した増幅度の切り替
わりも、ヨー軸の角速度が大きいときであるので、同様
な理由でフィードバック制御への影響はほとんどない。
【００２４】上述した説明では、ディジタル式フィード
バック制御装置を模型ヘリコプタのヨー軸のジャイロ制
御に適用した例を説明したが、模型ヘリコプタの他の２
軸の制御、ロール軸、ピッチ軸のジャイロ制御に用いて
ヘリコプタの姿勢制御を行なうのに用いてもよい。模型
飛行機の同様な姿勢制御の場合に用いてもよい。空撮
用，農薬散布等の遠隔制御ヘリコプタや遠隔制御飛行機
の姿勢制御、模型ボートや模型自動車のフィードバック
制御のほか、一般のフィードバック制御に用いることも
できる。
バック制御装置を模型ヘリコプタのヨー軸のジャイロ制
御に適用した例を説明したが、模型ヘリコプタの他の２
軸の制御、ロール軸、ピッチ軸のジャイロ制御に用いて
ヘリコプタの姿勢制御を行なうのに用いてもよい。模型
飛行機の同様な姿勢制御の場合に用いてもよい。空撮
用，農薬散布等の遠隔制御ヘリコプタや遠隔制御飛行機
の姿勢制御、模型ボートや模型自動車のフィードバック
制御のほか、一般のフィードバック制御に用いることも
できる。
【００２５】
【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、低分解能のＡ／Ｄ変換器を使用しても、微
少なアナログ入力信号に対して高分解能のＡ／Ｄ変換が
できるという効果がある。したがって、無線操縦される
ヘリコプタや飛行機等のジャイロ装置に用いれば、姿勢
制御の精度を向上させることができる。また、マイクロ
コンピュータ内蔵のＡ／Ｄ変換器を使用することができ
るようになり、装置のローコスト化、小型化が図れるこ
とになる。
明によれば、低分解能のＡ／Ｄ変換器を使用しても、微
少なアナログ入力信号に対して高分解能のＡ／Ｄ変換が
できるという効果がある。したがって、無線操縦される
ヘリコプタや飛行機等のジャイロ装置に用いれば、姿勢
制御の精度を向上させることができる。また、マイクロ
コンピュータ内蔵のＡ／Ｄ変換器を使用することができ
るようになり、装置のローコスト化、小型化が図れるこ
とになる。
【図１】本発明のディジタル式フィードバック制御装置
の第１の実施の形態を説明するためのブロック構成図で
ある。
の第１の実施の形態を説明するためのブロック構成図で
ある。
【図２】本発明のディジタル式フィードバック制御装置
の第２の実施の形態を説明するためのブロック構成図で
ある。
の第２の実施の形態を説明するためのブロック構成図で
ある。
【図３】模型用ジャイロ装置のブロック線図である。
【図４】ヨー軸角速度検出センサのセンサ信号出力を示
す波形図である。
す波形図である。
１ ヨー軸角速度検出検出センサ、２ 増幅度Ｋ1 の増
幅器、３ 増幅度Ｋ2 の増幅器、４ マイクロコンピュ
ータ、５，６ Ａ／Ｄ変換器、７ 切り替え部、８ 振
幅判定部、９ ジャイロ制御部、１１ 増幅度Ｋ3 の可
変利得増幅器
幅器、３ 増幅度Ｋ2 の増幅器、４ マイクロコンピュ
ータ、５，６ Ａ／Ｄ変換器、７ 切り替え部、８ 振
幅判定部、９ ジャイロ制御部、１１ 増幅度Ｋ3 の可
変利得増幅器
Claims (2)
- 【請求項１】 センサの出力をＡ／Ｄ変換して制御入力
とし、制御量を被制御装置に出力するディジタル式フィ
ードバック制御装置において、 増幅手段、Ａ／Ｄ変換手段、振幅判定手段、および、増
幅度制御手段を有し、 前記増幅手段は、前記センサの出力を増幅して前記Ａ／
Ｄ変換手段に出力するものであり、 前記振幅判定手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力に基づ
いて前記センサの出力の振幅を判定するものであり、 前記増幅度制御手段は、前記振幅判定手段の判定出力に
基づいて前記増幅手段の増幅度を切り替えることによ
り、前記センサの出力の振幅が小さいときに前記増幅度
を大きくするものであり、 前記センサの出力の振幅が小さいときに前記Ａ／Ｄ変換
手段の分解能を実質的に大きくするようにしたことを特
徴とするディジタル式フィードバック制御装置。 - 【請求項２】 前記センサは圧電振動方式角速度検出セ
ンサであり、前記Ａ／Ｄ変換手段はマイクロコンピュー
タに内蔵されたものであり、前記振幅判定手段および前
記増幅度制御手段は、前記マイクロコンピュータにより
実行される機能であることを特徴とする請求項１に記載
のディジタル式フィードバック制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8112398A JPH11282502A (ja) | 1998-03-27 | 1998-03-27 | ディジタル式フィードバック制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8112398A JPH11282502A (ja) | 1998-03-27 | 1998-03-27 | ディジタル式フィードバック制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11282502A true JPH11282502A (ja) | 1999-10-15 |
Family
ID=13737623
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8112398A Pending JPH11282502A (ja) | 1998-03-27 | 1998-03-27 | ディジタル式フィードバック制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11282502A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008051955A (ja) * | 2006-08-23 | 2008-03-06 | Nikon Corp | カメラ |
| CN102799186A (zh) * | 2011-05-28 | 2012-11-28 | 双叶电子工业株式会社 | 远程控制设备的驱动控制器 |
| US8593130B2 (en) | 2009-09-11 | 2013-11-26 | Seiko Epson Corporation | Detector, physical quantity measuring device, and electronic apparatus |
| US8613222B2 (en) | 2009-09-11 | 2013-12-24 | Seiko Epson Corporation | Detector, physical quantity measuring device, and electronic apparatus |
-
1998
- 1998-03-27 JP JP8112398A patent/JPH11282502A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008051955A (ja) * | 2006-08-23 | 2008-03-06 | Nikon Corp | カメラ |
| US8593130B2 (en) | 2009-09-11 | 2013-11-26 | Seiko Epson Corporation | Detector, physical quantity measuring device, and electronic apparatus |
| US8613222B2 (en) | 2009-09-11 | 2013-12-24 | Seiko Epson Corporation | Detector, physical quantity measuring device, and electronic apparatus |
| CN102799186A (zh) * | 2011-05-28 | 2012-11-28 | 双叶电子工业株式会社 | 远程控制设备的驱动控制器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020326 |