KR20000005618A

KR20000005618A - 이동체의조종장치

Info

Publication number: KR20000005618A
Application number: KR1019990010244A
Authority: KR
Inventors: 야마모토미치오
Original assignee: 니시무로 아츠시; 후다바 덴시 고교 가부시키가이샤
Priority date: 1998-03-27
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 2000-01-25
Also published as: KR100351378B1; JP3201337B2; DE19914445B4; US6088633A; TW381202B; DE19914445A1; DE19914445B8; JPH11276724A

Abstract

P제어로부터 PID제어로 변환하였을때 오프셋에 의한 운동의 발생을 억제하는 이동체의 조종장치를 제공한다.

요잉축 조작신호(E_p)는 P/PID제어기(6)로부터 출력된 제어신호와 더해 합쳐져서 액츄에이터(9)에 입력되고 요잉축 구동부(10)에 의한 요잉축 제어를 행한다. 요잉축 각속도 검출센서신호(S_a)는 기준신호(r)와 비교되어, P/PID제어기(6)에 더해진다. 기준값 메모리(2)는, P/PID 변환부(3)에 의하여 P제어로부터 PID제어로 변환되었을때의 직전의 요잉축 조작신호(E_p)를 유지하여 PID제어를 행할 때의 기준신호(r_b)로 한다. 이 기준값(r_b)은 각속도 제로검출 기준값(r_z), 요잉축 조작신호(E_p)와 가산되어 P/PID 변환부(4)의 PID측 단자에 출력되고, 요잉축 각속도 센서출력(S_a)와의 오차가 P/PID 제어기(6)로 출력된다.

Description

이동체의 조종장치{MOBILE BODY CONTROLLING GEAR}

본 발명은 이동체의 조종장치에 관한 것이고, 예를들면, 모형 헬리콥터, 모형비행기등에 있어서, 요잉축의 자세제어에 사용할 수 있다.

모형 헬리콥터를 조종하는데 있어서, 요잉축 제어의 안정화에 자이로장치(테일 안정장치)는 불가결한 보조장치로 되어있다. 헬리콥터는 요잉축의 자율 안정성을 갖고 있지 않기 때문에 자이로 장치가 탑재되어 있지않으면 기수가 수평으로 흔들린다.

모형 헬리콥터의 요잉축 조종조작은 조종측의 조작지령에 의하여, 요잉축의 회전운동을 일으켜 목적하는 방향과 각도로 헬리콥터의 기체를 향하게 한다. 자이로는 조종측의 조작지령이 없을때에는 요잉축의 회전을 정지시키는 동작을 함과 동시에 조종측으로부터 조작지령이 있을때에는 신속히 이에 반응하여 요잉축을 회전시키는 소위, 상반된 제어를 행할 필요가 있다. 모형용 자이로의 구성은 모형 헬리콥터에 탑재된 각속도 검출센서의 신호와 각속도의 목표값인 기준신호와의 오차를 검출하고, 헬리콥터의 요잉축의 회전속도를 검출한다. 이 신호는 헬리콥터의 요잉축 제어용 액츄에이터에 전달되어 요잉축의 각속도를 제로로 하도록 피드백 제어가 이루어진다.

종래, 이 피드백 제어방법으로는 간단한 구성의 P(비례) 제어방식이 사용되어 왔다. 이 P제어방식은 제어기의 출력을 목표값에 대한 측정값의 오차에 비례시키는 것이다.

도 2는 종래의 P제어방식에 의한 요잉축의 조종장치의 블록선도이다. 도면중, 21,23,11은 합산점, 22는 P제어기, 9는 액츄에이터, 10은 요잉축 구동부, 12는 기체, 13은 요잉축 각속도 검출센서이다.

요잉축 각속도 검출센서(13)로서는 레이토자이로 또는 압전식 진동자이로(압전 진동방식 각속도 검출센서)등이 사용된다. 이 요잉축 각속도 검출센서(13)가 측정한 각속도 신호는 합산점(21)에 있어서 각속도 제로 기준값과의 차분이 취해져 P제어기(22)에 입력된다. P제어기(22)의 출력은 합산점(23)에 있어서 요잉축 조작신호와 더하여 합해져서 액츄에이터(9)에 입력된다. 액츄에이터(9)의 출력은 요잉축 구동부(10)에 입력되어 여기서 테일로터의 피치각을 변화시켜 요잉축 둘레의 구동력을 변화시킨다.

요잉축 구동부(10)의 출력은 가상적인 합산점(11)에 있어서 메인로터의 반력 혹은 바람 등의 외란과 가산되어 기체(12)에 입력된다. 기체(12)의 요잉축 둘레의 각속도는 요잉축 각속도 검출센서(13)에 의하여 검출되고, 이 검출출력이 앞서 설명한 합산점(21)에 결합된다. 이 도면에서는 생략하고 있지만, 모형용 헬리콥터의 조종자가 기체(12)의 요잉축 둘레의 각도를 육안으로 보면서, 무선조종기의 스틱을 조작하여 원격제어 신호를 기체측에 송신함으로써, 요잉축 조작신호를 가하는 제어 루프가 있다.

이 P제어방식의 자이로 장치의 경우, 요잉축 제어조작은 요잉축 각속도 검출센서(13)의 센서출력신호를 각속도 보정신호로서 이용하여, 이 각속도 보정신호 또는 극성이 반대로 되는 요잉축 조작신호를 조종측에서 P제어기(22)의 출력측에 부여하고, 2차에 의하여 요잉축의 회전운동을 일으키고 있다. 요잉축 각속도 검출센서(13)의 측에서 볼때, 요잉축 조작신호는 외란과 동일한 것이고, P제어기(22)의 입력인 각속도의 오프셋에 비례한 회전운동이 발생하게 된다. 그 결과, 횡풍등의 외란을 받으면 요잉축이 이동하는 결점이 있고, 정확한 호버링이 어렵다.

근년에, 상술한 P제어방식의 결점인 오프셋을 상쇄할 수 있는 PID제어방식의모형용 자이로 장치가 제품화되어 있다. 이 PID제어방식은, 조절기 출력을 오차에 비례한 것으로 하는 비례동작에 더하여, 오차가 있는한 이를 적분한 값을 출력하는 적분동작 및 오차의 변화에 비례한 값을 미분 동작을 행하는 것이다. 이 미분동작은 단독으로는 사용하지 않고 비례동작, 적분동작을 개선하는 목적으로 사용된다. 이 때문에 본 명세서에서는 PD 제어방식과 PID 제어방식을 동일한 것으로서 설명한다.

도 3은, PID 제어방식에 의한 요잉축의 조종장치의 블록선도이다. 도면중, 도 2와 동일한 부분에는 같은 부호를 붙여 설명을 생략한다. 31은 합산점, 32는 PID 제어기이다.

요잉축 각속도 검출센서(13)의 출력신호는 합산점(31)에서 각속도 제로기준값 및 요잉축 조작신호와 가산되고, PID 제어기(32)로 출력된다. PID제어기(32)의 출력은 액츄에이터(9)로 입력된다. 액츄에이터(9)의 출력은 요잉축 구동부(10)에 입력되고, 여기서 테일로터의 피치각을 변화시켜 요잉축 둘레의 구동력을 변화시킨다. 요잉축 구동부(10)의 출력은 가상적인 합산점(11)에 있어서 외란과 가산되어 기체(12)로 입력된다. 기체(12)의 요잉축 둘레의 각속도는 요잉축 각속도 검출센서(13)에 의하여 검출되어 이 검출출력이 앞에서 설명한 합산점(21)에 결합된다.

PID 제어방식에서는 조종측의 요잉축 조작신호는 자이로측의 목표값인 각속도 제로 기준값을 오프셋시키도록 동작한다. 즉, 이 조작신호는 외란이 아니고, 요잉축 각속도의 지령신호로 된다. 이와같이 P제어와 PID제어에서는 조종축의 조작신호에 대하여 자이로측의 동작이 다르다. 이 PID제어에서는 I제어에 의하여 외란을 보정할수 있기때문에 외란에 대하여 매우 안정한 시스템을 구축할수 있다. 그러나 그 반면, I제어에 의하여 과도응답이 열화하고, 급격히 변화하는 요잉축 조작신호를 부여한 경우, 요잉축의 운동정지까지의 시간이, P제어에 비하여 시간이 걸린다라는 결점을 갖고 있다. 따라서, 제어기로서 P제어, PID제어를 변환될 수 있는 것을 채용하고, 헬리콥터의 비행패턴에 의하여, 적당히 P제어와 PID제어를 구별하여 행동하는 것이 고려된다.

P제어방식에서는 헬리콥터의 비행개시때 요잉축을 정지시키기 위한 초기설정으로서 트림조작을 행할 필요가 있다. 이 트림조작은 조종하는 조작내용이다. 각각의 트림레버를 이동시켜, 조작신호에 조종측으로부터의 트림 보정신호를 가함으로써, 조종기의 조작스틱의 뉴트럴위치에서 안정한 균형상태로 되도록 하는 조작이다. 이 트림보정신호는, P제어시의 조작신호의 균형기준값(뉴트럴값)으로 된다. 도 2에 있어서는 균형에 응한 기준값이 도 2의 합산점(21)에 인가된다.

한편, 도 3에 도시한 PID제어의 경우, I제어에 의하여 트림조작은 자이로측에소 보정하기 때문에 불필요하다. 그러나, P제어로부터 PID제어로 변환하였을때에 P제어에 있어서 가산한 이 균형 기준값은 PID제어측에서 보면 각속도 지령신호로 되기 때문에 요잉축 운동이 발생하는 결점이 있다.

이를 해결하는 방법으로서는 P제어용과 PID제어용에 따로 트림보정신호를 갖는 조종장치를 사용하면 된다. 그러나, 조종장치가 복잡하게 되고, 비용상승의 요인으로도 된다.

본 발명은, 상술한 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, P제어로부터 PID제어로 변환하였을때의 오프셋에 의한 운동의 발생을 억제하는 이동체의 조종장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

청구항 1에 기재의 발명에 있어서는 제어기를 P제어 또는 PID제어로 변환하여 이동체를 조종하는 이동체의 조종장치로서, 상기 P제어시에 있어서 조종측의 조작신호의 균형 기준값을 유지하는 기억수단을 갖고, 상기 제어기는 상기 P제어로부터 상기 PID제어로 변환되었을때에는 상기 기억수단에 유지된 상기 균형기준값을 상기 제어기에 입력되는 오차 신호로부터 끌어내 상기 피조종장치를 PID제어함으로서, 상기 P제어시에 있어서 상기 조작신호의 균형기준값에 의한 오프셋을 상쇄하는 것이다.

따라서, 급격한 변화에 대한 신속한 응답이 요구되는 경우에 P제어를 행하고, 외란에 대한 안정성이 요구되는 경우에 PID제어를 행한다라는 식으로 상황에 따라 제어방식을 변화시킬 수 있다. 그 경우, P제어로부터 PID제어로 변환되었을때 P제어시의 조작출력신호의 균형 기준값에 의하여 발생하는 오차를 상쇄하고, 오프셋에 의한 운동의 발생을 억제할 수가 있다.

청구항 2 기재의 발명에 있어서는 제어기를 P제어 또는 PID제어로 변환하여 이동체를 조종하는 이동체의 조종장치로서, 상기 P제어시에 있어서 조종측의 상기 조작신호의 균형기준값을 유지하는 기억수단을 갖고, 상기 제어기는 상기 P제어시에 있어서는 목표값과 측정값 신호와의 오차를 입력하여 상기 이동체를 P제어하고,상기 PID제어시에 있어서는, 상기 목표값 및 상기 조종신호와 상기 측정값신호와의 오차를 입력하여 상기 이동체를 PID제어함과 동시에, 상기 P제어로부터 상기 PID제어로 변환되었을때에는 상기 기억수단에 유지된 상기 균형기준값을 상기 제어기에 입력되는 상기 오차로부터 감산하여 PID제어하는 것이고, 상기 제어기의 출력신호와 상기 조작신호와 상기 피조종장치로 출력함으로써, 상기 제어기가 상기 P제어상태에 있어서 상기 조작신호의 균형기준값에 의한 오프셋을 상쇄하는 것이다.

따라서, 급격한 변화에 대한 신속한 응답이 요구되는 경우에 P제어를 행하고, 외란에 대한 안정성이 요구되는 경우에 PID제어를 행한다라는 식으로 상황에 따라 제어방식을 변화시킬 수 있다. 그 경우, P제어로부터 PID제어로 변환되었을때 P제어시의 조작출력신호의 균형 기준값에 의하여 발생하는 오차를 간단한 구성으로 용이하게 상쇄하고, 오프셋에 의한 운동의 발생을 억제할 수 있다.

청구항 3 기재의 발명에 있어서는, 청구항 1 또는 2 기재의 이동체의 조종장치에 있어서, 상기 이동체는 모형 헬리콥터이고, 상기 측정값신호는 요잉축의 각속도 검출신호이고, 상기 제어기는 상기 요잉축의 각속도를 피드백 제어하는 것이고, 따라서, 헬리콥터의 비행상황에 응하여 제어방식을 변환함으로써, 요잉축 제어계의 응답성 및 외란에 대한 안정성을 향상시킴과 동시에 P제어방식에서 PID제어방식의 변환시에 요잉축 운동의 발생을 억제할 수가 있다.

도 1은 본 발명의 실시의 일형태를 설명하기 위한 요잉축의 조종장치의 블록선도,

도 2는 종래의 P제어 방식에 의한 요잉축의 조종장치의 블록선도,

도 3은 PID 제어방식에 의한 요잉축의 조종장치의 블록선도.

"도면의 주요부분에 대한 부호의 설명"

2:기준값 메모리 3,4,7:P/PID 변환부

6:P/PID제어기 9:액츄에이터

10:요잉축 구동부 12:기체

13:요잉축 각속도 검출센서 22:P제어기

32:PID제어기

도 1은 본발명의 실시의 일형태를 설명하기 위한 요잉축의 조종장치의 블록선도이다. 도면중 도 2와 동일한 부분에는 같은 부호를 붙여 설명을 생략한다. 1,5,8은 합산점, 2는 기준값 메모리, 3,4,7은 P/PID 변환부, 6은 P/PID 제어기이다.

E_p는 조종장치로부터의 요잉축 조작신호이고, P/PID제어기(6)로부터 출력된 제어신호와 합산점 8에서 더하여지고, 액츄에이터(9)에 입력되어 요잉축 구동부(10)에 의하여 요잉축 제어를 행한다. 모형 헬리콥터에 탑재된 요잉축 각속도 검출센터신호(S_a)는, 합산점(5)에 있어서, 후술하는 기준신호(r)와 비교되어 그의 오차신호가 P/PID제어기(6)에 더해지고, 제어신호의 생성이 행해진다. P/PID변환부(3, 4, 7)는 P/PID제어를 변환하는 것이고, 통상 조종측의 제어신호에 의하여 조작된다.

우선, P/PID 변환부(7)에 의하여, P/PID제어기(6)가 P제어상태로 되어있을때를 설명한다. P/PID변환부(3)에 의하여 기준값메모리(2)는 요잉축 조작신호(E_p)를 기록하여 유지하고 있지만, P/PID 변환부(4)에 의하여, 합산점(5)에는 출력되지 않는다. P/PID변환부(4)에 의하여, 각속도 제로기준값(r_z)이 합산점(5)에 출력되어 기준신호(r)로 되어있다. 따라서 도 2에 도시한 P제어계의 블록선도에 일치한다.

다음에, P/PID변환부(7)에 의하여, P/PID제어기(6)가 PID제어상태로 되어있을 때 대하여 설명한다. 기준값 메모리(2)는 PID제어시의 기준값(r_b)을 기억하는 장치로 P/PID변환부(3)에 의하여 P제어로부터 PID제어로 변환되었을때의 변환직전에 기록되어 있던 요잉축 조작신호(E_p)를 유지하여 PID제어를 행할때의 기준신호(r_b)로하는 것이다. PID제어시의 기준값(r_b)은, 합산점(1)에서 각속도 제로 검출기준값(r_z), 요잉축 조작신호(E_p)와 가산되어 P/PID변환부(4)의 PID측 단자로 출력된다. 따라서, PID제어상태에서 기준신호(r)는, r = r_z+ E_p- r_b로 된다. 더욱더, 기준신호(r)는 P/PID변환부(4)에 의하여 합산점(5)에 출력되고, 요잉축 각속도 검출센서(S_a)와의 오차가 P/PID 제어기(6)에 입력된다.

실제 사용예는 P제어로 최초로 비행을 하고, 조종측으로부터 트림조작에 의하여 E_p를 변화시켜 요잉축이 정지된 뉴트럴 상태로 한다. 이 상태에서 P제어의 트림조작을 완료한다. P제어에 의하여 헬리콥터를 조종한후, 뉴트럴 상태에 있어서, PID측으로 조작을 변환하면, P제어로 뉴트럴일때의 요잉축 조작신호(E_p')가 기준값 메모리(2)로 유지된다. 기준신호(r)는, r = r_z+ E_p- r_b= r_z+ (E_p-E_p')로 되고, P/PID제어기(6)가 PID제어상태로 변환될 때 P제어시의 스위치 변환에 의하여 트립의 오프셋(E_p')값을 상쇄할 수 있다. 이와같이 P제어로부터 PID제어로 변환시점에서 요잉축 조작신호(E_p)를 E_p'로서 기준값 메모리(2)로 기억하여 유지하고, PID제어측의 각속도 지령신호를 정규화하여 트림어긋남을 회피할 수 있다.

PID제어시에 있어서도 요잉축 조작신호(E_p)를 P/PID제어기(6)의 출력과 함께 액츄에이터(9)에 입력하고, 피드백과 동시에 피드 포워드 제어도 행하고, 응답성을 좋게 하지만, 이 피드 포워드 제어를 생략하여도 좋다.

더욱이, PID제어로부터 P제어를 변환할때에는 PID제어에 의하여 오프셋은 자동적으로 제로로 되기 때문에 P제어시로 변환되었을때에는 문제가 발생하지 않는다.

상술한 설명에서는 무선 조종되는 모형 헬리콥터의 요잉축의 조종장치에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 모형 헬리콥터의 다른 2축의 조종, 롤축, 피치축의 조종에도 적용할 수 있다. 또 모형 비행기의 요잉축, 혹은 다른 축의 조종, 공중촬영, 농약산포 등의 원격제어 헬리콥터나 원격제어 비행기의 요잉축, 혹은 다른축의 조종, 모형보트나 모형자동차의 조종의 일반적인 이동체의 조종에도 적용할 수 있다.

상술한 설명에서 명백한 바와같이 본 발명에 의하면 P제어로부터 PID제어로 변환할 때 P제어상태에 있어서 균형기준값이 PID제어시 오프셋되지 않도록 상쇄할 수 있는 효과가 있다. 예를들면 무선조종되는 헬리콥터나 비행기의 요잉축 제어에 사용하면, 비행패턴에 적응한 자세제어를 행할 수 있는 효과가 있다.

Claims

제어기를 P제어 또는 PID제어로 변환하여 이동체를 조종하는 이동체의 조종장치로서, 상기 P제어시에 있어서 조종측의 조작신호의 균형 기준값을 유지하는 기억수단을 갖고, 상기 제어기는 상기 P제어로부터 상기 PID제어로 변환되었을때에는 상기 기억수단에 유지된 상기 균형기준값을 상기 제어기에 입력되는 오차 신호로부터 끌어내 상기 피조종장치를 PID제어함으로써, 상기 P제어시에 있어서 상기 조작신호의 균형기준값에 의한 오프셋을 상쇄하는 것을 특징으로 하는 이동체의 조종장치.
제어기를 P제어 또는 PID제어로 변환하여 이동체를 조종하는 이동체의 조종장치로서, 상기 P제어시에 있어서 조종측의 상기 조작신호의 균형기준값을 유지하는 기억수단을 갖고, 상기 제어기는 상기 P제어시에 있어서는, 목표값과 측정값 신호와의 오차를 입력하여 상기 이동체를 P제어하고, 상기 PID제어시에 있어서는, 상기 목표값 및 상기 조종신호와 상기 측정값신호와의 오차를 입력하여 상기 이동체를 PID제어함과 동시에, 상기 P제어로부터 상기 PID제어로 변환되었을때에는 상기 기억수단에 유지된 상기 균형기준값을 상기 제어기에 입력되는 상기 오차로부터 감산하여 PID제어하는 것이고, 상기 제어기의 출력신호와 상기 조작신호와 상기 이동체에 출력함으로써, 상기 제어기가 상기 P제어상태에 있어서 상기 조작신호의 균형기준값에 의한 오프셋을 상쇄하는 것을 특징으로 하는 이동체의 조종장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 이동체는 모형 헬리콥터이고, 상기 측정값신호는 요잉축의 각속도 검출신호이고, 상기 제어기는 상기 요잉축의 각속도를 피드백 제어하는 것을 특징으로 하는 이동체의 조종장치.