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宇宙機の新しい運動学・動力学表現とその姿勢制御への応用

宇宙機の新しい運動学・動力学表現を考案し,姿勢制御問題に資する.
LPVモデリングや線形行列不等式との連携により,パラメータ依存基底変換によるGS制御など,先進的な宇宙機の制御方策を模索する.

永守財団より研究助成を受けました(研究報告書 研究助成2020

 

DGVSCMG

DGVSCMG : Double-Gimbal Variable-Speed Control Moment Gyro

 


冗長なRW/CMGを用いた宇宙機の姿勢制御とパワー最適化・電力貯蔵

冗長なRW/CMGを用いた宇宙機がもつ自由度を活用し,姿勢制御に加え,パワー最適化等の付加機能を実現する.
線形代数学の観点から,これらは核空間として表現でき,仮想空間での最適化問題となる.

 

RW_array

Redundant Reaction Wheel configuration

 


センサベースト制御※

センサ情報を基準とした階層化制御により,環境変動にロバストな振る舞いの生成を目指す.
本研究は,ベルンシュタイン の指摘に着眼し,ロボットにおける受容器(センサ情報),
身体構造(移動機構),そして脳(学習と制御器)の3 つを同時に設計する点が特徴である.
センサ情報を基準として,行動決定機構を階層的に構築する.
このことで,未知環境で自律的に目標達成する行動の実現を目指す.

※本研究の一部は,競輪の補助を受けて実施しました.

 


小惑星探査ローバのための姿勢同定法の構築

探査機「はやぶさ」には超小型ロボットが搭載され,電波を用いた位置同定が小惑星上でも有効であることを示した.
位置が既知であることを踏まえ,小天体上の超小型ロボットの姿勢を同定する手法を構築する.

 

rover

Coordination definition of the system

 


自律型無人ヘリコプタのための制御に関する研究

本研究では不確実環境の情報収集を目的に,自律型無人飛行ロボットの制御機構を構築する.
さらに,ヘリコプタやマルチロータヘリに適用し,構築した制御機構の評価を行う.

 


大型宇宙構造物の線形行列不等式に基づく分散制御系設計

大型宇宙構造物の制振制御問題をローカルフィードバックによる分散制御器の複数組み合わせにより実現する.
特に,線形行列不等式に基づく制御系設計手法の観点から理論を展開し,安定性や制御性能を評価する.

 


宇宙往還機の軌道計算とそれを踏まえた新たな誘導制御方策

宇宙往還機の軌道計算は,空力加熱・荷重・平衡滑空制限など様々な物理制約の下で行われる.
その特徴を踏まえ,近年注目されているLPV制御理論に基づくGS制御を応用して新たな誘導制御方策を模索する.

 


人間-機械協調のためのロボット遠隔操作インターフェースの設計

ロボット操作は人間の指示を正しいとする仮定に基づくが,遠隔操作においては,適切指示を与えられるとは限らない.
人間の指示とロボットの自律機能が協調的に働く仕組みと,遠隔操作インターフェース開発を目指す.

 


自律飛行ロボットの運用に向けた墜落回避

非常時に安全に運用するために,自律飛行ロボットの飛行頑強性を高める必要がある.
万が一,不具合が生じた場合にも二次災害を起こさず落下させる方策を提案する.

 


電気飛行機のGS制御を用いた推力制御

電気飛行機の飛行制御系にGS(ゲインスケジューリング)制御を導入する.指令値と回転数および推力との間に時間遅れを導入し,
拡張型の状態方程式を定式化した上で,制御系設計を行い,数値シミュレーションにて有効性を検証する.

 


航空機の突風軽減を図る予見制御のためのGS制御系の構築

航空機搭載のライダーにより,乱気流や突風を計測し,予見制御により航空機への突風軽減を図る研究が行われている.
この制御系にLPV制御理論を適用し,モデル変動に対して頑健な制御系を構築する.

 


耐故障性を有するQuadrotor Helicopterの駆動則・制御則の提案

Quadrotor Helicopterのrotorが1基故障しても,Yaw軸周りの高速回転を抑制しつつ,目的地に到着あるいは出発地まで帰還できる新たなrotor配置と駆動則を構築し,故障診断・故障修復機能をもつ飛行制御系をLPV制御理論を踏まえて構築する.

 


Quadrotor Helicopterのための擬似鳥瞰画像の作成

本研究は,自律飛行型ロボットの効率的なインターフェース設計を目的とする.対象としてQuadrotor Helicopterを用いる.
全方位型カメラを搭載し,取得画像を鳥瞰画像に変換することで,より簡便な遠隔操縦を実現することを目指す.

 


気圧センサ追加による状態推定精度の高精度化

これまでに,Quadrotor Helicopterに搭載した気圧センサのプロペラの発生する風の影響を解析した.
本研究では,この解析結果を用いて,従来のGPS/INS複合推定に気圧センサを追加した複合推定を実行し,推定精度を向上させる.