適応出力フィードバックに基づくクアッドロータの位置とヨー角制御

摘要

無人航空機(UAV:Unmanned Aerial Vehicle) は, 人が実際に搭乗して操縦するのではなく, 自動運転や遠隔操作によって目的地まで移動することのできる機体である. 農薬散布や環境モニタリングなど限られた範囲で利用されることが多かったが, 災害現場での被害状況の調査や物資の輸送手段など, より広範囲で複雑な仕事をこなすことを目的とする研究が行われている[1],[2]. このUAV の一種にクアッドロータがある. クアッドロータは4 つの回転翼をもち, その回転数を制御することによって, 機体の位置と姿勢を変化させることができる. 固定翼では実現不可能なホバリングや垂直離着陸が可能で, より複雑な飛行を行うことができる[3]. この特性を利用したクアッドロータの運用を考えた場合, 障害物が多数存在する場所では, クアッドロータを安全に操作するために操縦者の技量が求められる. また, データ収集のため対象物と一定の間隔をあけるという制御を行う場合には, 操縦精度が取得できるデータに大きく影響を与えてしまい, 安定した結果が得られないこともある. よって, 安定かつ高精度な自動飛行を行うことが必要となる. このようなことから, HPF(HarmonicPotential Feild) に基づくキノダイナミック動作計画[4] やスライディングモードやバックステッピング法などの非線形系に対するクアッドロータの飛行制御手法[5],[6] が提案されており, 自動飛行性能の高度化が検討されている.バックステッピング法を用いた手法では，特別な非線形補償を行うことなく任意軌道への追従制御が行われるため，非線形性を有するシステムの制御に効果的である．しかし，バックステッピング法ではステップ数が多くなると制御アルゴリズムが複雑なものとなり，実際に機体を制御することが難しくなってしまうという問題があった．この問題に対し, 制御対象の内部に並列フィードフォワード補償器(PFC:Parallel Feedfoward Compensator) を付加し, その拡張系がASPR 条件を満足するようにPFC を構成し, 同時にバックステッピング法におけるステップを1 つ削減する手法[7] が提案されている. しかし, この手法はクアッドローターの位置制御のみを目的とした提案であった. そこで本報告では, クアッドロータが対象物に対して常に一定の方向を向くようにヨー角制御を[7] の手法に追加した, 適応出力フィードバック制御系の設計法を提案する.