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(Harmonic Potential 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.