XYZ3軸姿勢制御モジュールの運動方程式とマイコン制御［第1回］1次元倒立振子のメカニズム

摘要

本稿では，このモジュールの姿勢の計測と制御のメカニズムを理論的に，かつできるだけかみ砕いて説明します．種と仕掛けはボディに内蔵された3台の回転ホイール（リアクション·ホイール）の制御にあります．本連載は次のように全3回で解説を進める予定です．［第2回］1次元モジュールのモデリングと制御［第3回］3次元モジュールの倒立メカニズムと制御1軸倒立のメカニズムも3軸倒立のメカニズムも，回転ホイールで起き上がる原理と必要なホイール初期角運動量から説明します．次に，慣性センサ（IMU，Inertial Measurement Unit）内部の加速度センサを用いた角度の測り方を説明します．計測値から高精度な値（真値）を求める推定フィルタ（カルマン·フィルタ）にも触れます．次に，倒立制御について解説します．全体系の運動方程式を説明したうえで，運動方程式を線形化し，線形フィードバック制御で安定化させる方法を紹介します．