JPH02106492A

JPH02106492A - 制御推力配分装置

Info

Publication number: JPH02106492A
Application number: JP63258785A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Yamamoto; 郁夫山本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1988-10-14
Filing date: 1988-10-14
Publication date: 1990-04-18
Anticipated expiration: 2013-05-13
Also published as: JP2749833B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は航走体（飛行体、水中航走体、船舶等）の制御
推力配分装置に関する。

〔従来の技術〕

航走体には、運動制御用の推力発生器（スラスタ、舵、
プロ（う等）が設けられ、推力発生器駆動手段により推
力発生器を駆動してその推力にょ９航走体の運動をコン
トロールしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来の航走体の運動コントロ
ール装置においては、航走体を設定位置に定点保持ある
いは設定航路に航路保持するために必要なトータル推力
（Ｆｏｒｃｅコマンド）とトータルモーメン）　（Ｍｏ
ｍｅｎｔコマンド）のコマンド信号を受けて、推力発生
器の駆動手段に対して、燃料消費が最小となるように最
適な推力配分を行うための制御推力配分装置は未だ存在
せず、その実現が長い間待ち望まれていた。

本発明は、上記問題を解決し優れた定点保持制御、航路
保持制御を可能にした航走体の制御推力配分装置を提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明にかかる制御推力配分装置は複数の運動制御用推
力発生器を有する航走体において、航走体の位置、角度
、速度情報を検出する検出器１と。

航走体の設定位置、設定角度、設定速度情報を出力する
設定器２と、検出器１と設定器２の情報を比較し航走体
を設定位置あるいは設定航路に保持するために必要なト
ータル推力とトータルモーメントのコマンド信号を出力
する制御コマンド演算器３と、制御コマンド演算器３か
らのコマンド信号を入力し最小燃料消費で前記トータル
推力とトータルモーメントを確保するように複数個の推
力発生器のそれぞれの駆動手段に推力配分信号を出力す
る制御推力最適配分器４と、前記制御推力最適配分器４
からの出力信号を入力し推力発生器を駆動する駆動手段
５と、推力発生器６を具備することを特徴とする。

じ作用〕本発明の航走体の制御推力配分装置によれば、制御コマ
ンド演算器３によシ航走体を設定位置に定点保持あるい
は設定航路に航路保持するために必要なトータル推力（
Ｆｏｒｃｏコマンド）とトータルモーメント（Ｍｏｍ＠
ｎｔコマンド）のコマンド信号を発生させ、制御推力最
適配分器４により、最小燃料消費で前記トータル推力と
トータルモーメントを確保するように複数の推力発生器
のそれぞれの駆動手段に推力配分信号を出力するため、
航走体の定点保持制御あるいは航路保持制御が可能にな
る。

〔実施例〕

本発明の実施例を第１図〜第４図に示す。

第１図は本発明に係る航走体の制御推力配分装置のシス
テム図を示す。第１図において検出器１によシ航走体の
位置、角度、速度情報を検出し、設定器２により設定位
置、設定角度、設定速度情報を出力する。検出器１、設
定器２からの信号は制御コマンド演算器３に送られる。

制御コマンド演算器３は航走体７を設定位置に定点保持
あるいは設定航路に航路保持するために必要なトータル
推力（Ｆｏｒｃｏコマンド）トド−タルモーメント（Ｍ
ｏｍｅｎｔコマンド）のコマンド信号を出力する。

上記制御コマンド演算器３からのコマンド信号を受けて
制御推力最適配分器４は最小燃料消費で前記トータル推
力及びトータルモーメントを確保するように複数個の推
力発生器のそれぞれの駆動手段に推力配分信号を出力す
る。そして推力発生器駆動手段５により推力発生器６を
駆動し航走体７の運動制御を行なう。

その制御推力最適配分器４の配分アルゴリズムは次の通
シである。

航走体７の運動は３次元空間運動となシ、Ｘ軸。

ｙ軸、２軸まわシの６つの自由度をもつ。よって推力発
生器６の推力は次の６つの等式条件を満たさなければな
らない。

力の等式条件： ΣＦｘｉ　−Ｆｘｃ　＝０−　（２，１）ｌ＝１ ΣＦ□−ＦＹｅ＝０１＝１８２２％　”−ＦＺｅ　＝　Ｏ１；１・・・（２，２）・・・（２，３）モーメントの等式条件：ここでｎ：推力発生器の個数ｌ：１番目の推力発生器ＦＸｅ”ＹｅＴＦＺｅ’推カ発生器に要求されるとｘ。

ｙ、ｚ軸方向のトータル推力。

Ｍｃ、Ｎｏ、Ｒｃ：推力発生器に要求されるヨーイング
（ｚ＠まわり）、ピッチング（ｙ軸まわシ）、ローリング（Ｘ軸まゎシ）のトータルモーメント。

ＣＬｚｌ　＋４１　ｒ１□）：航走体重心Ｇから推カ発
生器１までの距離。

（Ｆｘｉ＊Ｆｙｌ＋Ｆｚｌ）　：推力発生器ｌの！　＋
　’Ｉ　ｒ　Ｌ軸方向の推力成分。

但し、Ｆ工ｉ　、Ｆ７１　、Ｆｘｉにはそれぞれ次の許
容範囲が指定される。

０≦ＩＦ　　１＝２〜ｎ　　　　　　　　　　　・・・
（２，７）０≦ＩＦ　　ｌ≦−１・・・（２，８）ＩＯ≦ＩＦ　　ｌ≦Ｆｒｎ、　　　　　　　　　　　・・
・（２，９）また、Ｆ、、十ＦＹ、十Ｆ、、≦Ｆｒｎ１
　　　　　　　　　・・−（２，１０）Ｆｍｉ：推力発
生ｉの最大容量上記許容範囲内で６つの等式条件を満足する推力成分（
Ｆ　　、Ｆｘｓ　　　ｙｉ＋　Ｆｚｌ　）　（１＝１〜ｎ）は多数
存在する。したがってひとつの評価基準を設けて、その
基準に従って各推力発生器の推力成分を決定する必要が
ある。

本アルゴリズムでは、その評価基準として、「推力発生
器の燃料消費を最小とする」ように各推力発生器の推力
成分の決定を行う。そして評価関数としては次の（２，
１１）式を用いる。

Ｆ、：推力発生器ｌの推力Ｆｍｉ　’推力発生器１の最大容量ここでＦ、　±Ｆｘ、十Ｆ、、＋Ｆ、、　　　　　　　　　　
　、・（２，１２）上記Ｊを最小化する問題を解くこと
Ｋより、燃料消費を最小とする推力成分（Ｆｘｔ”ｙｔ
＋ＦＢ）　（１＝１＝ｎ）の決定が行われる。方法はラ
グランジェ未定乗数法に拠る。

上記の最適化問題を解くために（２，７）〜（２，９）
式の不等式条件を次の等式条件に置き換える。

ＦＸＩ　”　ｘｘｉ　”　Ｆｍｌ　　　　　　　　　　
　−（２，１３）Ｆ　ｙ　１　＋ｘ　ｙ　Ｉ　：＝＝　
Ｆ、ｔ　　　　　　　　　　　　　＝・（２，１４）Ｆ
Ｚｔ”２ｔ＝’ｍｉ　　　　　　　　　　　　　−（２
，１５）（２，１３）〜（２，１５）式によりＦｘｉ　　＝　Ｆｍｉ　　−”ｘｌ　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・＝（２，１
６）Ｆｙ１７　Ｆｍｔ　−”ｙｌ　　　　　　　　　　
　−・−（２，１７）ＦＺｋ　−Ｆｍｌ　−ｘｚｌ　　
　　　　　　　　　・・・（２，１８）（２，１６）〜
（２，１８）式を評価関数（２，１１）式に代入すると
、Ｊは次のようＫなる。

Ｊ′を最小とするための必要条件は・・・（２，１９）また、ｈｉ（１＝１〜６）を次のように定義する。

ｈ１＝Σ（Ｆｍ、　−Ｘｘ、）−Ｆｘｃ・（２，２０）
ｌ＝１ｈ２＝Σ”ｒｔｌｉ−”Ｙｉ）　−ＦＹｃ　　　　　　
・・・（２，２１）１＝１ｈ３＝Σ（Ｆｍｌ−ｘｚｉ）−Ｆｚｃ　　　　　　　＝
（２，２２）ｉ＝１（２，２６）式より、次に、新たにラグランジェ乗法λ、（１＝１〜６）を導
入し、評価関数を次のように設定して、新たな評価関数
Ｊ′をＸｘｉ（１”１　＋　２　＋”・ｎ　）　＋　ｘ
ｙｔ（１＝１　＋２　＋”’ｎ　）　ｓ　Ｘｚｌ　（ｚ
はｉ　１２　＋・・・ｎ）について最適化する。

Ｊ’＝　Ｊ十石、λ１ｈｉ　　　　　　　　　　　　　
　　・・・（２，２６）（２，１３）〜（２，１５）式
と（２，３０）〜（２，３２）式よシ、スラスタｌのＸ
、７．Ｚ軸方向推力成分ＦＸ、　ＩＦ、、　、Ｆ□が得
られる。

ＦｘＩ＝（−λ、＋λ４ｔＹｉ−λ５ｔＺｌ）Ｆｍｌｐ
Ｙ、＝（−λ２−λ４ｔＸｉ＋λ６ｔｚｌ”ｍ１Ｆｚ、
＝（−λ３＋λ５ｔｘｔ−λ６ｔＹｉ）Ｆｍｌ・・・（
２，３３）・・・（２，３４）・・・（２，３５）ラグランジェ乗数λ、（１＝１〜６）は（２，３３）〜
（２，３５）式、（２，３）〜（２，８）式より得られ
る次の連立方程式を解いて求められる。

＼・・・（２，３６）・・・（２，３７）・・・（２，３８）・・・（２，３９）・・・（２，４０）評価関数を最小とする推力発生器ｌのＸ、ｙ。

２軸方向推力酸分Ｆｘ、、ＦＴ、、Ｆ２．は（２，４２
）　〜（２，４５）式、（２，３３）〜（２，３５）式
により得られる。すなわち、要求される”＋’ｌｒＺ軸
方向のトータル推力（Ｆｏｒｃｅコマンド）と要求され
るヨーイング、ピッチング、ローリングのトータルモー
メントＭｃ、Ｎｃ、Ｒｃ（Ｍｏｍｅｎｔコマンド）よ、
り　（２，４２）〜（２，４５）式のマトリックスを解
いてラグランジェ乗数λ１（ｉ＝１〜６）を決定し、（
２，３３）〜（２，３５）式よシ推力発生器ｌの推力成
分を求める。

第２図は以上の推力配分決定法をまとめたものである。

上記制御推力配分装置４から出力された信号は推力発生
器駆動手段５に送られ、推力発生器６を駆動させて、最
小燃料で定点保持、定航路保持を行う。

第３図は本発明の制御推力配分器を適用して航走体７の
定点保持を行ったー実施声である。航走体７の絶対位置
座標（ｘ、ｙ、ｚ）および角度（ヨー角ψ、ピッチ角θ
、ロール角φ）を検出器１によシ検出し、また設定器２
により航走体７の位置、角度設定（ｘｐ、ｙｐ、ｚ、、
ψ２．θ１．φ、）を行う。検出器１、設定器２からの
信号は制御コマンド演算器３に送られる。次に制御コマ
ンド演算器３での制御コマンド（ＦＸｃ、ＦＹｅ、Ｆ’
２．Ｍｃ、ＮＩ！ＩＲｃ）の生成法の一実施例を説明す
る。制御コマンド演算器３内の加減算器３ａによシ設定
値と検出値との偏差信号を演算する。

ｅ　　：　　ｒ　　−Ｘ・・・　　（１）偏差信号ｅｌｃ対する一実施例として次式により制御コ
マンドＵをつくる。

ｕ　＝　ＬＰｅ　＋　Ｌ、Ｊ’　ｅｄｔ　　＝−（２）
この制御−コマントｕＫ対し前記のアルゴリズムを適用
して制御推力の最適配分を行う。制御推力最適配分器４
によシ得られた各推力発生器についての推力配分信号は
、それぞれ各推力発生器６の駆動手段へ送られ、推力発
生器６を駆動させて制御を行う。

第４図は初期にＣＸ　、Ｙ　、Ｚ　）＝（０，０，０）
の位置に静止した航走体２が定常外乱を受けた場合に本
発明の制御推力配分器４を使用して定点保持を行った結
果である。この場合は設定値はＸ、＝０　、　Ｙ　＝Ｏ
、Ｚｐ＝０　、　ｃｐｐ＝−１５°ｌθ日−１５゜φ＝
ｏ’とした。

〔発明の効果〕

本発明は前記のように構成されているので、本発明装置
により航走体の定１点保持、航路保持を行う場合に１燃
料消費が最小になるという条件下で複数の推力発生器の
推力配分を行うことができるので、優れた定点保持、航
路保持機能を有することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る制御推力配分装置のシステム図、
第２図は本発明装置の推力配分決定法をまとめた図、第
３図は本発明装置を適用した１実施例を示す図、第４図
は静止した航走体が、定常外乱をうけた場合に本発明装
置を適用した結果を示す図である。１・・・検出器、２・・・設定器、３・・・制御コマン
ド演算器、４・・・制御推力最適配分器、５・・−推力
発生器駆動手段、６・・・推力発生器、７・・・航走体
。

Claims

【特許請求の範囲】

複数の運動制御用推力発生器を有する航走体において、
航走体の位置、角度速度情報を検出する検出器（１）と
航走体の設定位置、設定角度、設定速度情報を出力する
設定器（２）と、検出器（１）と設定器（２）の情報を
比較し航走体を設定位置あるいは設定航路に保持するた
めに必要なトータル推力とトータルモーメントのコマン
ド信号を出力する制御コマンド演算器（３）と、制御コ
マンド演算器（３）からのコマンド信号を入力し最小燃
料消費で前記トータル推力とトータルモーメントを確保
するように複数個の推力発生器のそれぞれの駆動手段に
推力配分信号を出力する制御推力最適配分器（４）と、
前記制御推力最適配分器（４）からの出力信号を入力し
推力発生器を駆動する駆動手段（５）と、推力発生器（
６）を具備することを特徴とする制御推力配分装置。