JPH0281794A - Stabilizer device for navigating vehicle - Google Patents
Stabilizer device for navigating vehicleInfo
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- JPH0281794A JPH0281794A JP23325888A JP23325888A JPH0281794A JP H0281794 A JPH0281794 A JP H0281794A JP 23325888 A JP23325888 A JP 23325888A JP 23325888 A JP23325888 A JP 23325888A JP H0281794 A JPH0281794 A JP H0281794A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、無人ヘリコプタ等の航行体を熟練を要するこ
となく安全に操縦する為の安定化装置、特に航行体の姿
勢(ロール及びピッチ角)及び方位を安定化させると共
に、風等の外乱に対しても航行体を安全且つ安定に飛行
させ得る航行体の安定化装置に関する。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a stabilizing device for safely operating a navigation vehicle such as an unmanned helicopter without requiring any skill, and in particular a stabilization device for controlling the attitude (roll and pitch angle) of the vehicle. ) and its heading, and also relates to a stabilizing device for a navigation vehicle that allows the navigation vehicle to fly safely and stably even against disturbances such as wind.
航行体、例えば無人ヘリコプタ(以下無人ヘリと略称す
る)の操縦装置の従来例を、そのシステムブロック図で
ある第8図を参照して説明する。A conventional example of a control device for a navigation vehicle, for example, an unmanned helicopter (hereinafter abbreviated as unmanned helicopter) will be described with reference to FIG. 8, which is a system block diagram thereof.
地上にいるオペレータ(100)が、無人ヘリ用の無線
操縦用送信器(101)の方位,ロール/ピッチ。An operator (100) on the ground determines the direction, roll/pitch of the radio control transmitter (101) for the unmanned helicopter.
高度等のハンドル、或いはスティックを操作すると、こ
の送信器(101)は、これ等の命令を電波(高周波信
号)に変調して送信する。すると、この電波を無人ヘリ
の機体(ボディ) (105)に取付けた受信機(10
2)が受信し、これを復調し、その出力をミキシングア
ンプ(200)を介してサーボアクチュエータ(103
)に送る。サーボアクチュエータ(103)は、その入
力信号に対応して、ピッチコントロール機構、ロールコ
ントロール機構(サイクリックピッチのコントロール)
、方位コントロール機構(テイルロータのピッチコント
ロール)及び高度コントロール機構(メインロータのピ
ッチコントロール(コレクティブピッチコントロール)
)より成るヘリコプタ操縦用コントロール機構(104
)を制御し、機体(105)の姿勢、速度、高度等をコ
ントローする。When the altitude handle or stick is operated, the transmitter (101) modulates these commands into radio waves (high frequency signals) and transmits them. Then, this radio wave is transmitted to a receiver (10) attached to the body (105) of the unmanned helicopter.
2) receives it, demodulates it, and sends its output to the servo actuator (103) via the mixing amplifier (200).
). The servo actuator (103) has a pitch control mechanism and a roll control mechanism (cyclic pitch control) in response to the input signal.
, azimuth control mechanism (tail rotor pitch control) and altitude control mechanism (main rotor pitch control (collective pitch control)
) consisting of a helicopter operation control mechanism (104
) to control the attitude, speed, altitude, etc. of the aircraft (105).
尚、ミキシングアンプ(200)には、機体(105)
の方位軸まわりの方位角速度信号が方位軸角速度センサ
(106)より供給されている。この方位角速度信号は
、ミキシングアンプ(200)を介して、方位コントロ
ール機構に供給され、機体(105)の方位軸まわりの
運動を安定化する。In addition, the mixing amplifier (200) is equipped with the aircraft (105).
An azimuth angular velocity signal around the azimuth axis is supplied from an azimuth axis angular velocity sensor (106). This azimuth angular velocity signal is supplied to the azimuth control mechanism via the mixing amplifier (200) to stabilize the movement of the aircraft (105) around the azimuth axis.
(発明が解決しようとする課題)
しかしながら、このような従来の無人ヘリの操継装置に
あっては、無人ヘリ自体が安定性に欠けているため、横
風等の影響を受けやすく、無人ヘリを安全且つ安定に飛
行させるには、かなりの熟練を要すること、無人ヘリを
薬剤散布、空中撮影等に用いようとすると、無人ヘリを
オペレータから離れた場所まで飛行させる必要があるが
、この場合、無人ヘリの姿勢変化、高度変化、速度変化
等をオペレータが目視で捕えることが不能となり、その
姿勢等の安定化が事実上出来ず、無人ヘリを遠距離飛行
、或はオペレータが視認できない場所で飛行させること
が不可能となる等の欠点があった。(Problems to be Solved by the Invention) However, with such conventional unmanned helicopter control devices, the unmanned helicopter itself lacks stability and is easily affected by crosswinds, etc. It takes a great deal of skill to fly safely and stably, and if an unmanned helicopter is to be used for things like spraying chemicals or taking aerial photographs, it is necessary to fly the unmanned helicopter to a location far away from the operator. It becomes impossible for the operator to visually detect changes in the attitude, altitude, speed, etc. of the unmanned helicopter, making it virtually impossible to stabilize the attitude, etc. There were drawbacks such as the impossibility of flight.
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたもので、その
目的は、上記従来の課題を一掃した新規な航行体の安定
化装置を提供せんとするものである。The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and its purpose is to provide a novel stabilizing device for a navigation vehicle that eliminates the above-mentioned conventional problems.
本発明によれば、角速度センサ及びミキシングアンプよ
り成る無人航行体の安定化装置に於て、航行体の主要3
軸方向に入力軸を一致させた3個の加速度計(304)
、 (305) 、 (306)と、3個の角速度セ
ンサ(301) 、 (302) 、 (303)と、
これ等の出力が入力される演算部(309)とを設ける
と共に、上記演算部の出力のうち姿勢角信号を入力とす
る航行体の機体座標成分演算部(359)に於て、加速
度計の出力信号から上記航行体の姿勢による重力加速度
成分を補正して出力すると共に、この出力を上記ミキシ
ングアンプ(200)へ入力するように成した航行体の
安定化装置が得られる。According to the present invention, in the stabilization device for an unmanned vehicle, which includes an angular velocity sensor and a mixing amplifier,
Three accelerometers (304) with input axes aligned in the axial direction
, (305), (306), and three angular velocity sensors (301), (302), (303),
A calculation unit (309) to which these outputs are input is provided, and a body coordinate component calculation unit (359) of the navigation vehicle which inputs the attitude angle signal among the outputs of the calculation unit. A stabilizing device for a navigation object is obtained, which corrects and outputs the gravitational acceleration component due to the attitude of the navigation object from the output signal, and inputs this output to the mixing amplifier (200).
上述した構成の本発明によれば、航行体の主要3軸に関
する方位、姿勢角、角速度信号及び加速度信号を方位姿
勢検出装置(201)で検出し、この検出結果をミキシ
ングアンプ(200)へ供給し、そこで航行体の運動特
性に対応した信号処理を行い、その結果の出力で、ヘリ
コプタ操縦用コントロール機構(104)を介して航行
体の主要3軸に関する姿勢及び加速度制御を行う。According to the present invention configured as described above, the azimuth, attitude angle, angular velocity signal, and acceleration signal regarding the three main axes of the navigation object are detected by the azimuth/attitude detection device (201), and the detection results are supplied to the mixing amplifier (200). Then, signal processing corresponding to the motion characteristics of the vehicle is performed, and the resulting output is used to control the attitude and acceleration of the vehicle in the three main axes via the helicopter operation control mechanism (104).
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described based on the drawings.
第1図は、本発明による航行体、例えば無人ヘリの操縦
システムの一実施例を示すブロック図である。尚、第1
図に於て、第8図と同一符号は、互に同一部分を示すも
のとする。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a control system for a navigation object, such as an unmanned helicopter, according to the present invention. Furthermore, the first
In the figure, the same reference numerals as in FIG. 8 indicate the same parts.
第1図に示す本発明の例と第8図に示した従来の操縦シ
ステムとの主たる相異点は、本発明に於ては、無人ヘリ
の機体(105)に固設したミキシングアンプ(200
)に、ストラップダウン型の方位姿勢検出装置(201
)を接続し、この方位姿勢検出装置(201)からの、
姿勢角信号(ロール角、ピッチ角)信号、方位角信号、
角速度信号(3軸)、加速度信号(3軸方向)を、上記
ミキシングアンプ(200)に入力することに在る。無
人ヘリの機体(105)には、その主要3軸方向の速度
を検出する速度計(202)及び高度を検出する高度計
(203)が取付けられ、この速度計(202)からの
機体(105)の速度信号(前後・横及び上下の速度信
号)が方位姿勢検出装置(201)に供給され、高度計
(203)よりの高度信号は、ミキシングアンプ(20
0)に入力される。第1図の例に於て、その他は、第8
図の従来例と同様である。The main difference between the example of the present invention shown in FIG. 1 and the conventional control system shown in FIG.
), a strap-down type orientation/attitude detection device (201
) from this orientation/attitude detection device (201).
Attitude angle signal (roll angle, pitch angle) signal, azimuth angle signal,
The purpose is to input angular velocity signals (three axes) and acceleration signals (three axes) to the mixing amplifier (200). The fuselage (105) of the unmanned helicopter is equipped with a speedometer (202) that detects the speed in its three main axis directions and an altimeter (203) that detects the altitude. The velocity signals (front/rear, lateral, and vertical velocity signals) are supplied to the azimuth/attitude detection device (201), and the altitude signal from the altimeter (203) is supplied to the mixing amplifier (20
0). In the example of Figure 1, the rest is
This is the same as the conventional example shown in the figure.
第2図は第1図に示した本発明によるミキシングアンプ
(200)の詳細なブロック図である。同図に示す如(
、ミキシングアンプ(200)は、ロールミキシングア
ンプ(200−1)、ピッチミキシングアンプ(200
−2) 、方位ミキシングアンプ(200−3)及び高
度ミキシングアンプ(200−4)から構成される。FIG. 2 is a detailed block diagram of the mixing amplifier (200) according to the present invention shown in FIG. As shown in the figure (
, mixing amplifier (200), roll mixing amplifier (200-1), pitch mixing amplifier (200
-2) consists of an azimuth mixing amplifier (200-3) and an altitude mixing amplifier (200-4).
ロールミキシングアンプ(200−1)は、送信機(1
01)からの横方向速度命令信号のほか、方位姿勢検出
装置(201)からのロール角速度信号、ロール姿勢角
信号、横方向加速度信号および横方向速度信号をそれぞ
れ受け、機体(105)の運動特性に対応した信号処理
を施した後、これ等信号を機体(105)の前後方向軸
(X軸)線のまわりにトルク或いはY軸方向の力を発生
するサイクリックピッチ機構のロール用サーボに入力す
る。The roll mixing amplifier (200-1) is connected to the transmitter (1
In addition to the lateral velocity command signal from 01), the roll angular velocity signal, roll attitude angle signal, lateral acceleration signal, and lateral velocity signal are received from the azimuth and attitude detection device (201), and the motion characteristics of the aircraft (105) are received. After performing signal processing corresponding to the above, these signals are input to the roll servo of the cyclic pitch mechanism that generates torque or force in the Y-axis direction around the longitudinal axis (X-axis) of the aircraft (105). do.
ピッチミキシングアンプ(200−2)は、送信機(1
01)からの前後方向速度命令信号のほか、方位姿勢検
出装置(201)からのピッチ角速度信号、ピッチ姿勢
角信号、前後方向加速度信号及び前後方向速度信号を受
け、その出力をサイクリックピッチ機構のピッチ用サー
ボに送り、機体(105)のY軸まわりの角運動を安定
化すると共に、機体(105)の前後方向の速度を命令
速度信号と一致させるように制御する。The pitch mixing amplifier (200-2) is connected to the transmitter (1
In addition to the longitudinal direction velocity command signal from the azimuth and attitude detection device (201), the pitch angular velocity signal, pitch attitude angle signal, longitudinal direction acceleration signal, and longitudinal direction velocity signal are received from the azimuth and attitude detection device (201), and the output thereof is sent to the cyclic pitch mechanism. The signal is sent to the pitch servo to stabilize the angular movement of the aircraft (105) around the Y axis, and control the longitudinal speed of the aircraft (105) to match the command speed signal.
方位ミキシングアンプ(200−3)は、送信機(10
1)からの方位命令信号のほか、方位姿勢検出装置(2
01)からの方位角速度信号及び方位角信号を受け、そ
の出力をテイルロータのピッチ用サーボに送り、機体(
105)の方位を制御する。The azimuth mixing amplifier (200-3) is connected to the transmitter (10
In addition to the direction command signal from 1), the direction and attitude detection device (2
01), the output is sent to the pitch servo of the tail rotor, and the output is sent to the pitch servo of the tail rotor.
105).
高度ミキシングアンプ(200−4)は、送信機(10
1)からの高度命令信号のほか、方位姿勢検出袋!(2
01)からの上下方向加速度信号、上下方向速度信号及
び高度計(203)からの高度信号を受け、その出力を
メインロータのピッチをコントロールするコレクティブ
ピッチ用サーボに入力し、機体(105)の高度を保持
、或いは機体(105)を高度命令に追従させる。The advanced mixing amplifier (200-4) is connected to the transmitter (10
In addition to the altitude command signal from 1), the direction and attitude detection bag! (2
01), the vertical velocity signal, and the altitude signal from the altimeter (203), the output is input to the collective pitch servo that controls the pitch of the main rotor, and the altitude of the aircraft (105) is determined. Hold or make the aircraft (105) follow the altitude command.
第3図は第1図に示すストラップダウン型の方位姿勢検
出装置(201)の1例の全体構成を示すブロック図で
ある。同図の例では、例えば振動ジャイロ等の非回転型
のジャイロより成るXジャイロ(301) 、 Yジャ
イロ(302)、Zジャイロ(303)と、X加速度計
(304) 、 Y加速度計(305)、X加速度計(
306)と、磁気方位センサー(307)とを、無人ヘ
リの機体(第1図参照)の主要直交3軸、即ちX、 Y
。FIG. 3 is a block diagram showing the overall configuration of an example of the strap-down type orientation/posture detection device (201) shown in FIG. 1. In the example shown in the figure, there are an X gyro (301), a Y gyro (302), a Z gyro (303), which are non-rotating gyros such as a vibration gyro, an X accelerometer (304), and a Y accelerometer (305). , X accelerometer (
306) and a magnetic orientation sensor (307) in the three main orthogonal axes of the unmanned helicopter (see Figure 1), namely X and Y.
.
Z軸に、それぞれの入力軸が一致するように取付ける(
第3図の矢印参照)。これ等よりの出力信号を、信号変
換部(308)を介して演算部(309)に入力する。Install each input shaft so that it matches the Z-axis (
(See arrow in Figure 3). Output signals from these are input to the calculation section (309) via the signal conversion section (308).
演算部(309)において、座標変換マトリクス(CT
M)の演算、ジャイロドリフト修正演算、加速度修正演
算等を実施した後、航行体の制御、運航に必要なロール
角、ピッチ角、方位角。In the calculation unit (309), a coordinate transformation matrix (CT
After performing the calculations of M), gyro drift correction calculations, acceleration correction calculations, etc., the roll angle, pitch angle, and azimuth angle necessary for the control and operation of the navigation object are determined.
x、y、z軸まわり角速度、X、Y、Z (軸方向)加
速度、x、y、z (軸方向)速度等の信号を、信号出
力部(310)を介して送出する。Signals such as angular velocities around the x, y, and z axes, X, Y, and Z (axial) accelerations, and x, y, and z (axial) velocities are sent out via the signal output section (310).
第4図は第3図の演算部(309)の−例の構成を示す
ブロック図である。第3図に示す信号変換部(30B)
からのX、Y及びZジャイロ(301) 、 (302
) 。FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of an example of the arithmetic unit (309) in FIG. 3. Signal converter (30B) shown in Figure 3
X, Y and Z gyros from (301), (302
).
(303)よりのジャイロ信号(XG)、 (Y(1,
)及び(ZC)を、夫々バイアス修正器(350) 、
(351) 、 (352)を介してXレート(ロー
ル角速度信号)、Yレート(ピッチ角速度信号)、Zレ
ート(方位角速度信号)として、第3図に示す信号出力
部(310)に供給すると共に、CTM (座標変換マ
トリクス)演算部(353)に入力し、CTMを演算す
る。Gyro signal (XG) from (303), (Y(1,
) and (ZC), respectively, a bias corrector (350),
(351) and (352) as X rate (roll angular velocity signal), Y rate (pitch angular velocity signal), and Z rate (azimuth angular velocity signal), and are supplied to the signal output section (310) shown in Fig. 3. , CTM (coordinate transformation matrix) is input to the calculation unit (353), and the CTM is calculated.
一方、第3図に示す信号変換部(30B)からのX。On the other hand, X from the signal converter (30B) shown in FIG.
Y及びX加速度計(304) 、 (305)及び(3
06)よりの加速度信号(XA)、(YA)及び(ZA
)は、CTM演算部(353)からのCTM信号(CS
)と共に、地球座標水平成分演算部(354)に入力さ
れ、そこで、東西、南北両方の重力加速度の水平成分(
α)、(β)を算出する。これ等水平成分(α)。Y and X accelerometers (304), (305) and (3
Acceleration signals (XA), (YA) and (ZA) from
) is the CTM signal (CS
) is input to the earth coordinate horizontal component calculation unit (354), where the horizontal components of the gravitational acceleration (
α) and (β) are calculated. This is the horizontal component (α).
(β)は、無人ヘリの機体(105)の速度計(202
)(第1図参照)よりの速度信号(33)と共に、加速
度修正演算部(355)に入力され、そこで、機体の運
動加速度の成分を除いた後、起立トルク演算部(356
)に入力され、起立トルク演算を行った後、CTM演算
部(353)に入力され、水平成分(α)、(β)がゼ
ロとなるようにCTMをトルキングする。(β) is the speedometer (202) of the unmanned helicopter (105).
) (see Figure 1) is input to the acceleration correction calculation section (355), where the component of the motion acceleration of the aircraft is removed, and then the upright torque calculation section (356
), and after performing a standing torque calculation, it is input to a CTM calculation unit (353), where the CTM is torqued so that the horizontal components (α) and (β) become zero.
CTM演算部(353)からの方位角信号(As)と、
信号変換部(308) (第3図参照)からの磁気方位
信号(MAS)とは、方位拘束トルク演算部(357)
に供給され、そこにおいて、比較演算、拘束トルク演算
を行い、その出力トルキング信号(AT)を上記CTM
演算部(353)にフィードバックし、CTMを主とし
て方位軸まわりにトルキングすることにより、CTM方
位を磁気方位に拘束させる。An azimuth signal (As) from the CTM calculation unit (353),
The magnetic azimuth signal (MAS) from the signal converter (308) (see Figure 3) is the magnetic azimuth signal (MAS) from the azimuth constraint torque calculation unit (357).
There, a comparison calculation and a restraining torque calculation are performed, and the output torque signal (AT) is applied to the above CTM.
The CTM orientation is constrained to the magnetic orientation by feeding back to the calculation unit (353) and torqueing the CTM mainly around the orientation axis.
方位拘束トルク演算部(357)及び起立トルク演算部
(356)の出力(AT)及び(ETI)、(ET2)
は、CTM演算部(353)のCTM信号(CS)と共
に、ジャイロバイアス演算部(358)に入力され、そ
こで、X、 Y、 Zジャイロ(301) 、 (
302) 、 (303)の各バイアス修正信号を演算
し、その出力、即ち、バイアス修正信号(BC)を、バ
イアス修正器(350) 。Outputs (AT), (ETI), (ET2) of the azimuth restraint torque calculation unit (357) and the standing torque calculation unit (356)
is input to the gyro bias calculation unit (358) together with the CTM signal (CS) of the CTM calculation unit (353), where the X, Y, Z gyro (301), (
The bias correction signals (302) and (303) are calculated, and the output thereof, that is, the bias correction signal (BC), is sent to a bias correction unit (350).
(351) 、 (352)に送出する。(351), (352).
尚、所望の精度の速度信号(SS)が得られないときに
は、磁気方位信号(MAS)或いは、X。Incidentally, when the speed signal (SS) with the desired accuracy cannot be obtained, the magnetic azimuth signal (MAS) or X.
Y、 Z加速度信号(XA)、(YA)、(ZA)等
から作ったカットオフ信号(CO3)を加速度修正演算
部(355)に供給し、加速度作用時に、起立トルク演
算部(356)への入力をカットオフするようになして
も良い。A cutoff signal (CO3) made from Y, Z acceleration signals (XA), (YA), (ZA), etc. is supplied to the acceleration correction calculation unit (355), and when acceleration is applied, it is sent to the standing torque calculation unit (356). The input may be cut off.
機体の主要3軸方向に入力軸を一致させて取付けた3個
のx、y、zジャイロ(301) 、 (302) 、
(303)の出力信号(XIG)、(YG)、(ZG
) を、バイアス修正器(350) 、 (351)
、 (352)を介して座標変換マトリクス(CTM)
を演算するCTM演算部(353)に入力し、CTMを
演算させる。上記ジャイロの入力軸とその入力軸が平行
となるように機体に取付けた3個ノx、 y、 z
加速度計(304) 、 (305) 、 (306)
の出力と、上記CTM信号(CS)とから水平成分演算
部(354)において、重力加速度の水平成分(α)、
(β)を演算する。CTMが正しければ、水平成分(α
)、(β)はゼロであるが、CTMに誤差があると、水
平成分(α)、(β)は、有限の値となるため、これ等
を起立トルク演算部(356)において、CTMが正し
い値となるようなトルキング信号(ETI)、(ET2
)に変換して、CTM演算部(353)に送り、これを
正しい方向に向くように回転させる。Three x, y, and z gyros (301), (302), installed with input axes aligned with the three main axes of the aircraft.
(303) output signals (XIG), (YG), (ZG
), bias corrector (350), (351)
, (352) via the coordinate transformation matrix (CTM)
is input to the CTM calculation unit (353), which calculates the CTM. The three gyros x, y, and z installed on the aircraft so that the input axis of the above gyro and its input axis are parallel to each other.
Accelerometer (304), (305), (306)
The horizontal component calculation unit (354) calculates the horizontal component (α) of the gravitational acceleration from the output of
(β) is calculated. If CTM is correct, the horizontal component (α
) and (β) are zero, but if there is an error in the CTM, the horizontal components (α) and (β) will have finite values. Torque signal (ETI) that has the correct value, (ET2
) and sends it to the CTM calculation unit (353), which rotates it so that it faces in the correct direction.
一方、CTM演算部(353)よりの方位角信号(AS
)と、磁気方位センサー(307)からの磁気方位信号
(MAS)とを、方位拘束トルク演算部(357)にお
いて、比較演算等を行い、方位軸まわりのトルキング信
号(AT)を作り、これを両者の差がなくなるようにC
TM演算部(353)にフィードバックする。On the other hand, the azimuth signal (AS
) and the magnetic azimuth signal (MAS) from the magnetic azimuth sensor (307), the azimuth constraint torque calculation unit (357) performs comparison calculations, etc. to create a torque signal (AT) around the azimuth axis, which is then C so that there is no difference between the two
Feedback is provided to the TM calculation unit (353).
一方、ジャイロドリフトがあると、起立トルク演算部(
356)及び方位拘束トルク演算部(357)の出力は
ゼロとならず、ジャイロドリフトに対応した有限な値を
もつ。これ等の信号をジャイロバイアス演算部(35B
)にCTM信号(CS)と共に入力し、演算したバイア
ス修正信号(BC)を、各ジャイロ(301) 、 (
302) 、 (303)のバイアス修正器(350)
。On the other hand, if there is gyro drift, the standing torque calculation section (
356) and the azimuth constraint torque calculation unit (357) are not zero, but have finite values corresponding to the gyro drift. These signals are processed by the gyro bias calculation unit (35B
) is input together with the CTM signal (CS) and the calculated bias correction signal (BC) is input to each gyro (301), (
302), bias corrector (350) of (303)
.
(351) 、 (352)に人力し、ジャイロドリフ
トがゼロとなるように修正する。(351) and (352) are manually corrected so that the gyro drift becomes zero.
CTM演算部(353)から、機体のロール角、ピッチ
角、方位角信号及びバイアス修正器(350) 、 (
351) 。From the CTM calculation unit (353), the roll angle, pitch angle, and azimuth angle signals of the aircraft and the bias corrector (350), (
351).
(352)から航行体の角速度、Xレー)t Yシー上
。From (352), the angular velocity of the vehicle, X ray) t Y sea.
Zレートをそれぞれ出力する。Output each Z rate.
機体が旋回、増減速等の加速度運動を行っているときは
、起立トルク演算部(356)への入力をカットオフし
、加速度の影響を削除する。又、速度計(202) (
第1図参照)から速度信号(SS)等が得られるときに
は、これと、CTM信号(CS)とを加速度修正演算部
(355)へ供給し、加速度の影響をとり除く。When the aircraft is performing acceleration motion such as turning, increasing/decelerating, etc., the input to the standing torque calculation section (356) is cut off to eliminate the influence of acceleration. Also, speedometer (202) (
When the speed signal (SS) etc. are obtained from the signal (see FIG. 1), this and the CTM signal (CS) are supplied to the acceleration correction calculation section (355) to remove the influence of acceleration.
第5図は、第4図に示す機体座標成分演算部(359)
の−例のブロック図を示す。同図に示す如く、この機体
座標成分演算部(359)は、重力傾斜成分演算部(3
59−1)と、その補正部(359−2)とより成る。Figure 5 shows the aircraft coordinate component calculation unit (359) shown in Figure 4.
- shows a block diagram of an example. As shown in the figure, this aircraft coordinate component calculation section (359) is a gravity tilt component calculation section (359).
59-1) and its correction section (359-2).
この重力傾斜成分演算部(359−1)は、CTM演算
部(353)で演算されたロール姿勢角信号(θい及び
ピッチ姿勢角信号(θF)を入力とし、機体の傾斜に伴
なうX、Y、Z方向の重力加速度(局の成分を演算する
。ここでX、Y、Z方向の重力加速度(6)の成分は、
それぞれg−sinθp、g−sinθや及びg ’
cosθ、・cosθ8と計算される。This gravity tilt component calculation unit (359-1) inputs the roll attitude angle signal (θ) and pitch attitude angle signal (θF) calculated by the CTM calculation unit (353), and calculates the , Y, Z direction gravitational acceleration (station component is calculated.Here, the X, Y, Z direction gravitational acceleration (6) component is
g-sinθp, g-sinθ and g', respectively
It is calculated as cos θ,·cos θ8.
方、X、Y及びZ加速度計(304) 、 (305)
及び(306)(第3図参照)からの加速度信号(XA
)、 (YA)。Directions, X, Y and Z accelerometers (304), (305)
and the acceleration signal (XA
), (YA).
(ZA)は、それぞれ補正部(359−2)の加算器(
ADI)、(AD2)及び(AD3)へ人力され、そこ
で、重力傾斜成分演算部(359−1)で計算されたX
、Y及びZ方向の重力加速度(8)の対応成分とそれぞ
れ比較演算され、この結果、機体座標成分演算部(35
9)は、機体の傾斜に伴なう重力加速度(樽の成分を補
正した真の前後方向加速度信号(αX)+横方向加速度
信号(αい、 及び上下方向加速度信号(α2)を出力
する。(ZA) is the adder (
ADI), (AD2) and (AD3), and there, the X
, are compared with the corresponding components of the gravitational acceleration (8) in the Y and Z directions, and as a result, the aircraft coordinate component calculation unit (35
9) outputs the gravitational acceleration (true longitudinal acceleration signal (αX) corrected for the barrel component) + lateral acceleration signal (α) and vertical acceleration signal (α2) due to the tilt of the aircraft.
次に、第4図の速度信号演算補正部(360)について
説明する。この対象となる速度信号の発生源である無人
ヘリ、即ち機体(105)に搭載しである速度計(20
2)としては、マイクロウェーブ方式によるドツプラ一
対地速度計或いは対気速度計が挙げられる。Next, the speed signal calculation correction section (360) in FIG. 4 will be explained. The source of the target speed signal is the unmanned helicopter, that is, the speedometer (20
Examples of 2) include a Doppler ground speed meter or air speed meter using a microwave system.
ドツプラ一対地速度計は、反射面(地表面等)の凹凸の
影響を受は易くこの凹凸がその出力信号にノイズとして
現れてくる。即ち、機体(無人ヘリ)が一定速度で飛行
しているにも拘わらず、地表面の凹凸等の影響により、
このドツプラ一対地速度計よりは、速度が変化している
ような信号が出力されてしまう。A Doppler ground speed meter is easily affected by the unevenness of a reflecting surface (such as the ground surface), and these unevenness appear as noise in its output signal. In other words, even though the aircraft (unmanned helicopter) is flying at a constant speed, due to the effects of unevenness on the ground surface, etc.
This Doppler ground speed meter outputs a signal that gives the impression that the speed is changing.
一方、対気速度計は、風速等によって誤差を発生するた
め、精度の高い速度計としては望めない。On the other hand, airspeed meters generate errors due to factors such as wind speed, so they cannot be expected to be highly accurate speedometers.
従って、速度信号演算補正部(360)は、上述したよ
うな各速度計の欠点を補正し、高精度な速度信号を得る
ものである。Therefore, the speed signal calculation correction section (360) corrects the above-mentioned defects of each speedometer and obtains a highly accurate speed signal.
速度信号演算補正部(360)は、第4図に示す如く、
機体座標成分演算部(359)の出力である前後。As shown in FIG. 4, the speed signal calculation correction section (360)
Front and back, which is the output of the aircraft coordinate component calculation unit (359).
横及び上下方向の夫々の加速度信号(αX)、(α7)
及び(α8)と、機体<105)に取付けた速度計(2
02)の出力である前後、横、上下方向の夫々の速度信
号(vllX)、(■1lV)及び(V OZ)とを入
力として、それ等の演算処理を行い、機体(105)の
3軸方向の速度信号Vx、V、、V2を夫 マ出力する
。Acceleration signals in the lateral and vertical directions (αX), (α7)
(α8) and the speedometer (2
The longitudinal, lateral, and vertical velocity signals (vllX), (■1lV), and (VOZ), which are the outputs of The husband outputs velocity signals Vx, V, , V2 in the directions.
速度信号演算補正部(360)は、X、Y及びZ軸の各
方向に就いて儲けられているが、実際は、それ等の構成
は、各X、Y及びZ軸方向に就いて同一であるので、第
6図では、一つの軸、例えばX軸方向に就いての速度信
号演算補正部(360X)のみを示し、これを説明する
。The speed signal calculation correction unit (360) is configured for each of the X, Y, and Z axes, but in reality, its configuration is the same for each of the X, Y, and Z axes. Therefore, in FIG. 6, only the speed signal calculation correction section (360X) for one axis, for example, the X-axis direction, is shown and explained.
第6図に示す速度信号演算補正部(360X)において
、X方向(前後)加速度信号(αいは、加算器(ADI
I)を介して、積分器(360−1)に入力され、積分
演算が行われ、速度信号(VX)に変換される。該速度
信号(Vx)は、速度計(202)の出力である速度信
号(vex)と加算器(AD21)で比較演算され、そ
の出力は、係数器(360−2)を介して上記加算器(
A D 11)へフィードバックされる。In the speed signal calculation correction section (360X) shown in FIG.
I), the signal is input to an integrator (360-1), an integral operation is performed, and the signal is converted into a speed signal (VX). The speed signal (Vx) is compared with the speed signal (vex) which is the output of the speedometer (202) in an adder (AD21), and the output is sent to the adder via a coefficient unit (360-2). (
It is fed back to A D 11).
上述した構成の速度信号演算補正部(360X)の入出
力特性を次式に示す。The input/output characteristics of the speed signal calculation correction section (360X) having the above-described configuration are shown in the following equation.
(])式より明らかなように、速度針(202)からの
速度信号(VDX)には、時定数Tのフィルタが付加さ
れているため、速度信号に含まれる地表面の凹凸等によ
る高周波ノイズ成分は、フィルタの時定数TFを適当な
値に選べば、除去することができる。また、速度信号(
Vll)にフィルタを入れることによって生じる応答の
遅れは、加速度信号(αX)を積分した項で補正を行っ
ているので、除去することができる。また、加速度信号
(αりにα。なる誤差が生じた時の出力速度信号(V)
l)の定常誤差は、T、・α。なる有限値であり、加速
度積分を行ったことにより時間の経過と共に速度誤差が
増大することも無く、長時間にわたって安定した速度信
号を得ることができる。As is clear from the equation ( ), the speed signal (VDX) from the speed hand (202) is filtered with a time constant T, so high-frequency noise due to unevenness of the ground surface, etc. is included in the speed signal. The component can be removed by selecting an appropriate value for the time constant TF of the filter. Also, the speed signal (
The delay in response caused by inserting a filter into Vll) can be removed because it is corrected using a term that integrates the acceleration signal (αX). In addition, the output speed signal (V) when an error occurs in the acceleration signal (α on α)
The steady-state error of l) is T, ·α. This is a finite value, and by performing acceleration integration, the speed error does not increase over time, and a stable speed signal can be obtained over a long period of time.
第7図は速度信号演算補正部(360)の−具体回路例
を示す。FIG. 7 shows a specific circuit example of the speed signal computation and correction section (360).
尚、x、Y及びZ方向共、同じ回路であるので、1つの
軸、例えばX軸方向の回路(360X)のみ示し、他は
省略する。Note that since the circuits are the same in the x, Y, and Z directions, only one axis, for example, the circuit (360X) in the X axis direction is shown, and the others are omitted.
第7図において、加速度信号(α、)は、演算増幅器(
A1)により、抵抗器(R1)とキャパシタ (C1)
とで決まるゲインで積分される。演算増幅器(A2)は
、上記演算増幅器(AI)の出力信号を抵抗器(R2)
及び(R3)で決まるゲインで増幅し、出力速度信号(
V、)を出力する。演算増幅器(A3)は、上記出力速
度信号(Vx)と速度信号(VDX)とを抵抗器(R4
)。In Fig. 7, the acceleration signal (α,) is transmitted through the operational amplifier (
A1), resistor (R1) and capacitor (C1)
It is integrated with a gain determined by . The operational amplifier (A2) connects the output signal of the operational amplifier (AI) to the resistor (R2).
and (R3), and output speed signal (
V, ) is output. The operational amplifier (A3) connects the output speed signal (Vx) and speed signal (VDX) to the resistor (R4).
).
(R5)、(R6)及び(R7)で決まるゲインで比較
演算し、出力信号を出す。この該出力信号は、可変抵抗
器(VRI)で減衰された後、抵抗器(R8)を介して
上記演算増幅器(A1)へフィードバックされる。A comparison operation is performed using the gains determined by (R5), (R6), and (R7), and an output signal is output. This output signal is attenuated by a variable resistor (VRI) and then fed back to the operational amplifier (A1) via a resistor (R8).
この第7図に示す回路構成において、各抵抗器(R1)
〜(R7)及びキャパシタ(C1)の各抵抗値及び容!
(同一符号使用)間に、例えばR1=R8,R1・C1
=1秒、R2=R3,R4=R5=R6=R7の関係が
あり、可変抵抗器(VRI)の減衰率=βと選び、加速
度信号(αい及び速度信号(VDx)に対する出力速度
信号(V X)の応答を求めると、下式を得る。In the circuit configuration shown in FIG. 7, each resistor (R1)
~ (R7) and each resistance value and capacity of capacitor (C1)!
(Use the same code) For example, R1=R8, R1・C1
= 1 second, R2 = R3, R4 = R5 = R6 = R7, and the attenuation rate of the variable resistor (VRI) = β is selected, and the output speed signal ( VX), the following formula is obtained.
ここで、Sはラプラス演算子である。Here, S is a Laplace operator.
(2)式において、 をT、と置くと、前述しβ
た(1)式となり、可変抵抗器(VRI)を調整するこ
とにより、時定数Trを適当に選ぶことができる。In the equation (2), if we set T as the equation (1) described above, the time constant Tr can be appropriately selected by adjusting the variable resistor (VRI).
尚、上述は本発明が適用される航行体として無人ヘリを
例に挙げたが、本発明はその他の航行体、例えば有人、
ヘリコプタ、無人潜水艇、無人標的機。In the above description, an unmanned helicopter was cited as an example of a navigation vehicle to which the present invention is applied, but the present invention also applies to other navigation vehicles, such as manned,
Helicopters, unmanned submarines, unmanned target aircraft.
ミサイル等にも適用し得、同様の作用効果を奏すること
は勿論である。It goes without saying that it can be applied to missiles and the like, and the same effects can be achieved.
上述した構成の本発明によれば、航行体の主要3軸に関
する姿勢制御を行い、航行体に固有の不安定性を除去す
ることができると共に、純粋に航行体の運動による加速
度信号を検出し、風等による外乱によって引き起こされ
た航行体の動きを速やかに制御しているので、オペレー
タが航行体を視認し得ないような場所でも、その姿勢、
方位を熟練なしに安定化できる外、外乱に対する航行体
の応答性を向上させることができる。According to the present invention having the above-described configuration, it is possible to perform attitude control regarding the three main axes of the navigation object and eliminate instability inherent in the navigation object, and to detect acceleration signals purely due to the movement of the navigation object, Since the movement of the vehicle caused by disturbances such as wind is quickly controlled, the attitude and position of the vehicle can be controlled even in places where the operator cannot see the vehicle.
In addition to being able to stabilize the heading without any skill, it is also possible to improve the responsiveness of the navigation vehicle to disturbances.
更に、本発明に於ては、ストラップダウン型の方位姿勢
検出装置を従来の操縦装置に付加するのみであるので、
従来の装置に簡単な変更のみで適用できる。Furthermore, in the present invention, since the strap-down type orientation and attitude detection device is only added to the conventional control device,
It can be applied to conventional equipment with only simple changes.
第1図は本発明の一例のシステムのブロック図、第2図
はそのミキシングアンプの一例の詳細なブロック図、第
3図は第1図の方位姿勢検出装置の一例のブロック図、
第4図はその演算部の一例のブロック図、第5図はその
機体座標成分演算部の一例の詳細なブロック図、第6図
は第4図の速度信号演算補正部の一例の詳細なブロック
図、第7図はその一例の回路図、第8図は従来の無人ヘ
リの操縦装置のブロック図である。
図に於いて、(101)は無線操縦用送信機、(102
)は無線操縦用受信機、(103)はサーボアクチュエ
ータ、(104)はヘリコプタ操縦用コントロール機構
、(105)は航行体の機体、(200)はミキシング
アンプ、(201)はストラップダウン型の方位姿勢検
出装置、(202)は速度計、(203)は高度計を夫
々示す。FIG. 1 is a block diagram of a system according to an example of the present invention, FIG. 2 is a detailed block diagram of an example of its mixing amplifier, and FIG. 3 is a block diagram of an example of the orientation and orientation detection device of FIG. 1.
Fig. 4 is a block diagram of an example of the calculation section, Fig. 5 is a detailed block diagram of an example of the aircraft coordinate component calculation section, and Fig. 6 is a detailed block diagram of an example of the speed signal calculation correction section of Fig. 4. 7 is a circuit diagram of an example thereof, and FIG. 8 is a block diagram of a conventional unmanned helicopter control device. In the figure, (101) is a radio control transmitter, (102)
) is a radio control receiver, (103) is a servo actuator, (104) is a control mechanism for helicopter operation, (105) is a navigation vehicle body, (200) is a mixing amplifier, and (201) is a strap-down type direction. The attitude detection device, (202) shows a speedometer, and (203) shows an altimeter.
Claims (1)
の安定化装置に於て、航行体の主要3軸方向に入力軸を
一致させた3個の加速度計と、3個の角速度センサと、
これ等の出力が入力される演算部とを設けると共に、上
記演算部の出力のうち姿勢角信号を入力とする航行体の
機体座標成分演算部に於て上記加速度計の出力信号から
上記航行体の姿勢による重力加速度成分を補正して出力
すると共に、該出力を上記ミキシングアンプへ入力する
ように成したことを特徴とする航行体の安定化装置。 2、上記航行体の座標成分演算部は重力傾斜成分演算部
と、上記加速度計の出力信号を補正する補正部とより成
ることを特徴とする上記特許請求の範囲第1項記載の航
行体の安定化装置。[Claims] 1. In a navigation vehicle stabilization device consisting of an angular velocity sensor and a mixing amplifier, three accelerometers whose input axes are aligned with the three main axes of the navigation vehicle, and three angular velocity sensors; sensor and
In addition to providing a calculation unit into which these outputs are input, a calculation unit for calculating body coordinates of the navigation object receives the attitude angle signal from among the outputs of the calculation unit, and calculates the output signal of the navigation object from the output signal of the accelerometer. A stabilizing device for a navigation object, characterized in that the gravitational acceleration component due to the attitude of the vehicle is corrected and output, and the output is input to the mixing amplifier. 2. The navigation object according to claim 1, wherein the coordinate component calculation section of the navigation object comprises a gravitational inclination component calculation section and a correction section that corrects the output signal of the accelerometer. Stabilizer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23325888A JPH0281794A (en) | 1988-09-17 | 1988-09-17 | Stabilizer device for navigating vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23325888A JPH0281794A (en) | 1988-09-17 | 1988-09-17 | Stabilizer device for navigating vehicle |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0281794A true JPH0281794A (en) | 1990-03-22 |
Family
ID=16952257
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23325888A Pending JPH0281794A (en) | 1988-09-17 | 1988-09-17 | Stabilizer device for navigating vehicle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0281794A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997008514A1 (en) * | 1995-08-28 | 1997-03-06 | Data Tec Co., Ltd. | Movement detector |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5927199A (en) * | 1982-08-09 | 1984-02-13 | 三菱電機株式会社 | Automatic steering system of missile |
-
1988
- 1988-09-17 JP JP23325888A patent/JPH0281794A/en active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5927199A (en) * | 1982-08-09 | 1984-02-13 | 三菱電機株式会社 | Automatic steering system of missile |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997008514A1 (en) * | 1995-08-28 | 1997-03-06 | Data Tec Co., Ltd. | Movement detector |
| US5828987A (en) * | 1995-08-28 | 1998-10-27 | Data Tec Co., Ltd. | Movement detecting device |
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