機体構造の不確かさを有するクアッドロータの出力フィードバックに基づく制御

摘要

クアッドロータは構造が簡素で優れた飛行特性を持ち，ロータの回転数の操作のみで姿勢変化ができるという特徴がある[1,2].将来的には，人の立ち入りが困難な場所での情報収集や，農作物の管理や荷物の輸送などの分野での活躍が期待されており[3],クアッドロータが安定かつ高精度な自動飛行を行う制御手法が求められている.バックステッピング法は非線形性なシステムの制御に有効な手法である[4].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になり，実際に機体を制御するのが難しくなるという問題があった.一方，概強正実(Almost Strictly Positive Real：ASPR)性に基づいた出力フィードバック制御系は構造が簡単であり外乱や不確かさに対してロバストであるという特徴を持つ[5].しかしクアッドロータモデルはASPRでないため，そのままでは出力フィードバックによる手法を用いることができない.そこで，制御対象に並列フィードフォワード補償器(Parallel Feedforward Compensator：PFC)を付加した拡張系を考え，PFCを付加してASPRとなった拡張系に対して出力フィードバックとバックステッピング法を用いることにより，ステップ数を減少させた出力フィードバック制御系を構成する手法が提案されている[6,7]，しかし，従来の手法では機体構造の不確かさを考慮しないクアッドロータモデルに対して，制御入力が構成されていた.実際の機体では必ず何らかの不確かさが存在することから実際にはそれらを考慮した制御系設計が望まれる.本報告では，機体構造の不確かさを考慮したクアッドロータモデルに対して，ASPR性に基づく出力フィードバック制御と1ステップのバックステッピング法を組み合わせた軌道追従制御系の設計法を提案する.