(57)【要約】【課題】電動推進垂直離着陸機（ｅＶＴＯＬ）という飛行体において、部品点数を大規模に増加させる事無く、低速である対気速度を高精度で測定することができる飛行体システム、飛行体の制御装置、および飛行体の制御プログラムを提供すること。【解決手段】本発明によれば、飛行体システムであって、飛行体本体と、駆動装置と、回転状態計測部と、対気速度推定部とを備え、前記駆動装置は、前記飛行体本体に設けられた回転翼を、目標とする回転パラメータである第１回転パラメータに基づいて回転させるように構成され、前記回転状態計測部は、前記回転翼の実際の回転パラメータである第２回転パラメータを測定可能に構成され、前記対気速度推定部は、前記第１および第２回転パラメータに基づいて、前記飛行体本体の対気速度を推定可能に構成される、飛行体システムが提供される。【選択図】図１
2020125017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛行体システムであって、
飛行体本体と、駆動装置と、回転状態計測部と、対気速度推定部とを備え、
前記駆動装置は、
前記飛行体本体に設けられた回転翼を、目標とする回転パラメータである第１回転パラメータに基づいて回転させるように構成され、
前記回転状態計測部は、前記回転翼の実際の回転パラメータである第２回転パラメータを測定可能に構成され、
前記対気速度推定部は、前記第１および第２回転パラメータに基づいて、前記飛行体本体の対気速度を推定可能に構成される、
飛行体システム。
【請求項２】
請求項１に記載の飛行体システムにおいて、
駆動信号計測部をさらに備え、
前記駆動信号計測部は、
前記回転翼の動力源に入力される電気信号特性を計測可能に構成され、ここで、電気信号特性とは、
電流、電圧、周波数、パルス数、パルス幅、パルスタイミングのうち少なくとも１つであり、
これらに基づいて前記第１回転パラメータが算出される、
飛行体システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の飛行体システムにおいて、
環境情報取得部をさらに備え、
前記環境情報取得部は、
機体重量、外気温、気圧、加速度、対地速度のうち少なくとも１つである環境情報を計測可能に構成され、
前記対気速度推定部は、前記第１および第２回転パラメータに加えて前記環境情報に基づいて、前記飛行体本体の対気速度を推定可能に構成される、
飛行体システム。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れかの１つに記載の飛行体システムにおいて、
前記対気速度は、
前記第１および第２回転パラメータと、前記環境情報とを変数とする関数を用いた演算、またはテーブルを参照することにより推定される、
飛行体システム。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか１つに記載の飛行体システムにおいて、
前記回転翼と、前記回転状態計測部とを複数有し、
前記複数の回転翼毎に前記第１回転パラメータを設定もしくは算出可能に構成され、
前記複数の回転状態計測部毎に前記第２回転パラメータを測定可能に構成され、
前記対気速度推定部は、複数存在する、対となる前記第１および第２回転パラメータに基づいて、前記飛行体本体の対気速度を推定可能に構成される、
飛行体システム。
【請求項６】
請求項５に記載の飛行体システムにおいて、
前記対気速度推定部は、前記複数の回転翼毎に対気速度を推定し、前記回転翼の対気速度全ての平均値を飛行体としての対気速度と推定可能に構成される、
飛行体システム。
【請求項７】
飛行体の制御装置であって、前記飛行体は、回転翼を有し、前記回転翼の目標とする回転パラメータである第１回転パラメータおよび前記回転翼の実際の前記回転パラメータである第２回転パラメータを経時的に特定可能な飛行体であり、
当該制御装置は、通信部と対気速度推定部と回転翼制御部とを備え、
前記通信部は、
前記第１回転パラメータおよび前記第２回転パラメータを前記飛行体より受信可能に構成され、
前記対気速度推定部は、
前記通信部が受信した、前記第１回転パラメータおよび前記第２回転パラメータに基づいて、前記飛行体本体の対気速度を推定可能に構成され、
前記回転翼制御部は、
前記対気速度に基づいて、前記飛行体に送出する回転翼制御情報を生成可能に構成される、
飛行体の制御装置。
【請求項８】
飛行体の制御プログラムであって、前記飛行体は回転翼を有し、前記回転翼の目標とする回転パラメータである第１回転パラメータおよび前記回転翼の実際の前記回転パラメータである第２回転パラメータを経時的に特定可能な飛行体であり、
当該制御プログラムは、コンピュータに、通信機能と対気速度推定機能と回転翼制御機能とを実現させ、
前記通信機能によれば、前記第１回転パラメータおよび前記第２回転パラメータを前記飛行体より受信させ、
前記対気速度推定機能によれば、前記通信機能によって受信した前記第１回転パラメータおよび前記第２回転パラメータに基づいて、前記飛行体本体の対気速度を推定させ、
前記回転翼制御機能によれば、前記対気速度情報に基づいて、前記回転翼制御情報を生成させる、
制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛行体システム、飛行体の制御装置、および飛行体の制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、複数の回転翼（Ｒｏｔｏｒ）を有するマルチコプター（Ｍｕｌｔｉｃｏｐｔｏｒ）型の無人航空機（Ｕｎｍａｎｎｅｄ  Ａｅｒｉａｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＵＡＶ、ドローン：ｄｒｏｎｅとも称する）の活用が進んでいる。具体的には、測量、監視、映像撮影、橋梁・トンネルなど構造物の検査、災害調査、薬品散布などの農業、輸送、物流等である。マルチコプター型無人航空機（ＵＡＶ）をさらに発展させたものとして、人の移動にも利用可能な個人用航空機（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ａｉｒ  Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＰＡＶ）、特に電動推進垂直離着陸機（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｐｏｗｅｒｅｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  ＴａｋｅＯｆｆ  ａｎｄ  Ｌａｎｄｉｎｇ：ｅＶＴＯＬ）の開発が盛んに行われている。回転翼が４つである場合の有人型の電動推進垂直離着陸機（ｅＶＴＯＬ）例の斜視図を図２に示す。
【０００３】
電動推進垂直離着陸機（ｅＶＴＯＬ）は、空飛ぶ自動車（Ｓｋｙｃａｒ）とも呼ばれるが、あくまで飛行体として空中を移動する航空機であり、周辺の空気風速の流れを含めた対気速度（Ａｉｒｓｐｅｅｄ）により、揚力や抗力が変化する特徴がある。そのため、電動推進垂直離着陸機（ｅＶＴＯＬ）機体を安定に制御し、設定したコースを安全に移動するには、対地速度（Ｇｒｏｕｎｄｓｐｅｅｄ）情報だけでは不十分で対気速度（Ａｉｒｓｐｅｅｄ）情報が必須となる。また、航空交通管制にも対気速度が利用されている。
【０００４】
電動推進垂直離着陸機（ｅＶＴＯＬ）は、ホバリング（Ｈｏｖｅｒｉｎｇ：空中浮揚）すなわち空中での停止や自転車や歩行者程度の低速度、具体的には３０ｋｍ／ｈ以下での移動も可能である。もっぱら離陸速度より高速での空中移動を行なう固定翼航空機とは異なる点に留意されたい。
【０００５】
一般の高速移動航空機では対気速度測定にはピトー管が利用される事が多い。ピトー管とは空気の流れに影響を受けない静圧と、空気の流れの影響を含む全圧（総圧とも称する）の圧力差からベルヌーイ（Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ）の式に基づき対気速度を測定するものである。ここで全圧と静圧の圧力差は対気速度の２乗に比例するため、原理的に低速の対気速度を精度高く測定することが不可能である。
【０００６】
この様な状況の中で、低速移動する航空機向けに、ピトー管以外の対気速度測定方法として、超音波センサーを活用する方法が特許文献１に提案されている。特許文献１では超音波エアセンサーを回転翼機に搭載し、低速度での対気速度測定における高精度化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２６４１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１で利用されている超音波エアセンサーは、航空機本来が有する浮上機能や水平移動機能に直接関与するものでは無く、対気速度測定のためだけに個別搭載されるものである。このような部品点数の増加は航空機に強く求められる低重量化や低コスト化の障害となる。
【０００９】
本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、電動推進垂直離着陸機（ｅＶＴＯＬ）という飛行体において、部品点数を大規模に増加させる事無く、低速である対気速度を高精度で測定することができる飛行体システム、飛行体の制御装置、および飛行体の制御プログラム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】
【００１０】
本発明によれば、飛行体システムであって、飛行体本体と、駆動装置と、回転状態計測部と、対気速度推定部とを備え、前記駆動装置は、前記飛行体本体に設けられた回転翼を、目標とする回転パラメータである第１回転パラメータに基づいて回転させるように構成され、前記回転状態計測部は、前記回転翼の実際の回転パラメータである第２回転パラメータを測定可能に構成され、前記対気速度推定部は、前記第１および第２回転パラメータに基づいて、前記飛行体本体の対気速度を推定可能に構成される、飛行体システムが提供される。
【００１１】
本発明に係る飛行体システムでは、回転翼の回転に対して、動力源である電動モータに入力する情報から規定される、目標とする第１回転パラメータと、実際に風速の影響を受ける環境下で回転軸が回転した状態を測定した第２回転パラメータを活用する。目標値である第１回転パラメータと、実測結果である第２回転パラメータとの間に発生するズレの程度から、対気速度を推定する。本発明によれば、部品点数を大規模に増加させる事無く、電動推進垂直離着陸機（ｅＶＴＯＬ）の低速である対気速度を高精度で測定することが出来るという有利な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る飛行体システムの機能ブロック図。
【図２】電動推進垂直離着陸機（ｅＶＴＯＬ）の一例を示す斜視図。
【図３】風向きによって発生する回転翼のズレ方向を示す原理図。
【図４】対気速度の計測手順を示すフローチャート。
【図５】第２実施形態に係る飛行体システムの機能ブロック図。
【図６】対気速度を設定値に合わせる制御のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。特に、本明細書において「部」とは、例えば、広義の回路によって実施されるハードウェア資源と、これらのハードウェア資源によって具体的に実現されうるソフトウェアの情報処理とを合わせたものも含みうる。また、本実施形態においては様々な情報を取り扱うが、これら情報は、０または１で構成される２進数のビット集合体として信号値の高低によって表されるデジタル信号情報と、電圧・電流が連続的に変化するアナログ信号情報で、広義の回路上で通信・演算が実行されうる。
【００１４】
また、広義の回路とは、デジタル回路（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、アナログ回路（Ａｎａｌｏｇ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、回路類（Ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）、プロセッサ（Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、およびメモリ（Ｍｅｍｏｒｙ）等を少なくとも適当に組み合わせることによって実現される回路である。すなわち、デジタル回路としては、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Ｓｉｍｐｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Ｃｏｍｐｌｅｘ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＰＬＤ）、およびフィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ））等を含むものである。また、アナログ回路としては抵抗、コンデンサ（Ｃａｐａｓｉｔｏｒ）、インダクタ（Ｉｎｄｕｃｔｏｒ）などの受動素子（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）、ダイオード（Ｄｉｏｄｅ）、トランジスタ（Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、サイリスタ（Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）、ゲートターンオフサイリスタ（Ｇａｔｅ  Ｔｕｒｎ−Ｏｆｆ  Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ：ＧＴＯ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＩＧＢＴ）などのディスクリート半導体（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、およびコンパレータ（Ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ）などのアナログ集積回路（Ａｎａｌｏｇ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）等を含むものである。さらに、デジタル回路とアナログ回路の境界部に、Ｄ／Ａコンバータ（Ｄｉｇｉｔａｌ−ｔｏ−Ａｎａｌｏｇ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）もしくはＡ／Ｄコンバータ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を使用する回路構成も可能である。
【００１５】
１．全体構成
第１節では、本発明の実施形態（第１実施形態）に係る飛行体システム１の全体構成について説明する。図１は、本実施形態にかかる飛行体システム１の機能構成概要を示す図である。飛行体システム１は、不図示である飛行体本体と、回転翼２、駆動装置３、環境情報取得部４、制御装置５を備え、回転翼２と駆動装置３の間は機械的に、その他は電気的に接続されたシステムである。図１で示す実施形態では全ての機能構成要素が１つの場合を示しているが、回転翼２など構成要素の数を限定するものでは無い。回転翼２や駆動装置３の数が複数ある場合については後述する。
【００１６】
１．１  回転翼２
図１に示す通り、本実施形態に係る飛行体システム１は回転翼２を有する。一般に電動推進垂直離着陸機（ｅＶＴＯＬ）では、回転軸が地面に垂直方向に近い角度で設置された回転翼２を３つ以上、具体的には３、４、５、６、７、８個を配備している場合が多いが、ここでは数に制限はない。また、１つの回転翼２あたりの羽根の数も制限されるものではなく、具体的には２、３、４、５、６、７、８などである。なお、電動推進垂直離着陸機（ｅＶＴＯＬ）では羽根のピッチ（Ｐｉｔｃｈ：角度）を動的に調整できる場合も多いが、ピッチ固定である羽根を採用してもよい。
【００１７】
１．２  駆動装置３
駆動装置３は、動力源３１と、動力源駆動部３２と、駆動信号計測部３３と、回転状態計測部３４とを有し、これらの構成要素が駆動装置３内部において電気的に接続されている。以下、各構成要素についてさらに説明する。
【００１８】
＜動力源３１＞
動力源３１は、本実施形態においては電動回転モータである。電動回転モータの種類は限定されない。具体的には、例えばブラシ付きやブラシレスの直流モータ、単相や三相の誘導機もしくは同期機などの交流モータ等である。動力源出力である回転軸は、直接もしくは変速機（図１中不図示）を介して回転翼２に機械的に接続される。
【００１９】
＜動力源駆動部３２＞
動力源駆動部３２は、制御装置５内通信部５１から供給される制御情報ＣＩを元に、動力源３１（電動回転モータ）に供給する電力を制御する。この際、制御については任意の方法が適用可能であり、具体的には例えば、ＶＶＶＦインバータ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｎｖｅｒｔｅｒ）やＣＶＶＦインバータ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｎｖｅｒｔｅｒ）などである。
【００２０】
＜駆動信号計測部３３＞
駆動信号計測部３３は、動力源駆動部３２から動力源３１（電動回転モータ）に供給される電力信号の電気信号特性を計測する。具体的には、電流、電圧、周波数、パルス数、パルス幅、パルスタイミングのうち少なくとも１つを計測可能な構成とする。図１では、動力源駆動部３２から動力源３１間の電力供給線の途中経路で電気信号特性を計測する構成例を示しているが、電気信号特性計測点を動力源駆動部３２内もしくは動力源３１内とする構成とする事も可能である。
【００２１】
前記動力源（電気回転モータ）に入力される電流などの電気信号特性を取得することは、監視目的等で一般に行われており、飛行体システム１のハードウェアとしては駆動信号計測部３３が有する機能を元々内包している場合が多いことに留意されたい。
【００２２】
計測した電流などの電気信号特性情報に基づいて、回転翼２を制御するに際して目標とする回転パラメータである第１回転パラメータＦＰを算出する。ここで、第１回転パラメータＦＰとは、回転角、回転数、角速度、角加速度、トルクのうち少なくとも１つである。電気信号特性情報から第１回転パラメータＦＰを算出する処理を駆動信号計測部３３内で実施し、第１回転パラメータＦＰを制御装置５（後述）に送出する構成とすることが出来る。あるいは、電気信号特性情報を制御装置５に送出し、制御装置５内で第１回転パラメータＦＰを算出する処理を実施する構成も可能である。
【００２３】
＜回転状態計測部３４＞
回転状態計測部３４は、回転翼２を駆動する回転軸の実際の回転状態を示す第２回転パラメータＳＰを測定する。第２回転パラメータＳＰの項目は第１回転パラメータＦＰと同じ、回転角、回転数、角速度、角加速度、トルクのうち少なくとも１つである。動力源３１と回転翼２の間に変速機が配置されている場合は、回転翼２側回転軸を直接測定対象としても良いし、動力源３１側の回転軸の回転パラメータを測定した後、変速機のギア比を用いて第２回転パラメータＳＰに変換することも可能である。
【００２４】
回転パラメータの測定手段としては、スリットが空いた円盤と発光素子・受光素子を有する光電式ロータリーエンコーダ（Ｒｏｔａｒｙ  Ｅｎｃｏｄｅｒ）などが使用できるが、これに限定されるものでは無く、例えば、回転軸上に反射シールを貼ってレーザの反射光をカウントする非接触方式回転計や、機械的タコメータ（Ｔａｃｈｏｍｅｔｅｒ）を使用することも可能である。
【００２５】
回転パラメータを測定することは、駆動信号計測部３３における電気信号特定と同様に、監視目的等で一般に行われており、飛行体システム１のハードウェアとしては回転状態計測部３４が有する機能を元々内包している場合が多いことに留意されたい。
【００２６】
１．３  環境情報取得部４
環境情報取得部４は、飛行体システム１の対気速度に影響を与える環境情報ＥＩを測定・収集する機能を有する。環境情報ＥＩとは具体的には、積荷や乗客を含む機体重量、外気温、気圧、加速度、対地速度の少なくとも１つを測定できる構成となっている。環境情報ＥＩそれぞれの項目に関する測定方法は限定されない。
【００２７】
環境情報取得部４にて測定・収集された環境情報ＥＩは、制御装置５（後述）に送出され、前述の第１回転パラメータＦＰおよび第２回転パラメータＳＰと共に対気速度推定に利用される。
【００２８】
１．４  制御装置５
制御装置５は、通信部５１と、記憶部５２と、制御部５３とを有し、これらの構成要素が制御装置５の内部において通信バス５０を介して電気的に接続されている。以下、各構成要素についてさらに説明する。
【００２９】
＜通信部５１＞
通信部５１は、駆動装置３および環境情報取得部４との間で情報の授受を行なうものである。ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＬＩＮ（Ｌｏｃａｌ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＦｌｅｘＲａｙ、ＣＸＰＩ（Ｃｌｏｃｋ  Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ  Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、Ｔｈｕｎｄｅｒｂｏｌｔ、有線ＬＡＮネットワーク通信等といった有線型の通信手段が好ましいものの、無線ＬＡＮネットワーク通信、５Ｇ／ＬＴＥ／３Ｇ等のモバイル通信、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）通信等を必要に応じて含めてもよい。これらは一例であり、専用の通信規格を採用してもよい。すなわち、これら複数の通信手段の集合として実施することがより好ましい。
【００３０】
図１においては、通信部５１から駆動装置３の動力源駆動部３２および駆動信号計測部３３ならびに回転状態計測部３４それぞれ別個に接続している様子を示しているが、物理的な接続はまとめて１つとし、駆動装置３内部で論理的に分配する構成としても良い。
【００３１】
＜記憶部５２＞
記憶部５２は、様々な情報を記憶する揮発性または不揮発性の記憶媒体である。これは、例えばソリッドステートドライブ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ：ＳＳＤ）等のストレージデバイスとして、あるいは、プログラムの演算に係る一時的に必要な情報（引数、配列等）を記憶するランダムアクセスメモリ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ：ＲＡＭ）等のメモリとして実施されうる。また、これらの組合せであってもよい。
【００３２】
特に、記憶部５２は、制御実行内容に関する各種パラメータ、具体的には例えば、上述した第１回転パラメータＦＰおよび第２回転パラメータＳＰや環境情報ＥＩの他、現在地や目標地の位置情報、目標地までのルート情報、飛行体本体（不図示）の重量、形状、寸法などである。また、駆動装置３に送出した過去の設定情報も必要に応じ記憶している。
【００３３】
また、記憶部５２は、制御部５３によって実行される、制御装置５に係る種々のプログラム等を記憶している。具体的には例えば、対気速度推定部５３１（後述）にて使用される、第１回転パラメータＦＰと第２回転パラメータＳＰおよび環境情報ＥＩから対気速度を推定するプログラムを記憶している。また、回転翼制御部５３２（後述）にて使用される、前記各種パラメータ群に加え推定された前記対気速度も活用し、駆動装置３に送出する次の制御情報ＣＩを生成するプログラムを記憶している。
【００３４】
＜制御部５３＞
制御部５３は、制御装置５に関連する全体動作の処理・制御を行う。制御部５３は、例えば不図示の中央処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）やマイクロ・コントローラ・ユニット（Ｍｉｃｒｏ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ｕｎｉｔ：ＭＣＵ）である。制御部５３は、記憶部５２に記憶された所定のプログラムを読み出すことによって、制御装置５に係る種々の機能を実現する。具体的には制御装置５から受信した第１回転パラメータＦＰおよび第２回転パラメータＳＰならびに環境情報取得部４から受信した環境情報ＥＩに基づいて対気速度を推定する機能が該当する。また、推定された前記対気速度と記憶部５２内に記憶していた各種パラメータ群に基づいて、駆動装置３に送出する次の制御情報ＣＩを生成する機能が該当する。
【００３５】
すなわち、ソフトウェア（記憶部５２に記憶されている）による情報処理がハードウェア（制御部５３）によって具体的に実現されることで、対気速度推定部５３１および回転翼制御部５３２として実行されうる。なお、図１においては、単一の制御部５３として表記されているが、実際はこれに限るものではなく、機能ごとに複数の制御部５３を有するように実施してもよい。またそれらの組合せであってもよい。以下、対気速度推定部５３１および回転翼制御部５３２についてさらに詳述する。
【００３６】
［対気速度推定部５３１］
対気速度推定部５３１は、ソフトウェア（記憶部５２に記憶されている）による情報処理がハードウェア（制御部５３）によって具体的に実現されているものである。対気速度推定部５３１は、記憶部５２に記憶されたパラメータと、前記駆動信号計測部３３から受信した第１回転パラメータＦＰと、前記回転状態計測部３４から受信した第２回転パラメータＳＰと、環境情報取得部４から受信した環境情報ＥＩとを用いて、実際の対気速度を推定する構成となっている。
【００３７】
対気速度推定部５３１における対気速度推定方法について説明する。ここでは、第１回転パラメータＦＰおよび第２回転パラメータＳＰの管理対象として回転角の場合を例に説明する。図３Ａ、Ｂ、Ｃに、飛行体システム１全体に対する風と、回転翼回転角の関係を示す。図３Ａが無風状態、図３Ｂが追い風状態、図３Ｃが向かい風状態である。図３Ａ、Ｂ、Ｃ中、白い羽根は回転開始時、黒い羽根は測定時、周辺が破線となっている羽根は目標位置であり、ここでは目標回転角を９０°の場合を示している。
【００３８】
図３Ａの無風状態では測定結果回転角（第２回転パラメータＳＰ）は目標回転角（第１回転パラメータＦＰ）と等しくなっている。なお、無風状態における環境情報（機体重量、外気温、気圧、加速度、対地速度など）に対して、動力源３１に設定する制御情報ＣＩ、もしくは動力源３１に入力される電気信号特性（電流、電圧、周波数、パルス数、パルス幅、パルスタイミングなど）と回転角の関係は、事前に調整されているものとする。
【００３９】
図３Ｂは追い風環境下における回転状態である。飛行体システム１進行方向に対して後方から押される状態となるため、目標回転角（第１回転パラメータＦＰ）よりも測定結果回転角（第２回転パラメータＳＰ）の方が大きくなっている。このとき対気速度は、図３Ａに示した無風状態よりも小さくなる。その際、測定結果回転角（第２回転パラメータＳＰ）から目標回転角（第１回転パラメータＦＰ）を引いた差分量は符号が正となり、その絶対値が大きいほど、対気速度の低下量も大きくなる。
【００４０】
図３Ｃは向かい風環境下における回転状態である。飛行体システム１進行方向に対して前方から押される状態となるため、目標回転角（第１回転パラメータＦＰ）よりも測定結果回転角（第２回転パラメータＳＰ）の方が小さくなっている。このとき対気速度は、図３Ａに示した無風状態よりも大きくなる。その際、測定結果回転角（第２回転パラメータＳＰ）から目標回転角（第１回転パラメータＦＰ）を引いた差分量は符号が負となり、その絶対値が大きいほど、対気速度の増加量も大きくなる。
【００４１】
上述の通り、対気速度の変化量（増加もしくは低下）は目標回転角（第１回転パラメータＦＰ）と測定結果回転角（第２回転パラメータＳＰ）の差分値に大きく依存するため、第１回転パラメータＦＰと第２回転パラメータＳＰを２変数とする関数による演算、あるいはテーブル参照することで、対気速度を推定することが可能である。
【００４２】
より厳密には、前記測定結果回転角（第２回転パラメータＳＰ）から前記目標回転角（第１回転パラメータＦＰ）を引いた差分量は、機体重量、外気温、気圧、加速度、対地速度などの環境情報ＥＩの影響を受ける。さらには羽根のピッチが可変であるなど、飛行体システム１内部に対気速度に影響を与える設定要素が存在する場合もある。対気速度を高精度に推定するには、前記測定結果回転角（第２回転パラメータＳＰ）と前記目標回転角（第１回転パラメータＦＰ）に加えて、環境情報ＥＩと内部設定要素の一方もしくは両方を含む多変数関数による演算、または環境情報ＥＩもしくは内部設定要素の一方もしくは両方に属する複数変数の組合せに対して、複数のテーブルを用意して参照する方法を取る事が出来る。テーブルを参照する際には項目間の値を補間計算することで、さらに精度を高める事が出来る。補間手法としては線形補間やスプライン補間など任意の手法が適用可能である。
【００４３】
上記では第１回転パラメータＦＰ、第２回転パラメータＳＰとして回転角を用いた場合を説明したが、回転数、角速度、角加速度、トルクなど回転状態を示す他のパラメータ形態であっても同様に対気速度が推定可能であることは明白である。
【００４４】
［回転翼制御部５３２］
回転翼制御部５３２は、ソフトウェア（記憶部５２に記憶されている）による情報処理がハードウェア（制御部５３）によって具体的に実現されているものである。予め定められた飛行ルート、航空交通管制システムからの指示、もしくは操縦者の操作に従い、飛行体本体が所望の飛行動作を行なうべく、新しい対気速度目標が設定される。回転翼制御部５３２は、前記対気速度目標に対して、前記対気速度推定部５３１で推定された最新の対気速度情報に基づいて、回転翼２駆動に関する制御情報ＣＩを更新し、通信部５１を介して動力源駆動部３２に送出出来る構成となっている。
【００４５】
２．飛行体システム１の対気速度計測手順
第２節では、飛行体システム１において、対気速度を計測する手順について説明する。図４は、飛行体システム１の対気速度を計測する手順の流れを示すフローチャートである。以下、図４における各ステップに沿って説明する。
【００４６】
［開始］
（ステップＳ０１）
回転翼制御部５３２は、記憶部５２に格納されている目標対気速度と、無風状態時における回転翼２制御に関わるパラメータ群、さらに環境情報取得部４が活用可能な場合は環境情報ＥＩを利用して、動力源駆動部３２に送出する制御情報ＣＩを生成し、動力源駆動部３２に送出する。
【００４７】
（ステップＳ０２）
動力源駆動部３２は受信した制御情報ＣＩに従い動力源３１（電動回転モータ）を駆動する。駆動信号計測部３３で計測した電気的特性から、回転翼２に関する回転パラメータ目標値である第１回転パラメータＦＰを算出する。前記回転パラメータとは回転角、回転数、角速度、角加速度、トルクのうち少なくとも１つである。もしくは、ステップＳ０１にて回転翼制御部５３２が動力源駆動部３２に送出した制御情報ＣＩから第１回転パラメータＦＰを直接算出しても構わない。回転状態計測部３４では、回転翼２を駆動する回転軸の実際の回転状態を示す第２回転パラメータＳＰを測定する。前記第１回転パラメータＦＰおよび第２回転パラメータＳＰは対気速度推定部５３１に送出される。
【００４８】
（ステップＳ０３）
対気速度推定部５３１においては、例えば、１．４にて説明した目標回転角（第１回転パラメータＦＰ）と測定結果回転角（第２回転パラメータＳＰ）のズレ量を用いるなどの方法により実際の対気速度を推定する。
［終了］
【００４９】
以上、図４に示した計測手順を用いることにより、実際の対気速度を精度高く、目標となる対気速度に合わせる事が可能となる。
【００５０】
３．変形例
第３節では、本実施形態に係る変形例について説明する。すなわち、次のような態様によって、本実施形態に係る飛行体システム１をさらに創意工夫してもよい。
【００５１】
［複数回転翼の情報を活用する飛行体システム］
図５に、第２実施形態として制御装置５に対して、４つの回転翼２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄそれぞれの駆動装置３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄから、第１回転パラメータＦＰａ、ＦＰｂ、ＦＰｃ、ＦＰｄと第２回転パラメータＳＰａ、ＳＰｂ、ＳＰｃ、ＳＰｄおよび制御情報ＣＩａ、ＣＩｂ、ＣＩｃ、ＣＩｄを送受信している場合の機能ブロック図を示す。駆動装置３ａ〜３ｄにおける内部構成は図１に示す駆動装置３と同一とし、図５では不図示としている。ここでは、情報を授受する回転翼が複数である例として４つの場合を示したが数は限定されるものでは無い。
【００５２】
第１節で記述した手順に従えば、４つの回転翼２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄそれぞれに対応した対気速度が算出可能である。姿勢が安定し、かつ周辺気流が一定である理想的な並進移動では、前記４つの対気速度は一致する。しかしながら、飛行体システム１の姿勢は方向転換などによって意図的にも変化するし、都市部におけるビル風など周辺気流の局所的な乱れも発生する。この様な状態では複数存在する回転翼の対気速度全ての平均値を取ることで、飛行体本体重心の対気速度を推定することが出来る。羽根のピッチを個別に変更するなど、４つの回転翼２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ間で負荷条件が異なる場合では、重み付け平均の手法を取ることも可能である。
【００５３】
また、４つの回転翼２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ間の差分情報および時間変動情報を積極的に活用することにより、飛行体本体の姿勢変動状態を知ることが出来る。具体的には縦揺れ（Ｐｉｔｃｈｉｎｇ）、横揺れ（Ｒｏｌｌｉｎｇ）、偏揺れ（Ｙａｗｉｎｇ）などである。姿勢変動を検知した場合はそれをフィードバック制御することで、安定した姿勢制御を行なうことが可能である。また、４つの回転翼２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄそれぞれで計測した回転翼情報に基づいて、機体に対する気流の向きを算出することも可能である。
【００５４】
［対気速度を目標値に合わせる制御］
飛行体システム１において、現在の対気速度が推定できれば、目標とする対気速度となるように飛行体システム１を制御することが出来る。ここでは、制御装置５が駆動装置３に対して対気速度制御を実行する際の制御方法について説明する。図６は、飛行体システム１の対気速度を設定値に合わせる制御の流れを示すフローチャートである。以下、図６における各ステップに沿って説明する。
【００５５】
［開始］
（ステップＳ１１）
目標とする対気速度を設定する。１つ目の手段としては、予め設定された飛行ルートから自律的に算出する方法がある。別の手段としては、航空交通管制システムから指示される場合がある。この際、航空交通管制システムが有人無人かは問わない。さらに別の手段としては、操縦者の操作による直接指定も可能である。この際、操縦者が飛行体システム１に搭乗しているか、遠隔操作どちらの場合もあり得る。これら対気速度を演算もしくは外部から受信する機能は図１中不図示である飛行体本体にて実行され、結果として得られた目標対気速度は記憶部５２に記憶される。
【００５６】
（ステップＳ１２）
回転翼制御部５３２は、記憶部５２に格納された目標対気速度と、無風状態時における回転翼２制御に関わるパラメータ群、さらに外部環境計測部４が活用可能な場合は外部環境情報ＥＩを利用して、動力源駆動部３２に送出する制御情報ＣＩの初期値を生成し、動力源駆動部３２に送出する。
【００５７】
（ステップＳ１３）
動力源駆動部３２は受信した制御情報ＣＩに従い動力源３１（電動回転モータ）を駆動する。駆動信号計測部３３で計測した電気的特性から、回転翼２に関する回転パラメータ目標値である第１回転パラメータＦＰを算出する。前記回転パラメータとは回転角、回転数、角速度、角加速度、回転力のうち少なくとも１つである。もしくは、ステップＳ１２にて回転翼制御部５３２が動力源駆動部３２に送出した制御情報ＣＩから第１回転パラメータＦＰを直接算出しても構わない。回転状態計測部３４では、回転翼２を駆動する回転軸の実際の回転状態を示す第２回転パラメータＳＰを測定する。前記第１回転パラメータＦＰおよび第２回転パラメータＳＰは対気速度推定部５３１に送出される。
【００５８】
（ステップＳ１４）
対気速度推定部５３１においては、例えば、１．４にて説明した目標回転角（第１回転パラメータＦＰ）と測定結果回転角（第２回転パラメータＳＰ）のズレ量を用いるなどの方法により実際の対気速度を推定する。推定された実際の対気速度と目標対気速度との差分を算出する。
【００５９】
（ステップＳ１５）
ステップＳ１４で算出された対気速度差分が許容範囲以上（ＮＯ）であれば、対気速度を補正する作業を行なうためステップＳ１６に移り制御を継続する。対気速度差分が許容範囲未満（ＹＥＳ）であれば、制御を終了する。
【００６０】
（ステップＳ１６）
回転翼制御部５３２は、実際対気速度が目標値に近づく様に動力源駆動部３２に送出する制御情報ＣＩを更新する。具体的には、実際の対気速度が遅い場合は動力源３１（電動回転モータ）に供給する電力を増加させる様に、実際の対気速度が速い場合は動力源３１に供給する電力を減少させる様に制御情報ＣＩを更新する。更新の制御アルゴリズムとしては、例えばフィードバック制御としてＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ−Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御を用いることが可能であるが、限定されるものでは無い。ＰＩＤ制御を用いる場合には、比例ゲインＫ＿Ｐ、積分ゲインＫ＿Ｉ、微分ゲインＫ＿Ｄを、飛行体本体毎や荷重などのパラメータ情報さらには外部環境情報ＥＩに応じて最適値を設定するのが好ましい。更新した制御情報ＣＩは動力源駆動部３２に送付され動力源３１の動作に反映される。そして制御はステップＳ１３に戻る。
［終了］
【００６１】
以上、図６に示した制御フローを用いることにより、実際の対気速度を精度高く、目標となる対気速度に合わせる事が可能となる。
【００６２】
［対地速度との連携］
以上の実施形態では対気速度に関してのみ説明したが、対地速度と連携することも可能である。ここで対地速度としては、例えばＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）などの全球測位衛星システム（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ：ＧＮＳＳ）を利用して計測することが可能であるが、これに限定されるものでは無い。
【００６３】
第１および第２に実施形態で計測した対気速度と、前記対地速度とを比較することにより、飛行体システム１周囲の風向・風速を算出しても良い。
【００６４】
４．結言
以上の様に、本実施形態によれば、電動推進垂直離着陸機（ｅＶＴＯＬ）という飛行体において、部品点数を大規模に増加させる事無く、低速である対気速度を高精度で測定することができる飛行体システム１を実施することが出来る。
【００６５】
かかる飛行体システム１は、飛行体本体と、駆動装置３と、回転状態計測部３４と、対気速度推定部５３１とを備え、前記駆動装置３は、前記飛行体本体に設けられた回転翼２を、目標とする回転パラメータである第１回転パラメータＦＰに基づいて回転させるように構成され、前記回転状態計測部３４は、前記回転翼２の実際の回転パラメータである第２回転パラメータＳＰを測定可能に構成され、前記対気速度推定部は、前記第１および第２回転パラメータに基づいて、前記飛行体本体の対気速度を推定可能に構成される。
【００６６】
また、飛行体において、低速である実際の対気速度を高精度で測定し、目標とする対気速度に近づける制御装置５を実施することが出来る。
【００６７】
かかる飛行体システム１の制御装置５は、前記飛行体は、回転翼２を有し、前記回転翼２の目標とする回転パラメータである第１回転パラメータＦＰおよび前記回転翼の実際の前記回転パラメータである第２回転パラメータＳＰを経時的に特定可能な飛行体であり、当該制御装置５は、通信部５１と対気速度推定部５３１と回転翼制御部５３２とを備え、前記通信部５１は、前記第１回転パラメータＦＰおよび前記第２回転パラメータＳＰを前記飛行体より受信可能に構成され、前記対気速度推定部５３１は、前記通信部５１が受信した、前記第１回転パラメータＦＰおよび前記第２回転パラメーｓタＳＰに基づいて、前記飛行体本体の対気速度を推定可能に構成され、前記回転翼制御部５３２は、前記対気速度に基づいて、前記飛行体に送出する回転翼制御情報ＣＩを生成可能に構成される。
【００６８】
また、飛行体において、対気速度を低速である実際の対気速度を高精度で測定することができる制御装置５または飛行体システム１をハードウェアとして実施するためのソフトウェアを、プログラムとして実施することもできる。そして、このようなプログラムを、コンピュータが読み取り可能な非一時的な記録媒体として提供してもよいし、外部のサーバからダウンロード可能に提供してもよいし、外部のコンピュータで当該プログラムを起動させて、クライアント端末で各機能を実施可能な、いわゆるクラウド・コンピューティングを実施してもよい。
【００６９】
かかる飛行体の制御プログラムは、前記飛行体は回転翼２を有し、前記回転翼２の目標とする回転パラメータである第１回転パラメータＦＰおよび前記回転翼２の実際の前記回転パラメータである第２回転パラメータＳＰを経時的に特定可能な飛行体であり、当該制御プログラムは、コンピュータ（制御装置５）に、通信機能と対気速度推定機能と回転翼制御機能とを実現させ、前記通信機能によれば、前記第１回転パラメータＦＰおよび前記第２回転パラメータＳＰを前記飛行体より受信させ、前記対気速度推定機能によれば、前記通信機能によって受信した前記第１回転パラメータＦＰおよび前記第２回転パラメータＳＰに基づいて、前記飛行体本体の対気速度を推定させ、前記回転翼制御機能によれば、前記対気速度情報に基づいて、前記回転翼制御情報ＣＩを生成させる。
【００７０】
最後に、本発明に係る種々の実施形態を説明したが、これらは、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。当該新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。当該実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７１】
１      ：飛行体システム
２      ：回転翼
３      ：駆動装置
３１    ：動力源
３２    ：動力源駆動部
３３    ：駆動信号計測部
３４    ：回転状態計測部
４      ：環境情報取得部
５      ：制御装置
５０    ：通信バス
５１    ：通信部
５２    ：記憶部
５３    ：制御部
５３１  ：対気速度推定部
５３２  ：回転翼制御部
ＣＩ    ：制御情報
ＥＩ    ：環境情報
ＦＰ    ：第１回転パラメータ
ＳＰ    ：第２回転パラメータ
【図１】
2020125017.tif 000003
【図２】
2020125017.tif 000004
【図３】
2020125017.tif 000005
【図４】
2020125017.tif 000006
【図５】
2020125017.tif 000007
【図６】
2020125017.tif 000008