(57)【要約】【課題】飛しょう体を所望の方向に飛しょうさせる。【解決手段】指令部１１０は、ピッチ舵角指令とヨー舵角指令とロール舵角指令とを出力する。制限部１２０は、今回のピッチ舵角指令と前回のピッチ舵角指令とを用いてピッチ舵角指令変化率を算出し、ピッチ舵角指令変化率とピッチ制限率とのうちの小さい方の値に基づいてピッチ制限舵角を決定する。制限部１２０は、今回のヨー舵角指令と前回のヨー舵角指令とを用いてヨー舵角指令変化率を算出し、ヨー舵角指令変化率とヨー制限率とのうちの小さい方の値に基づいてヨー制限舵角を決定する。変換部１３０は、ピッチ制限舵角とヨー制限舵角とロール舵角指令とを複数の操舵翼２０３に対応する複数の操舵角度に変換する。【選択図】図１
2018132234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の操舵翼を備える飛しょう体を飛しょうさせるための自動操縦装置であって、
前記飛しょう体を所望の方向に飛しょうさせるためのピッチ舵角指令とヨー舵角指令とロール舵角指令とを決定する指令部と、
前記ピッチ舵角指令を連続して受け付け、今回受け付けられたピッチ舵角指令と前回以前に受け付けられたピッチ舵角指令とを用いてピッチ舵角指令の変化率であるピッチ舵角指令変化率を算出し、前記ピッチ舵角指令変化率とピッチ制限率とのうちの小さい方の値に基づいてピッチ制限舵角を決定するピッチ制限部と、
前記ヨー舵角指令を連続して受け付け、今回受け付けられたヨー舵角指令と前回以前に受け付けられたヨー舵角指令とを用いてヨー舵角指令の変化率であるヨー舵角指令変化率を算出し、前記ヨー舵角指令変化率とヨー制限率とのうちの小さい方の値に基づいてヨー制限舵角を決定するヨー制限部と、
前記ピッチ制限舵角と前記ヨー制限舵角と前記ロール舵角指令とを受け付け、前記ピッチ制限舵角と前記ヨー制限舵角と前記ロール舵角指令とを前記複数の操舵翼に対応する複数の操舵角度に変換する変換部とを備える自動操縦装置。
【請求項２】
前記ロール舵角指令を連続して受け付け、今回受け付けられたロール舵角指令と前回以前に受け付けられたロール舵角指令とを用いてロール舵角指令の変化率であるロール舵角指令変化率を算出し、前記ロール舵角指令変化率に基づいて前記ピッチ制限率と前記ヨー制限率とを変更する制限変更部を備える
請求項１に記載の自動操縦装置。
【請求項３】
前記制限変更部は、前記ロール舵角指令変化率に基づいてピッチ制限率を算出し、前記ピッチ制限舵角を決定するために使用する前記ピッチ制限率を、算出されたピッチ制限率とピッチ下限率とのうちの大きい方の値に変更し、前記ロール舵角指令変化率に基づいてヨー制限率を算出し、前記ヨー制限舵角を決定するために使用する前記ヨー制限率を、算出されたヨー制限率とヨー下限率とのうちの大きい方の値に変更する
請求項２に記載の自動操縦装置。
【請求項４】
複数の操舵翼を備える飛しょう体を飛しょうさせるための自動操縦プログラムであって、
前記飛しょう体を所望の方向に飛しょうさせるためのピッチ舵角指令とヨー舵角指令とロール舵角指令とを決定する指令部と、
前記ピッチ舵角指令を連続して受け付け、今回受け付けられたピッチ舵角指令と前回以前に受け付けられたピッチ舵角指令とを用いてピッチ舵角指令の変化率であるピッチ舵角指令変化率を算出し、前記ピッチ舵角指令変化率とピッチ制限率とのうちの小さい方の値に基づいてピッチ制限舵角を決定するピッチ制限部と、
前記ヨー舵角指令を連続して受け付け、今回受け付けられたヨー舵角指令と前回以前に受け付けられたヨー舵角指令とを用いてヨー舵角指令の変化率であるヨー舵角指令変化率を算出し、前記ヨー舵角指令変化率とヨー制限率とのうちの小さい方の値に基づいてヨー制限舵角を決定するヨー制限部と、
前記ピッチ制限舵角と前記ヨー制限舵角と前記ロール舵角指令とを受け付け、前記ピッチ制限舵角と前記ヨー制限舵角と前記ロール舵角指令とを前記複数の操舵翼に対応する複数の操舵角度に変換する変換部
としてコンピュータを機能させるための自動操縦装置。
【請求項５】
複数の操舵翼を備える飛しょう体を飛しょうさせるための自動操縦装置であって、
ピッチ方向における前記飛しょう体の舵角として指定されたピッチ舵角指令とヨー方向における前記飛しょう体の舵角として指定されたヨー舵角指令とロール方向における前記飛しょう体の舵角として指定されたロール舵角指令とを前記複数の操舵翼に対応する複数の操舵角度に変換する変換部と、
前記ピッチ舵角指令と前記ヨー舵角指令とに基づいてピッチ制限舵角とヨー制限舵角とを算出する制限部と、
前記ピッチ制限舵角に基づいて次のピッチ舵角指令を算出するピッチ指令部と、
前記ヨー舵角指令に基づいて次のヨー舵角指令を算出するヨー指令部と
を備える自動操縦装置。
【請求項６】
前記ピッチ指令部は、前記ピッチ舵角指令から前記ピッチ制限舵角を引いてピッチ差分を算出し、前記ピッチ差分にアンチワインドアップゲインを掛けてピッチ飽和量を算出し、前記ピッチ飽和量を入力の一部として比例積分制御を行うことによって前記次のピッチ舵角指令を算出し、
前記ヨー指令部は、前記ヨー舵角指令から前記ヨー制限舵角を引いてヨー差分を算出し、前記ヨー差分にアンチワインドアップゲインを掛けてヨー飽和量を算出し、前記ヨー飽和量を入力の一部として比例積分制御を行うことによって前記次のヨー舵角指令を算出する
請求項５に記載の自動操縦装置。
【請求項７】
複数の操舵翼を備える飛しょう体を飛しょうさせるための自動操縦プログラムであって、
ピッチ方向における前記飛しょう体の舵角として指定されたピッチ舵角指令とヨー方向における前記飛しょう体の舵角として指定されたヨー舵角指令とロール方向における前記飛しょう体の舵角として指定されたロール舵角指令とを前記複数の操舵翼に対応する複数の操舵角度に変換する変換部と、
前記ピッチ舵角指令と前記ヨー舵角指令とに基づいてピッチ制限舵角とヨー指定舵角とを算出する制限部と、
前記ピッチ制限舵角に基づいて次のピッチ舵角指令を算出するピッチ指令部と、
前記ヨー舵角指令に基づいて次のヨー舵角指令を算出するヨー指令部
としてコンピュータを機能させるための自動操縦プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛しょう体を所望の方向に飛しょうさせるための自動操縦に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
４枚の操舵翼を有する飛しょう体は、加速度および角速度に基づいて、ピッチ系、ヨー系およびロール系の制御を行う。その際、ピッチとヨーとロールとの舵角指令が４枚の操舵翼に対する指令に変換される。
操舵翼は一般的にモータによって制御される。但し、モータの回転速度には限界があるため、ある一定の角速度以上で操舵翼を制御することはできない。
【０００３】
ピッチ舵角およびヨー舵角が飽和した場合にもロール舵角の制御が可能となるよう、通常、舵角配分によってピッチ舵角とヨー舵角とロール舵角とのそれぞれが制限される。
その場合において、ピッチ加速度指令の急激な変化により、ピッチ舵角指令が大きく変化すると、全ての操舵翼がピッチ舵角指令に応じた最大速度で制御されるため、ロール舵角指令に対する応答が不能となる。
【０００４】
大きな加速度変化を発生させる際は、ピッチ舵角も大きく変化するため、誘導ロールモーメントの変化も大きい。そして、ロールダンピング制御が不能な場合、過大なロールレートが生じ、飛しょう体が制御不能な状態となる恐れがある。
そのため、舵角速度の飽和によるダンピング性能の低下を防ぐ措置が必要となる。
【０００５】
一般に飛しょう体は細長い形状をしているため、ロール軸周りの慣性モーメントは、ピッチ軸周り及びヨー軸周りの慣性モーメントと比較すると小さい。
飛しょう体をある角速度で回転運動させるために必要なトルクは慣性モーメントに比例するため、ロール制御に必要なトルクはピッチ制御およびヨー制御に必要なトルクと比較すると小さい。したがって、ロール舵角指令の値もピッチ舵角指令の値およびヨー舵角指令の値と比較すると小さい。
【０００６】
舵角速度つまり舵角の変化率が無限であれば、ピッチ舵およびロール舵は連続的に変化する。しかし、舵角速度は有限である。
操舵翼が最大角速度で変化し続けると、ピッチ舵は変化し続けるが、ロール舵は変化しなくなる。
この状況で飛しょう体がロール軸周りの外乱を受けると、飛しょう体をロール軸周りに制御できないため、飛しょう体の制御が破たんする恐れがある。
【０００７】
特許文献１には、飛しょう体を所望の方向に飛しょうさせるための自動操縦装置が開示されている。
自動操縦装置は、加速度指令の制限値を算出して飛しょう体の操舵翼を制御することで、飛しょう体に旋回加速度を発生させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−７４５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、ピッチ方向およびヨー方向において飛しょう体の舵角を制御したためにロール方向において飛しょう体の舵角を制御できなくなる、という事態を回避できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の自動操縦装置は、複数の操舵翼を備える飛しょう体を飛しょうさせるための装置である。
前記自動操縦装置は、
前記飛しょう体を所望の方向に飛しょうさせるためのピッチ舵角指令とヨー舵角指令とロール舵角指令とを決定する指令部と、
前記ピッチ舵角指令を連続して受け付け、今回受け付けられたピッチ舵角指令と前回以前に受け付けられたピッチ舵角指令とを用いてピッチ舵角指令の変化率であるピッチ舵角指令変化率を算出し、前記ピッチ舵角指令変化率とピッチ制限率とのうちの小さい方の値に基づいてピッチ制限舵角を決定するピッチ制限部と、
前記ヨー舵角指令を連続して受け付け、今回受け付けられたヨー舵角指令と前回以前に受け付けられたヨー舵角指令とを用いてヨー舵角指令の変化率であるヨー舵角指令変化率を算出し、前記ヨー舵角指令変化率とヨー制限率とのうちの小さい方の値に基づいてヨー制限舵角を決定するヨー制限部と、
前記ピッチ制限舵角と前記ヨー制限舵角と前記ロール舵角指令とを受け付け、前記ピッチ制限舵角と前記ヨー制限舵角と前記ロール舵角指令とを前記複数の操舵翼に対応する複数の操舵角度に変換する変換部とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ピッチ方向における飛しょう体の舵角がピッチ制限舵角に制限され、ヨー方向における飛しょう体の舵角がヨー制限舵角に制限される。
そのため、ピッチ方向およびヨー方向において飛しょう体の舵角を制御しても、ロール方向において飛しょう体の舵角を制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１における自動操縦システム２０１の構成図。
【図２】実施の形態１における自動操縦装置１００の機能構成図。
【図３】実施の形態１における自動操縦方法のフローチャート。
【図４】実施の形態１におけるピッチ制限処理（Ｓ１２０Ｐ）のフローチャート。
【図５】実施の形態１におけるヨー制限処理（Ｓ１２０Ｙ）のフローチャート。
【図６】実施の形態２における自動操縦システム２０１の構成図。
【図７】実施の形態２における自動操縦装置１００の機能構成図。
【図８】実施の形態２における自動操縦方法のフローチャート。
【図９】実施の形態２における制限変更処理（Ｓ２２０）のフローチャート。
【図１０】実施の形態３における自動操縦システム２０１の構成図。
【図１１】実施の形態３における自動操縦装置１００の機能構成図。
【図１２】実施の形態３における自動操縦方法のフローチャート。
【図１３】実施の形態における自動操縦装置１００のハードウェア構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態および図面において、同じ要素および対応する要素には同じ符号を付している。同じ符号が付された要素の説明は適宜に省略または簡略化する。図中の矢印はデータまたは処理の流れを主に示している。
【００１４】
実施の形態１．
飛しょう体２００を所望の方向に飛しょうさせるための自動操縦システム２０１について、図１から図５に基づいて説明する。
【００１５】
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１に基づいて、飛しょう体２００に備わる自動操縦システム２０１の構成を説明する。
飛しょう体２００は、飛しょうする物体であり、細長い形状を成している。
飛しょう体２００には、自動操縦システム２０１が備わる。
自動操縦システム２０１は、飛しょう体２００を所望の方向に飛しょうさせるためのシステムである。
【００１６】
自動操縦システム２０１は、複数の飛しょう制御装置２０２と複数の操舵翼２０３とを備える。実施の形態１では、自動操縦システム２０１は、４つの飛しょう制御装置２０２と４つの操舵翼２０３とを備える。
操舵翼２０３は、飛しょう体２００の飛しょうする方向を制御するために飛しょう体２００に設けられた翼である。それぞれの操舵翼２０３は、飛しょう体２００の異なる箇所に設けられている。
飛しょう制御装置２０２は、操舵翼２０３の傾きを制御する装置である。複数の飛しょう制御装置２０２は、互いに異なる操舵翼２０３の傾きを変える。
【００１７】
自動操縦システム２０１には、さらに、自動操縦装置１００が備わる。
自動操縦装置１００は、プロセッサ９０１とメモリ９０２と補助記憶装置９０３といったハードウェアを備えるコンピュータである。これらのハードウェアは、信号線を介して互いに接続されている。
【００１８】
プロセッサ９０１は、演算処理を行うＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）であり、他のハードウェアを制御する。例えば、プロセッサ９０１はＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）である。
メモリ９０２は揮発性の記憶装置である。メモリ９０２は、主記憶装置またはメインメモリとも呼ばれる。例えば、メモリ９０２はＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）である。
補助記憶装置９０３は不揮発性の記憶装置である。例えば、補助記憶装置９０３は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）、またはフラッシュメモリである。
【００１９】
自動操縦装置１００は、指令部１１０と制限部１２０と変換部１３０とを機能構成の要素として備える。これらの要素はソフトウェアで実現される。
【００２０】
補助記憶装置９０３には、指令部１１０と制限部１２０と変換部１３０とを実現する自動操縦プログラムが記憶されている。自動操縦プログラムは、メモリ９０２にロードされて、プロセッサ９０１によって実行される。
さらに、補助記憶装置９０３にはＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）が記憶されている。ＯＳの少なくとも一部は、メモリ９０２にロードされて、プロセッサ９０１によって実行される。
つまり、プロセッサ９０１は、ＯＳを実行しながら、自動操縦プログラムを実行する。
自動操縦プログラムを実行して得られるデータは、メモリ９０２、補助記憶装置９０３、プロセッサ９０１内のレジスタまたはプロセッサ９０１内のキャッシュメモリといった記憶装置に記憶される。
【００２１】
メモリ９０２はデータを記憶する記憶部として機能する。但し、他の記憶装置が、メモリ９０２の代わりに、又は、メモリ９０２と共に、記憶部として機能してもよい。
【００２２】
自動操縦装置１００は、プロセッサ９０１を代替する複数のプロセッサを備えてもよい。複数のプロセッサは、プロセッサ９０１の役割を分担する。
【００２３】
自動操縦プログラムは、磁気ディスク、光ディスクまたはフラッシュメモリ等の不揮発性の記憶媒体にコンピュータ読み取り可能に記憶することができる。不揮発性の記憶媒体は、一時的でない有形の媒体である。
【００２４】
図２に基づいて、指令部１１０および制限部１２０の構成を説明する。
指令部１１０は、ピッチ指令部１１１とヨー指令部１１２とロール指令部１１３とを備える。
制限部１２０は、ピッチ制限部１２１とヨー制限部１２２とを備える。
【００２５】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
自動操縦システム２０１の動作は自動操縦方法に相当する。また、自動操縦方法の手順のうちの自動操縦装置１００の動作の手順は自動操縦プログラムの手順に相当する。
【００２６】
図３に基づいて、自動操縦方法を説明する。
ステップＳ１１０の処理は定期的に実行され、ステップＳ１１０の処理が実行される毎にステップＳ１２０以降の処理が実行される。
【００２７】
ステップＳ１１０において、指令部１１０は、ピッチ舵角指令とヨー舵角指令とロール舵角指令とを出力する。
【００２８】
ピッチ舵角指令は、ピッチ方向における飛しょう体２００の舵角として指定された舵角である。
ヨー舵角指令は、ヨー方向における飛しょう体２００の舵角として指定された舵角である。
ロール舵角指令は、ロール方向における飛しょう体２００の舵角として指定された舵角である。
【００２９】
具体的には、指令部１１０において、ピッチ指令部１１１とヨー指令部１１２とロール指令部１１３とが以下のように動作する。
ピッチ指令部１１１は、ピッチ舵角指令を決定し、決定されたピッチ舵角指令を出力する。
ヨー指令部１１２は、ヨー舵角指令を決定し、決定されたヨー舵角指令を出力する。
ロール指令部１１３は、ロール舵角指令を決定し、決定されたロール舵角指令を出力する。
ピッチ舵角指令、ヨー舵角指令およびロール舵角指令を決定する方法は、従来の自動操縦方法における方法と同じである。
【００３０】
指令部１１０から出力されたピッチ舵角指令およびヨー舵角指令は、制限部１２０に入力される。
指令部１１０から出力されたロール舵角指令は、変換部１３０に入力される。
【００３１】
ステップＳ１２０において、制限部１２０は、ピッチ舵角指令に基づくピッチ制限指令と、ヨー舵角指令に基づくヨー制限指令とを出力する。
【００３２】
ピッチ制限指令はピッチ制限舵角を示す指令である。ピッチ制限舵角は、制限されたピッチ舵角指令である。ピッチ制限舵角によって、ピッチ舵の変化率の絶対値が制限される。ピッチ陀とはピッチ方向における飛しょう体２００の舵角である。
ヨー制限指令はヨー制限舵角を示す指令である。ヨー制限舵角は、制限されたヨー舵角指令である。ヨー制限舵角によって、ヨー舵の変化率の絶対値が制限される。ヨー陀とはヨー方向における飛しょう体２００の舵角である。
【００３３】
図４に基づいて、ピッチ制限指令を出力するためのピッチ制限処理（Ｓ１２０Ｐ）を説明する。
なお、ピッチ制限部１２１は、ステップＳ１１０（図３参照）が実行される毎にピッチ舵角指令を受け付ける。つまり、ピッチ制限部１２１は、ピッチ舵角指令を連続して受け付ける。
【００３４】
ステップＳ１２１Ｐにおいて、ピッチ制限部１２１は、今回のピッチ舵角指令と前回以前のピッチ舵角指令とを用いて、ピッチ舵角指令変化率を算出する。
今回のピッチ舵角指令は、今回受け付けられたピッチ舵角指令である。
前回以前のピッチ舵角指令は、前回以前に受け付けられたピッチ舵角指令である。
ピッチ舵角指令変化率は、ピッチ舵角指令の変化率、すなわち、ピッチ舵角指令が変化する速度である。言い換えると、ピッチ舵角指令変化率は、単位時間当たりに変化したピッチ舵角指令の大きさである。
【００３５】
具体的には、ピッチ制限部１２１はピッチ舵角指令変化率を以下のように算出する。前回のピッチ舵角指令が前回以前のピッチ舵角指令として用いられるものとする。
まず、ピッチ制限部１２１は、今回のピッチ舵角指令と前回のピッチ舵角指令との差を算出する。
そして、ピッチ制限部１２１は、算出された差を指令周期で割る。この割り算によって算出される商がピッチ舵角指令変化率である。指令周期は、ステップＳ１１０（図３参照）の処理が実行される周期である。
【００３６】
例えば、前回のピッチ舵角指令が１度であり、今回のピッチ舵角指令が１０度であり、指令周期が１秒である場合、ピッチ舵角指令変化率は９［ｄｅｇ／ｓ］である。“ｄｅｇ”は角度を意味し、“ｓ”は秒を意味する。
【００３７】
ステップＳ１２２Ｐにおいて、ピッチ制限部１２１は、ピッチ舵角指令変化率をピッチ制限率と比較する。ピッチ制限率は、ピッチ舵角指令変化率の上限として予め定められた値である。
具体的には、ピッチ制限率は、ピッチ性能率にピッチ制限係数を掛けて得られる値である。ピッチ性能率は、飛しょう制御装置２０２が有するハードウェア性能に基づいて定まるピッチ舵角指令変化率の上限である。つまり、ピッチ性能率は定数である。ピッチ制限係数は０より大きく１より小さい定数である。したがって、ピッチ制限率はピッチ性能率未満の値である。
例えば、ピッチ性能率がｄδｍａｘ［ｄｅｇ／ｓ］であり、ピッチ制限係数が０．８である場合、ピッチ制限率は、ｄδｍａｘ×０．８を計算して得られる値である。
ピッチ舵角指令変化率がピッチ制限率以下である場合、処理はステップＳ１２３Ｐに進む。
ピッチ舵角指令変化率がピッチ制限率より大きい場合、処理はステップＳ１２４Ｐに進む。
【００３８】
ステップＳ１２３ＰおよびステップＳ１２４Ｐにおいて、ピッチ制限部１２１は、ピッチ舵角指令変化率とピッチ制限率とのうちの小さい方の値に基づいて、ピッチ制限舵角を決定する。
【００３９】
ステップＳ１２３Ｐにおいて、ピッチ制限部１２１は、ピッチ舵角指令をピッチ制限舵角とする。
【００４０】
ステップＳ１２４Ｐにおいて、ピッチ制限部１２１は、ピッチ制限率に基づいてピッチ制限舵角を算出する。
具体的には、ピッチ制限部１２１は、今回のピッチ舵角指令の代わりとなる舵角としてピッチ制限率と同じ大きさのピッチ舵角指令変化率が得られる舵角を逆算する。逆算された舵角がピッチ制限舵角となる。つまり、ピッチ制限舵角が今回のピッチ舵角指令の代わりに用いられてピッチ舵角指令変化率が算出された場合、ピッチ舵角指令変化率はピッチ制限率と等しい。
例えば、ピッチ制限舵角がＸ度であり、前回のピッチ舵角指令が１度であり、指令周期が１秒である場合、ピッチ舵角指令変化率は（Ｘ−１）［ｄｅｇ／ｓ］である。ピッチ制限率が６［ｄｅｇ／ｓ］である場合、（Ｘ−１）＝６が成り立つので、ピッチ制限舵角Ｘは７度である。
【００４１】
ステップＳ１２５Ｐにおいて、ピッチ制限部１２１は、ステップＳ１２３ＰまたはステップＳ１２４Ｐで決定されたピッチ制限舵角を示すピッチ制限指令を生成し、生成されたピッチ制限指令を出力する。
【００４２】
図５に基づいて、ヨー制限指令を出力するためのヨー制限処理（Ｓ１２０Ｙ）を説明する。
なお、ヨー制限部１２２は、ステップＳ１１０（図３参照）が実行される毎にヨー舵角指令を受け付ける。つまり、ヨー制限部１２２は、ヨー舵角指令を連続して受け付ける。
【００４３】
ステップＳ１２１Ｙにおいて、ヨー制限部１２２は、今回のヨー舵角指令と前回以前のヨー舵角指令とを用いて、ヨー舵角指令変化率を算出する。
今回のヨー舵角指令は、今回受け付けられたヨー舵角指令である。
前回以前のヨー舵角指令は、前回以前に受け付けられたヨー舵角指令である。
ヨー舵角指令変化率は、ヨー舵角指令の変化率、すなわち、ヨー舵角指令が変化する速度である。言い換えると、ヨー舵角指令変化率は、単位時間当たりに変化したヨー舵角指令の大きさである。
【００４４】
ヨー舵角指令変化率を算出する方法は、ピッチ舵角指令変化率を算出する方法（図４のステップＳ１２１Ｐを参照）と同様である。
【００４５】
ステップＳ１２２Ｙにおいて、ヨー制限部１２２は、ヨー舵角指令変化率をヨー制限率と比較する。ヨー制限率は、ヨー舵角指令変化率の上限として予め定められた値である。
具体的には、ヨー制限率は、ヨー性能率にヨー制限係数を掛けて得られる値である。ヨー性能率は、飛しょう制御装置２０２が有するハードウェア性能に基づいて定まるヨー舵角指令変化率の上限である。つまり、ヨー性能率は定数である。ヨー制限係数は０より大きく１より小さい定数である。したがって、ヨー制限率はヨー性能率未満の値である。
ヨー制限率は、ピッチ制限率と同じ値であってもよいし、ピッチ制限率と異なる値であってもよい。
ヨー舵角指令変化率がヨー制限率以下である場合、処理はステップＳ１２３Ｙに進む。
ヨー舵角指令変化率がヨー制限率より大きい場合、処理はステップＳ１２４Ｙに進む。
【００４６】
ステップＳ１２３ＹおよびステップＳ１２４Ｙにおいて、ヨー制限部１２２は、ヨー舵角指令変化率とヨー制限率とのうちの小さい方の値に基づいて、ヨー制限舵角を決定する。
【００４７】
ステップＳ１２３Ｙにおいて、ヨー制限部１２２は、ヨー舵角指令をヨー制限舵角とする。
【００４８】
ステップＳ１２４Ｙにおいて、ヨー制限部１２２は、ヨー制限率に基づいてヨー制限舵角を算出する。
ヨー制限舵角を算出する方法は、ピッチ制限舵角を算出する方法（図４のステップＳ１２４Ｐを参照）と同様である。
【００４９】
ステップＳ１２５Ｙにおいて、ヨー制限部１２２は、ステップＳ１２３ＹまたはステップＳ１２４Ｙで決定されたヨー制限舵角を示すヨー制限指令を生成し、生成されたヨー制限指令を出力する。
【００５０】
図３に戻り、自動操縦方法の説明を続ける。
ステップＳ１１０において指令部１１０から出力されたロール舵角指令は、変換部１３０に入力される。
ステップＳ１２０において制限部１２０から出力されたピッチ制限指令およびヨー制限指令は、変換部１３０に入力される。
【００５１】
ステップＳ１３０において、変換部１３０は、ピッチ制限指令とヨー制限指令とロール舵角指令とに基づいて、複数の操舵指令を出力する。操舵指令は、操舵角度を示す指令である。操舵角度は、操舵翼２０３の傾きの大きさである。
【００５２】
具体的には、変換部１３０は以下のように動作する。
まず、変換部１３０は、ピッチ制限指令とヨー制限指令とロール舵角指令とを受け付ける。ピッチ制限指令はピッチ制限舵角を示し、ヨー制限指令はヨー制限舵角を示す。
次に、変換部１３０は、ピッチ制限舵角とヨー制限舵角とロール舵角指令とを複数の操舵翼２０３に対する複数の操舵角度に変換する。このような変換はフィンミキシング計算と呼ばれる。フィンミキシング計算については後述する。
そして、変換部１３０は、操舵翼２０３毎に、操舵角度を示す操舵指令を生成し、生成された操舵指令を出力する。
【００５３】
フィンミキシング計算を説明する。
変換部１３０は、ピッチ制限舵角とヨー制限舵角とロール舵角指令とを変換式に代入して、変換式を計算する。これにより、複数の操舵翼２０３に対応する複数の操舵角度が算出される。この変換式は、ピッチ制限舵角とヨー制限舵角とロール舵角指令と複数の操舵角度との関係を示す式である。
【００５４】
操舵翼２０３の数が４つである場合の変換式は、式（１−１）から式（１−４）で表すことができる。
【００５５】
【数１】
2018132234.tif 000003
【００５６】
δｐｃはピッチ制限舵角であり、δｙｃはヨー制限舵角であり、δｒｃはロール舵角指令である。
δｎｃは、第ｎの操舵翼２０３に対応する操舵角度である。ｎは１から４までの整数である。
【００５７】
変換部１３０から出力された複数の操舵指令は、複数の飛しょう制御装置２０２に入力される。
具体的には、第ｎの操舵翼２０３に対する第ｎの操舵指令は第ｎの飛しょう制御装置２０２に入力される。第ｎの飛しょう制御装置２０２は、第ｎの操舵翼２０３の傾きを制御する飛しょう制御装置２０２である。
【００５８】
ステップＳ１４０において、複数の飛しょう制御装置２０２は、複数の操舵指令に基づいて、複数の操舵翼２０３のそれぞれの傾きを制御する。
具体的には、第ｎの飛しょう制御装置２０２は、第ｎの操舵指令が示す第ｎの操舵角度に応じて第ｎのモータを駆動させる。第ｎのモータは、第ｎの操舵翼２０３の傾きを変えるためのモータである。これにより、第ｎの操舵翼２０３の傾きの大きさは第ｎの操舵角度となる。
【００５９】
ステップＳ１４０の後、飛しょう体２００の姿勢は、ピッチ制限舵角とヨー制限舵角とロール舵角指令とに応じて変化する。
【００６０】
＊＊＊実施の形態１の効果＊＊＊
ピッチ方向における飛しょう体２００の舵角がピッチ制限舵角に制限され、ヨー方向における飛しょう体２００の舵角がヨー制限舵角に制限される。そのため、ピッチ方向およびヨー方向において飛しょう体２００の舵角を制御しても、ロール方向において飛しょう体２００の舵角を制御することが可能となる。その結果、飛しょう体２００を所望の方向に飛しょうさせることが可能となる。
【００６１】
ピッチおよびヨーの急激な指令変化が生じた際にも、ピッチ舵角指令およびヨー舵角指令を適切に制限して、ロール制御を維持することができる。
つまり、ピッチ舵角指令変化率が大きいピッチ舵角指令およびロール舵角指令変化率が小さいロール舵角指令の入力があった場合に、舵角速度の飽和による制御不能状態に陥ることなく、機体制御系の安定を確保することが可能である。
【００６２】
舵角速度の飽和によるロール制御の破綻を回避し、制御系の安定性を損なうことなく、高い精度の応答で安定した機体制御を実現できる。
ロール制御は以下のような状況で破綻する。
【００６３】
飛しょう体２００の舵角は、４つの操舵翼２０３の操舵角度を用いて、式（１−５）から式（１−７）で表すことができる。
【００６４】
【数２】
2018132234.tif 000004
【００６５】
δｐは、ピッチ方向における飛しょう体２００の舵角、つまり、ピッチ舵である。
δｙは、ヨー方向における飛しょう体２００の舵角、つまり、ヨー舵である。
δｒは、ロール方向における飛しょう体２００の舵角、つまり、ロール舵である。
δｎは、第ｎの操舵翼２０３の操舵角度である。ｎは１から４までの整数である。
【００６６】
ここで、ピッチ舵を０度から１０度に変更し、ヨー舵を０度から変更せず、ロール舵を０度から１度に変更しようとする状況を検討する。
δｐｃ＝１０とδｙｃ＝０とδｒｃ＝１を式（１−１）から式（１−４）に代入すると、４つの操舵翼２０３のそれぞれの操舵角度としてδ１ｃ＝１１とδ２ｃ＝１１とδ３ｃ＝−９とδ４ｃ＝−９が得られる。
この場合、舵角速度が無限であれば、ピッチ舵およびロール舵は連続的に変化するが、舵角速度は有限である。そのため、δ１ｃおよびδ２ｃが９に近づき、δ３ｃおよびδ４ｃが−９に近づくまでは、４つの操舵翼２０３のそれぞれの操舵角度は最大角速度で変化し続ける。
δ１＝９とδ２＝９とδ３＝−９とδ４＝−９を式（１−５）から式（１−７）に代入すると、δｐ＝９とδｙ＝０とδｒ＝０が得られる。つまり、ピッチ舵は変化し続けるが、ロール舵は変化しないこととなる。したがって、ロール制御が破綻した状況となる。
このような状況において飛しょう体２００がロール軸まわりの外乱を受けると、安定した機体制御を実現することができない。
【００６７】
実施の形態２．
ロール舵角指令の変化率に基づいてピッチ制限率とヨー制限率とを変更する形態について、主に実施の形態１と異なる点を、図６から図９に基づいて説明する。
【００６８】
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図６に基づいて、飛しょう体２００に備わる自動操縦システム２０１の構成を説明する。
自動操縦システム２０１は、実施の形態１（図１参照）で説明したように、複数の飛しょう制御装置２０２と複数の操舵翼２０３と自動操縦装置１００とを備える。
自動操縦装置１００は、指令部１１０と制限部１２０と変換部１３０との他に、制限変更部１４０を機能構成の要素として備える。制限変更部１４０はソフトウェアで実現される。
自動操縦プログラムは、指令部１１０と制限部１２０と変換部１３０と制限変更部１４０とを実現するプログラムである。
【００６９】
図７に基づいて、指令部１１０および制限部１２０の構成を説明する。
指令部１１０は、実施の形態１（図２参照）で説明したように、ピッチ指令部１１１とヨー指令部１１２とロール指令部１１３とを備える。
制限部１２０は、実施の形態１（図２参照）で説明したように、ピッチ制限部１２１とヨー制限部１２２とを備える。
【００７０】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
図８に基づいて、自動操縦方法を説明する。
ステップＳ２１０の処理は定期的に実行され、ステップＳ２１０の処理が実行される毎にステップＳ２２０以降の処理が実行される。
【００７１】
ステップＳ２１０において、指令部１１０は、ピッチ舵角指令とヨー舵角指令とロール舵角指令とを出力する。
ステップＳ２１０の処理は、実施の形態１におけるステップＳ１１０（図３参照）の処理と同じである。
【００７２】
指令部１１０から出力されたピッチ舵角指令およびヨー舵角指令は、制限部１２０に入力される。
指令部１１０から出力されたロール舵角指令は、制限変更部１４０と変換部１３０とに入力される。
【００７３】
ステップＳ２２０において、制限変更部１４０は、ロール舵角指令に基づいて、ピッチ制限率とヨー制限率とを変更する。
【００７４】
図９に基づいて、ピッチ制限率とヨー制限率とを変更するための制限変更処理（Ｓ２２０）を説明する。
なお、制限変更部１４０は、ステップＳ２１０が実行される毎にロール舵角指令を受け付ける。つまり、制限変更部１４０は、ロール舵角指令を連続して受け付ける。
【００７５】
ステップＳ２２１において、制限変更部１４０は、今回のロール舵角指令と前回以前のロール舵角指令とを用いて、ロール舵角指令変化率を算出する。
今回のロール舵角指令は、今回受け付けられたロール舵角指令である。
前回以前のロール舵角指令は、前回以前に受け付けられたロール舵角指令である。
ロール舵角指令変化率は、ロール舵角指令の変化率、すなわち、ロール舵角指令が変化する速度である。言い換えると、ロール舵角指令変化率は、単位時間当たりに変化したロール舵角指令の大きさである。
【００７６】
ロール舵角指令変化率を算出する方法は、ピッチ舵角指令変化率を算出する方法（図４のステップＳ１２１Ｐを参照）と同様である。
【００７７】
ステップＳ２２２において、制限変更部１４０は、ロール舵角指令変化率を用いて、ピッチ制限率とヨー制限率とを算出する。
具体的には、制限変更部１４０は、ロール舵角指令変化率を計算式に代入して、計算式を計算する。これにより、ピッチ制限率とヨー制限率とが算出される。この計算式は、ロール舵角指令変化率とピッチ制限率とヨー制限率との関係を示す式である。
【００７８】
例えば、計算式は式（２−１）で表すことができる。
【００７９】
【数３】
2018132234.tif 000005
ｄδｐｙｍａｘは、ピッチ制限率であり、且つ、ヨー制限率である。
ｄδｍａｘは、ロール性能率である。ロール性能率は、飛しょう制御装置２０２が有するハードウェア性能に基づいて定まるロール舵角指令変化率の上限である。つまり、ロール性能率は定数である。
ｋは、ロール制限係数である。ロール制限係数は０より大きく１より小さい定数または１である。
ｄδｒｃは、ロール舵角指令変化率である。
【００８０】
ステップＳ２２３において、制限変更部１４０は、ステップＳ２２２で算出されたピッチ制限率をピッチ下限率と比較する。ピッチ下限率は、ピッチ制限率の下限として予め決められた値である。
ピッチ制限率がピッチ下限率以上である場合、処理はステップＳ２２４に進む。
ピッチ制限率がピッチ下限率より小さい場合、処理はステップＳ２２５に進む。
【００８１】
ステップＳ２２４において、制限変更部１４０は、ピッチ制限率の設定値をステップＳ２２２で算出されたピッチ制限率に変更する。ピッチ制限率の設定値は、ステップＳ２３０（図８参照）で使用される値としてメモリ９０２に記憶されているピッチ制限率である。
【００８２】
ステップＳ２２５において、制限変更部１４０は、ピッチ制限率の設定値をピッチ下限率に変更する。
【００８３】
ステップＳ２２６において、制限変更部１４０は、ステップＳ２２２で算出されたヨー制限率をヨー下限率と比較する。ヨー下限率は、ヨー制限率の下限として予め決められた値である。ヨー下限率は、ピッチ下限率と同じ値であってもよいし、ピッチ下限率と異なる値であってもよい。
ヨー制限率がヨー下限率以上である場合、処理はステップＳ２２７に進む。
ヨー制限率がヨー下限率より小さい場合、処理はステップＳ２２８に進む。
【００８４】
ステップＳ２２７において、制限変更部１４０は、ヨー制限率の設定値をステップＳ２２２で算出されたヨー制限率に変更する。ヨー制限率の設定値は、ステップＳ２３０（図８参照）で使用される値としてメモリ９０２に記憶されているヨー制限率である。
【００８５】
ステップＳ２２８において、制限変更部１４０は、ヨー制限率の設定値をヨー下限率に変更する。
【００８６】
図８に戻り、ステップＳ２３０から説明を続ける。
ステップＳ２３０において、制限部１２０は、ピッチ舵角指令に基づくピッチ制限指令と、ヨー舵角指令に基づくヨー制限指令とを出力する。
ステップＳ２３０の処理は、実施の形態１におけるステップＳ１２０（図３参照）の処理と同じである。
ステップＳ２３０では、ステップＳ２２０で変更された後のピッチ制限率およびヨー制限率が使用される。
【００８７】
ステップＳ２４０において、変換部１３０は、ピッチ制限指令とヨー制限指令とロール舵角指令とに基づいて、複数の操舵指令を出力する。
ステップＳ２４０の処理は、実施の形態１におけるステップＳ１３０（図３参照）の処理と同じである。
【００８８】
ステップＳ２５０において、複数の飛しょう制御装置２０２は、複数の操舵指令に基づいて、複数の操舵翼２０３のそれぞれの傾きを制御する。
ステップＳ２５０の処理は、実施の形態１におけるステップＳ１４０（図３参照）の処理と同じである。
【００８９】
＊＊＊実施の形態２の効果＊＊＊
ロール舵角指令の変化率に基づいてピッチ制限率とヨー制限率とを変更することができる。
これにより、ロール制御を優先しつつ、ピッチ制御およびヨー制御の応答を必要以上に抑えることなく、制御系の安定性を確保することが可能となる。
【００９０】
実施の形態３．
アンチワインドアップ制御ループを実行してピッチ舵角指令およびヨー舵角指令を決定する形態について、主に実施の形態１と異なる点を、図１０から図１２に基づいて説明する。
【００９１】
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１０に基づいて、飛しょう体２００に備わる自動操縦システム２０１の構成を説明する。
自動操縦システム２０１は、実施の形態１（図１参照）で説明したように、複数の飛しょう制御装置２０２と複数の操舵翼２０３と自動操縦装置１００とを備える。
自動操縦装置１００は、指令部１１０と変換部１３０との他に、制限部１５０を機能構成の要素として備える。制限部１５０はソフトウェアで実現される。
自動操縦プログラムは、指令部１１０と変換部１３０と制限部１５０とを実現するプログラムである。
【００９２】
図１１に基づいて、指令部１１０の構成を説明する。
指令部１１０は、実施の形態１（図２参照）で説明したように、ピッチ指令部１１１とヨー指令部１１２とロール指令部１１３とを備える。
ピッチ指令部１１１は、乗算部１９１と加減算部１９２と乗算部１９３と加減算部１９４と積分部１９５と加減算部１９６と乗算部１９７と加減算部１９８と乗算部１９９とを備える。加減算部１９４と積分部１９５と加減算部１９６は、比例積分制御を行う比例積分制御系（ＰＩ制御系）を構成する。
ヨー指令部１１２の構成は、ピッチ指令部１１１の構成と同じである。
【００９３】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
図１２に基づいて、自動操縦方法を説明する。
ステップＳ３１０の処理は定期的に実行され、ステップＳ３１０の処理が実行される毎にステップＳ３２０以降の処理が実行される。
【００９４】
ステップＳ３１０において、指令部１１０は、ピッチ舵角指令とヨー舵角指令とロール舵角指令とを出力する。
具体的には、指令部１１０においてピッチ指令部１１１とヨー指令部１１２とロール指令部１１３は以下のように動作する。
ピッチ指令部１１１は、ピッチ制限舵角に基づいてピッチ舵角指令を決定し、決定されたピッチ舵角指令を出力する。ピッチ制限舵角は、ピッチ舵角指令の上限として算出される舵角である。
ヨー指令部１１２は、ヨー制限舵角に基づいてヨー舵角指令を決定し、決定されたヨー舵角指令を出力する。ヨー制限舵角は、ヨー舵角指令の上限として算出される舵角である。
ロール指令部１１３は、従来の方法でロール舵角指令を決定し、決定されたロール舵角指令を出力する。
【００９５】
図１１に基づいて、ピッチ指令部１１１においてピッチ舵角指令を決定する方法を説明する。
まず、乗算部１９１は、指定加速度ａｍｃｐを受け付ける。指定加速度ａｍｃｐは、飛しょう体２００の加速度として指定された加速度である。そして、乗算部１９１は、指定加速度ａｍｃｐにゲインＣ１を掛けて、得られた値を出力する。ゲインＣ１は予め決められた係数である。
次に、加減算部１９２は、センサ加速度ａｍｐを受け付ける。センサ加速度ａｍｐは、飛しょう体２００に設けられたセンサによって計測された飛しょう体２００の加速度である。そして、加減算部１９２は、乗算部１９１から出力された値からセンサ加速度ａｍｐを引いて、得られた値を出力する。
次に、乗算部１９３は、加減算部１９２から出力された値にゲインＣ２を掛けて、得られた値を出力する。ゲインＣ２は予め決められた係数である。
次に、加減算部１９４は、センサ角速度ｑを受け付ける。センサ角速度ｑは、飛しょう体２００に設けられたセンサによって計測された飛しょう体２００の角速度である。そして、加減算部１９４は、乗算部１９３から出力された値からセンサ角速度ｑと乗算部１９９から出力されたピッチ飽和量とを引いて、得られた値を出力する。
次に、積分部１９５は、加減算部１９４から得られた値にゲインＣ３を掛ける乗算を行い、乗算で得られた値に対して積分を行い、積分で得られた値を上限値と比較する。上限値は予め決められた値である。積分で得られた値が上限値以下である場合、積分部１９５は、積分で得られた値を出力する。積分で得られた値が上限値より大きい場合、積分部１９５は上限値を出力する。
次に、加減算部１９６は、センサ角速度ｑを受け付ける。そして、加減算部１９６は、積分部１９５から出力された値からセンサ角速度ｑを引いて、得られた値を出力する。
そして、乗算部１９７は、加減算部１９６から出力された値にゲインＣ４を掛けて、得られた値を出力する。ゲインＣ４は予め決められた係数である。乗算部１９７から出力される値が、ピッチ舵角指令である。
【００９６】
また、加減算部１９８は、制限部１５０から出力されるピッチ制限舵角を受け付ける。そして、加減算部１９８は、乗算部１９７から出力されたピッチ舵角指令からピッチ制限舵角を引いてピッチ差分を算出する。
そして、乗算部１９９は、加減算部１９８から出力されたピッチ差分にアンチワインドアップゲインＫｗｐを掛けてピッチ飽和量を算出する。アンチワインドアップゲインＫｗｐは予め決められた係数である。乗算部１９９から出力されたピッチ飽和量は加減算部１９４に入力される。
【００９７】
ヨー指令部１１２においてヨー舵角指令を決定する方法は、ピッチ指令部１１１においてピッチ舵角指令を決定する方法と同様である。
【００９８】
図１２に戻り、ステップＳ３２０から説明を続ける。
ステップＳ３２０において、変換部１３０は、ピッチ舵角指令とヨー舵角指令とロール舵角指令とに基づいて、複数の操舵指令を出力する。
【００９９】
具体的には、変換部１３０は以下のように動作する。
まず、変換部１３０は、ピッチ舵角指令とヨー舵角指令とロール舵角指令とを受け付ける。
次に、変換部１３０は、ピッチ舵角指令とヨー舵角指令とロール舵角指令とを複数の操舵翼２０３に対応する複数の操舵角度に変換する。このような変換はフィンミキシング計算と呼ばれる。フィンミキシング計算については後述する。
そして、変換部１３０は、操舵翼２０３毎に、操舵角度を示す操舵指令を生成し、生成された操舵指令を出力する。
【０１００】
フィンミキシング計算を説明する。
変換部１３０は、ピッチ舵角指令とヨー舵角指令とロール舵角指令とを変換式に代入して、変換式を計算する。これにより、複数の操舵翼２０３に対応する複数の操舵角度が算出される。この変換式は、ピッチ舵角指令とヨー舵角指令とロール舵角指令と複数の操舵角度との関係を示す式である。
【０１０１】
操舵翼２０３の数が４つである場合の変換式は、式（３−１）から式（３−９）で表すことができる。
【０１０２】
【数４】
2018132234.tif 000006
δｐｙｍａｘは上限舵角である。上限舵角は、ピッチ舵角指令の上限で且つヨー舵角指令の上限として予め決められた舵角である。
ｍａｘ（Ｘ，Ｙ）は値Ｘと値Ｙとのうちの大きい方の値である。
δｐｃはピッチ舵角指令であり、δｙｃはヨー舵角指令であり、δｒｃはロール舵角指令である。
δｎｃは、第ｎの操舵翼２０３に対応する操舵角度である。ｎは１から４までの整数である。
【０１０３】
ステップＳ３３０において、複数の飛しょう制御装置２０２は、複数の操舵指令に基づいて、複数の操舵翼２０３のそれぞれの傾きを制御する。
ステップＳ３３０の処理は、実施の形態１におけるステップＳ１４０（図３参照）と同じである。
【０１０４】
ステップＳ３４０において、制限部１５０は、ピッチ舵角指令とヨー舵角指令とに基づいて、ピッチ制限舵角とヨー制限舵角とを出力する。
ピッチ制限舵角は、制限されたピッチ舵角指令であり、ヨー制限舵角は、制限されたヨー舵角指令である。
【０１０５】
具体的には、制限部１５０は、ピッチ舵角指令とヨー舵角指令とを用いてピッチ制限舵角とヨー制限舵角とを算出し、算出されたピッチ制限舵角とヨー制限舵角とを出力する。制限部１５０から出力されたピッチ制限舵角はピッチ指令部１１１に入力され、制限部１５０から出力されたヨー制限舵角はヨー指令部１１２に入力される。
【０１０６】
ピッチ制限舵角とヨー制限舵角とを算出する方法を説明する。
制限部１５０は、ピッチ舵角指令をピッチ制限式に代入して、ピッチ制限式を計算する。これにより、ピッチ制限舵角が算出される。ピッチ制限式は、ピッチ舵角指令とピッチ制限舵角との関係を示す式である。
さらに、制限部１５０は、ヨー舵角指令をヨー制限式に代入して、ヨー制限式を計算する。これにより、ヨー制限舵角が算出される。ヨー制限式は、ヨー舵角指令とヨー制限舵角との関係を示す式である。
【０１０７】
ピッチ制限式は式（３−１０）で表すことができ、ヨー制限式は式（３−１１）で表すことができる。
【０１０８】
【数５】
2018132234.tif 000007
【０１０９】
δｐｃ２はピッチ制限舵角である。ピッチ制限舵角は、制限されたピッチ舵角指令である。つまり、ピッチ制限舵角は今回のピッチ舵角指令以下の舵角である。
δｐｃはピッチ舵角指令である。
δｙｃ２はヨー制限舵角である。ヨー制限舵角は、制限されたヨー舵角指令である。つまり、ヨー制限舵角は今回のヨー舵角指令以下の舵角である。
δｙｃはヨー舵角指令である。
ｋｐｙは、上記の式（３−１）で得られる値であり、０より大きく１より小さい値または１である。
【０１１０】
＊＊＊実施の形態３の効果＊＊＊
ピッチ制御系およびヨー制御系にアンチワインドアップ制御ループが付加されているので、制御系の安定性を向上することができる。
一般的なＰＩＤ制御系、すなわち、比例積分微分制御系は、線形領域での性能を満足するように設計される。しかし、実際には積分器の飽和などにより、設計通りの性能が発揮されない場合がある。積分器の飽和は、リミッタなどの非線形要素の影響によって発生する。
実施の形態３では、アンチワインドアップ制御ループが適用されている。つまり、ピッチ舵角指令およびヨー舵角指令が飽和した際に制御系内の積分器（積分部１９５）に舵角指令の飽和量がフィードバックされる。そのため、ピッチ舵角指令およびヨー舵角指令の飽和が改善される。これにより、ピッチ舵角指令およびヨー舵角指令の急激な変化が緩和されるため、ロール制御の破綻を回避することが可能となる。
【０１１１】
実施の形態１で説明したフィンミキシング計算はリミット処理を考慮しない計算である。一方、実施の形態３で説明したフィンミキシング計算はピッチとヨーとロールとの舵角配分に応じたリミット処理を考慮した計算である。具体的には、実施の形態３で説明したフィンミキシング計算では、ピッチ舵角指令とヨー舵角指令との合成値とロール舵角指令とのそれぞれに対してリミット処理が行われている。
ピッチ舵角指令およびヨー舵角指令が制限値未満であれば、式（３−１）で得られるｋｐｙが０になるため、フィードバック量は０になる。
つまり、ピッチ舵角指令およびヨー舵角指令が飽和した場合にのみ、アンチワインドアップ制御ループが機能する。
実施の形態３によって、ピッチ舵角指令およびヨー舵角指令が飽和した場合に、ピッチ制御ループとヨー制御ループとのそれぞれに舵角指令の飽和量がフィードバックされる。そのため、制御系における非線形領域での動作を効率的に線形領域に戻すことができる。したがって、非線形領域におけるピッチ舵角速度の飽和およびヨー舵角速度の飽和の影響が低減され、制御系の安定性を向上することができる。
【０１１２】
＊＊＊実施の形態の補足＊＊＊
実施の形態において、自動操縦装置１００の機能はハードウェアで実現してもよい。
図１３に、自動操縦装置１００の機能がハードウェアで実現される場合の構成を示す。
自動操縦装置１００は処理回路９９０を備える。処理回路９９０はプロセッシングサーキットリともいう。
処理回路９９０は、指令部１１０と制限部１２０と変換部１３０と制限変更部１４０と制限部１５０と記憶部とを実現する専用の電子回路である。
例えば、処理回路９９０は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ロジックＩＣ、ＧＡ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡまたはこれらの組み合わせである。ＧＡはＧａｔｅ  Ａｒｒａｙの略称であり、ＡＳＩＣはＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔの略称であり、ＦＰＧＡはＦｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙの略称である。
【０１１３】
自動操縦装置１００は、処理回路９９０を代替する複数の処理回路を備えてもよい。複数の処理回路は、処理回路９９０の役割を分担する。
【０１１４】
自動操縦装置１００の機能は、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせで実現してもよい。つまり、一部の機能がソフトウェアで実現され、残りの機能がハードウェアで実現されてもよい。
例えば、指令部１１０が回路のようなハードウェアで実現され、制限部１２０と変換部１３０と制限変更部１４０と制限部１５０とがソフトウェアで実現される。
【０１１５】
実施の形態は、好ましい形態の例示であり、本発明の技術的範囲を制限することを意図するものではない。実施の形態は、部分的に実施してもよいし、他の形態と組み合わせて実施してもよい。フローチャート等を用いて説明した手順は、適宜に変更してもよい。
【符号の説明】
【０１１６】
１００  自動操縦装置、１１０  指令部、１１１  ピッチ指令部、１１２  ヨー指令部、１１３  ロール指令部、１２０  制限部、１２１  ピッチ制限部、１２２  ヨー制限部、１３０  変換部、１４０  制限変更部、１５０  制限部、１９１  乗算部、１９２  加減算部、１９３  乗算部、１９４  加減算部、１９５  積分部、１９６  加減算部、１９７  乗算部、１９８  加減算部、１９９  乗算部、２００  飛しょう体、２０１  自動操縦システム、２０２  飛しょう制御装置、２０３  操舵翼、９０１  プロセッサ、９０２  メモリ、９０３  補助記憶装置、９９０  処理回路。
【図１】
2018132234.tif 000008
【図２】
2018132234.tif 000009
【図３】
2018132234.tif 000010
【図４】
2018132234.tif 000011
【図５】
2018132234.tif 000012
【図６】
2018132234.tif 000013
【図７】
2018132234.tif 000014
【図８】
2018132234.tif 000015
【図９】
2018132234.tif 000016
【図１０】
2018132234.tif 000017
【図１１】
2018132234.tif 000018
【図１２】
2018132234.tif 000019
【図１３】
2018132234.tif 000020