(57)【要約】【課題】  目標物を追尾する大型アンテナを最大速度性能でマスターコリメータと連動させる。【解決手段】  その指向方向をコリメータ駆動部５により指向方向が変更されるコリメータ４の指向方向θKとアンテナ駆動装置２、３により指向方向が変更されるアンテナ１の指向方向θMとの差である光学誤差ΔKを取得する光学誤差取得部１３と、コリメータの指向方向の実測値θKDが入力されてアンテナ方向推定値を求めるアンテナ方向推定部１４と、指向方向指令値θcとアンテナ方向推定値とが入力されて指向方向指令値θcとアンテナ方向推定値の差をゼロに近づける制御モードであるマスターモードで、アンテナ駆動装置２、３を制御するアンテナ制御部１６と、マスターモードでは、光学誤差ΔKが入力されて光学誤差ΔKをゼロに近づけるようにコリメータ駆動部５を制御するコリメータ制御部１５とを備える。【選択図】  図２
2018023063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コリメータ駆動部により指向方向が変更されるコリメータの指向方向であるコリメータ方向の実測値を取得するコリメータ方向取得部と、
アンテナ駆動装置により指向方向が変更されるアンテナの指向方向であるアンテナ方向と前記コリメータ方向との差である光学誤差を取得する光学誤差取得部と、
前記コリメータ方向の実測値が入力されて前記アンテナ方向の推定値であるアンテナ方向推定値を求めるアンテナ方向推定部と、
前記アンテナ方向の指令値である指向方向指令値と前記アンテナ方向推定値とが入力されて前記指向方向指令値と前記アンテナ方向推定値の差をゼロに近づける制御モードであるマスターモードで、前記アンテナ駆動装置を制御するアンテナ制御部と、
前記マスターモードでは、前記光学誤差が入力されて前記光学誤差をゼロに近づけるように前記コリメータ駆動部を制御するコリメータ制御部とを備えたアンテナの指向方向制御装置。
【請求項２】
前記アンテナ方向推定部に前記光学誤差も入力され、前記コリメータ方向の実測値および前記光学誤差を用いて前記アンテナ方向推定値を求める、請求項１に記載のアンテナの指向方向制御装置。
【請求項３】
前記アンテナ制御部が、前記マスターモードと互いに切替可能な制御モードであるスレーブモードでは、前記光学誤差が入力されて前記光学誤差をゼロに近づけるように前記アンテナ駆動装置を制御し、
前記コリメータ制御部は、前記スレーブモードでは、前記指向方向指令値と前記コリメータ方向の実測値とが入力されて前記指向方向指令値と前記コリメータ方向の実測値の差をゼロに近づけるように前記アンテナ駆動装置を制御する、請求項１または請求項２に記載のアンテナの指向方向制御装置。
【請求項４】
前記指向方向指令値が入力されて、加速度および速度が制限されて前記指向方向指令値に追従する制限後指令値を出力する速度加速度制限フィルタを備えた請求項１から請求項３の何れか１項に記載のアンテナの指向方向制御装置。
【請求項５】
前記速度加速度制限フィルタが、
前記指向方向指令値の速度に制動係数を乗算した値と前記指向方向指令値とを加算した速度考慮指令値を求める速度考慮指令値計算部、
前記制限後指令値の速度に前記制動係数を乗算した値と前記制限後指令値とを加算した速度考慮制限後指令値を求める速度考慮制限後指令値計算部、
前記速度考慮指令値から前記速度考慮制限後指令値を減算した追従誤差を求める追従誤差計算部、
前記追従誤差に加速係数を乗算した追従加速度を計算する追従加速度計算部、
前記追従加速度の絶対値を決められた加速度上限値以下に制限した制限後追従加速度を出力する追従加速度制限部、
前記制限後追従加速度を積分して追従速度を求める追従速度計算部、
前記追従速度の絶対値を決められた速度上限値以下に制限した制限後追従速度を出力する追従速度制限部、
前記制限後追従速度を積分して前記制限後指令値を求める制限後指令値計算部、
前記指向方向指令値が入力されて、前記制動係数および前記加速係数を決める係数設定部を有する、請求項４に記載のアンテナの指向方向制御装置。
【請求項６】
前記速度上限値を前記アンテナ駆動装置の最大速度性能に対して決められた値以上とし、
前記加速度上限値を前記アンテナ駆動装置の最大加速度性能に対して決められた値以下とする、請求項５に記載のアンテナの指向方向制御装置。
【請求項７】
前記係数設定部が、決められた周期で取得される前記指向方向指令値の変化である指令値変化幅が入力され、決められたステップ検出閾値より前記指令値変化幅の絶対値が大きいことを検出した場合に、前記指令値変化幅に応じて前記制動係数および前記加速係数を決めて設定し、
前記速度加速度制限フィルタが、前記制限後指令値が前記指向方向指令値に収束するまで設定した前記制動係数および前記加速係数を保持する、請求項５または請求項６に記載のアンテナの指向方向制御装置。
【請求項８】
前記係数設定部が、前記アンテナ方向が前記指向方向指令値を越える量が許容値以下になるように前記制動係数および前記加速係数を決める、請求項７に記載のアンテナの指向方向制御装置。
【請求項９】
前記係数設定部が、前記制限後指令値と前記指向方向指令値との差の絶対値が収束検出角度閾値より小さく、かつ前記制限後追従速度の絶対値が収束検出角度閾値以下である場合に、前記制限後指令値が前記指向方向指令値に収束したと判断する、請求項７または請求項８に記載のアンテナの指向方向制御装置。
【請求項１０】
前記速度加速度制限フィルタが、前記指令値変化幅の絶対値が前記ステップ検出閾値より大きいことを検出していない場合に含まれる決められた場合に、前記指向方向指令値をそのまま出力する、請求項７から請求項９の何れか１項に記載のアンテナの指向方向制御装置。
【請求項１１】
前記速度加速度制限フィルタが常に動作する、請求項７から請求項９の何れか１項に記載のアンテナの指向方向制御装置。
【請求項１２】
前記係数設定部が、前記指令値変化幅の絶対値が前記ステップ検出閾値より大きいことを検出しておらず、前記指令値変化幅がゼロでないことを連続して検出する場合に、前記指令値変化幅に応じて、前記指令値変化幅の絶対値の増加に対して前記制動係数が非減少になるように、かつ前記指令値変化幅の絶対値の増加に対して前記加速係数が非増加になるように決める、請求項１１に記載のアンテナの指向方向制御装置。
【請求項１３】
前記係数設定部が、前記指令値変化幅の絶対値が前記ステップ検出閾値より大きいことを検出しておらず、前回の前記指令値変化幅がゼロであり、かつ前記指令値変化幅がゼロでないこと検出する場合に、前記指令値変化幅に応じて、前記指令値変化幅の絶対値の増加に対して前記制動係数が非減少になるように、かつ前記指令値変化幅の絶対値の増加に対して前記加速係数が非増加になるように決める、請求項１１に記載のアンテナの指向方向制御装置。
【請求項１４】
指向方向を変更可能なコリメータと、
前記コリメータの指向方向を変更するコリメータ駆動部と、
アンテナ駆動装置により指向方向が変更されるアンテナの指向方向であるアンテナ方向と前記コリメータの指向方向である前記コリメータ方向との差である光学誤差を取得する光学誤差取得部と、
前記コリメータ方向の実測値を取得するコリメータ方向取得部、前記光学誤差を取得する光学誤差取得部と、前記コリメータ方向の実測値が入力されて前記アンテナ方向の推定値であるアンテナ方向推定値を求めるアンテナ方向推定部、前記アンテナ方向の指令値である指向方向指令値と前記アンテナ方向推定値とが入力されて前記指向方向指令値と前記アンテナ方向推定値の差をゼロに近づける制御モードであるマスターモードで、前記アンテナ駆動装置を制御するアンテナ制御部、前記マスターモードでは、前記光学誤差が入力されて前記光学誤差をゼロに近づけるように前記コリメータ駆動部を制御するコリメータ制御部を有する指向方向制御装置とを備えたアンテナの指向方向制御システム。
【請求項１５】
アンテナと、
前記アンテを支持して前記アンテナの指向方向を変更するアンテナ駆動装置と、
指向方向を変更可能なコリメータと、
前記コリメータの指向方向を変更するコリメータ駆動部と、
前記コリメータの指向方向である前記コリメータ方向と前記アンテナの指向方向であるアンテナ方向の差である光学誤差を検出する光学誤差検出部と、
前記コリメータ方向の実測値を取得するコリメータ方向取得部、前記光学誤差を取得する光学誤差取得部と、前記コリメータ方向の実測値が入力されて前記アンテナ方向の推定値であるアンテナ方向推定値を求めるアンテナ方向推定部、前記アンテナ方向の指令値である指向方向指令値と前記アンテナ方向推定値とが入力されて前記指向方向指令値と前記アンテナ方向推定値の差をゼロに近づける制御モードであるマスターモードで、前記アンテナ駆動装置を制御するアンテナ制御部、前記マスターモードでは、前記光学誤差が入力されて前記光学誤差をゼロに近づけるように前記コリメータ駆動部を制御するコリメータ制御部を有する指向方向制御装置とを備えたアンテナシステム。
【請求項１６】
指令値が入力されて、速度および加速度を制限した制限後指令値を出力する速度加速度制限フィルタと、
制御対象の被制御量が前記制限後指令値に追従するように、前記被制御量と前記制限後指令値との差が入力されて前記制御対象を制御する制御対象制御部とを備え、
前記速度加速度制限フィルタは、
指令値の速度に制動係数を乗算した値と前記指令値とを加算した速度考慮指令値を求める速度考慮指令値計算部、
前記制限後指令値の速度に前記制動係数を乗算した値と前記制限後指令値とを加算した速度考慮制限後指令値を求める速度考慮制限後指令値計算部、
前記速度考慮指令値から前記速度考慮制限後指令値を減算した追従誤差を求める追従誤差計算部、
前記追従誤差に加速係数を乗算した追従加速度を計算する追従加速度計算部、
前記追従加速度の絶対値を決められた加速度上限値以下に制限した制限後追従加速度を出力する追従加速度制限部、
前記制限後追従加速度を積分して追従速度を求める追従速度計算部、
前記追従速度の絶対値を決められた速度上限値以下に制限した制限後追従速度を出力する追従速度制限部、
前記制限後追従速度を積分して前記制限後指令値を求める制限後指令値計算部、
前記指令値が入力されて、前記制動係数および前記加速係数を決める係数設定部を有し、
前記係数設定部が、決められた周期で取得される前記指令値の変化である指令値変化幅が入力され、決められたステップ検出閾値より前記指令値変化幅の絶対値が大きいことを検出した場合に、前記指令値変化幅に応じて前記制動係数および前記加速係数を決めて設定し、
前記速度加速度制限フィルタが、前記制限後指令値が前記指令値に収束するまで設定した前記制動係数および前記加速係数を保持する制御装置。
【請求項１７】
前記係数設定部が、前記被制御量が前記指令値を越える量が許容値以下になるように前記制動係数および前記加速係数を決める、請求項１６に記載の制御装置。
【請求項１８】
前記係数設定部が、前記制限後指令値と前記指令値との差の絶対値が収束検出角度閾値より小さく、かつ前記制限後追従速度の絶対値が収束検出角度閾値以下である場合に、前記制限後指令値が前記指令値に収束したと判断する、請求項１６または請求項１７に記載の制御装置。
【請求項１９】
前記速度加速度制限フィルタが、前記指令値変化幅の絶対値が前記ステップ検出閾値より大きいことを検出していない場合に含まれる決められた場合に、前記指令値をそのまま出力する、請求項１６から請求項１８の何れか１項に記載の制御装置。
【請求項２０】
前記速度加速度制限フィルタが常に動作する、請求項１６から請求項１８の何れか１項に記載の制御装置。
【請求項２１】
前記係数設定部が、前記指令値変化幅の絶対値が前記ステップ検出閾値より大きいことを検出しておらず、前記指令値変化幅がゼロでないことを連続して検出する場合に、前記指令値の変化速度に応じて、前記変化速度の絶対値の増加に対して前記制動係数が非減少になるように、かつ前記指令値変化幅の絶対値の増加に対して前記加速係数が非増加になるように決める、請求項２０に記載の制御装置。
【請求項２２】
前記係数設定部が、前記指令値変化幅の絶対値が前記ステップ検出閾値より大きいことを検出しておらず、前回の前記指令値変化幅がゼロであり、かつ前記指令値変化幅がゼロでないこと検出する場合に、前記指令値変化幅に応じて、前記指令値変化幅の絶対値の増加に対して前記制動係数が非減少になるように、かつ前記指令値変化幅の絶対値の増加に対して前記加速係数が非増加になるように決める、請求項２０に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、目標物を追尾するアンテナの指向方向をマスターコリメータと連動させることで制御するアンテナの指向方向制御装置およびシステム、ならびに、制御対象の被制御量が指令値に追従するように制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型アンテナの指向方向を精密に制御するために、マスターコリメータ（以下コリメータと呼ぶ）に大型アンテナ（以下アンテナと呼ぶ）を連動して動作させる方法がある。コリメータは、任意の方位角(ＡＺ：Azimuth)および仰角(ＥＬ：Elevation)の方向に向くことができ、向いている方向を検出する精密な角度検出装置を装備した装置である。コリメータは、アンテナの方位角を変更する軸であるＡＺ軸と、仰角を変更する軸であるＥＬ軸の交点付近に、アンテナとは独立して設けられた基礎の上に設置される。コリメータは、角度指令値にしたがって駆動される。アンテナをコリメータに連動して駆動させるために、コリメータから発する光を反射する鏡をコリメータの近くのアンテナ側に設置する。コリメータから発する光をその鏡で反射し、アンテナとコリメータの間の角度誤差を検出する。アンテナをこの光で検出した角度誤差（光学誤差）がゼロになるように駆動することにより、アンテナはコリメータと同じ方向を向くように駆動される（以下スレーブモードと呼ぶ）。アンテナの角度検出精度が十分でないので、コリメータを利用してアンテナの角度を制御するようにしている。
【０００３】
大型アンテナの指向方向の制御方法は、最初はアンテナとコリメータをそれぞれ独立に、待機位置（例えば、ＡＺ＝１８０°、ＥＬ＝９０°）から与えられた角度指令値へ駆動する。アンテナ、コリメータのＡＺ角およびＥＬ角がそれぞれ角度指令値にほぼ等しい角度であることを判定すると、連動して動作するスレーブモードに入る。独立駆動では、アンテナとコリメータは、それぞれの角度検出器を使用してサーボループを構成している。そのため、アンテナとコリメータが同じ角度指令値になっても、機械的な調整による誤差や角度検出器の誤差などにより、アンテナとコリメータの間には角度誤差すなわち光学誤差が残る。この状態から光学誤差がゼロになる位置にアンテナを制御することが、スレーブモードでの制御である。
【０００４】
従来のアンテナの指向方向の制御方法では、速度および加速度を制限するフィルタを角度指令値が入力される制御ループの前に設けて、そのフィルタの出力をアンテナおよびコリメータの角度指令値にしている。フィルタは、独立駆動時、スレーブモード時の両方に挿入している。なお、風などの外乱に対してはフィルタは動作せず、最大加速トルクが出せるような構成としている。さらに、速度加速度制限フィルタは角度指令値に大きなステップが入る場合などアンテナに最大加速トルクが必要な角度指令値以外は動作しないようにしている。つまり、速度加速度制限フィルタは、使用と不使用を切替える方式である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】広沢春任、他４名、「大型アンテナの精密指向制御」、三菱電機技報、１９８５年、第５９巻、第９号、ｐ．６３１−６３６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の連動方法は、最大速度性能に対して運用速度を６０％に制限している。これは連動方法にスレーブモードを使用しているため、スレーブする側（従側：アンテナ）の速度と主となる側（主側：コリメータ）の速度が同じなので、最大速度で主側が移動すると、従側は追いつくことができないからである。主側の運用速度を下げて、従側が主側に追いつくまでは主側よりも速い速度を出して追い付けるようにしている。従側が主側に追いついた後は、主側と従側を同じ速度で移動させる。
【０００７】
現状の連動方法は、アンテナの指向方向である方位角または仰角を大きなステップで変更する角度指令値に対して、アンテナの指向方向である方位角または仰角が角度指令値を越えて変化し、角度指令値を越える量であるオーバシュートが例えば、約０．２(度)残っている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るアンテナの指向方向制御装置は、コリメータ駆動部により指向方向が変更されるコリメータの指向方向であるコリメータ方向の実測値を取得するコリメータ方向取得部と、アンテナ駆動装置により指向方向が変更されるアンテナの指向方向であるアンテナ方向と前記コリメータ方向との差である光学誤差を取得する光学誤差取得部と、コリメータ方向の実測値が入力されてアンテナ方向の推定値であるアンテナ方向推定値を求めるアンテナ方向推定部とを備える。さらに、アンテナ方向の指令値である指向方向指令値とアンテナ方向推定値とが入力されて指向方向指令値とアンテナ方向推定値の差をゼロに近づける制御モードであるマスターモードで、アンテナ駆動装置を制御するアンテナ制御部と、マスターモードでは、光学誤差が入力されて光学誤差をゼロに近づけるようにコリメータ駆動部を制御するコリメータ制御部とを備える。
【０００９】
この発明に係る制御装置は、指令値が入力されて、速度および加速度を制限した制限後指令値を出力する速度加速度制限フィルタと、制御対象の被制御量が制限後指令値に追従するように、被制御量と制限後指令値との差が入力されて制御対象を制御する制御対象制御部とを備える。
速度加速度制限フィルタは、指令値の速度に制動係数を乗算した値と指令値とを加算した速度考慮指令値を求める速度考慮指令値計算部、制限後指令値の速度に制動係数を乗算した値と制限後指令値とを加算した速度考慮制限後指令値を求める速度考慮制限後指令値計算部、速度考慮指令値から速度考慮制限後指令値を減算した追従誤差を求める追従誤差計算部、追従誤差に加速係数を乗算した追従加速度を計算する追従加速度計算部、追従加速度の絶対値を決められた加速度上限値以下に制限した制限後追従加速度を出力する追従加速度制限部、制限後追従加速度を積分して追従速度を求める追従速度計算部、追従速度の絶対値を決められた速度上限値以下に制限した制限後追従速度を出力する追従速度制限部、制限後追従速度を積分して制限後指令値を求める制限後指令値計算部、指令値が入力されて、制動係数および加速係数を決める係数設定部を有する。
係数設定部が、決められた周期で取得される指令値の変化である指令値変化幅が入力され、決められたステップ検出閾値より指令値変化幅の絶対値が大きいことを検出した場合に、指令値変化幅に応じて制動係数および加速係数を決めて設定する。速度加速度制限フィルタが、制限後指令値が指令値に収束するまで設定した制動係数および加速係数を保持する。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係るにアンテナの指向方向制御装置よれば、アンテナとコリメータを連動状態のままで最大速度性能で指向方向を変更できる。
【００１１】
この発明に係るに制御装置よれば、ステップ状に変更された指令値に対して、制御対象の被制御量が指令値を越える量を許容値以下にして追従させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係るアンテナの指向方向制御装置が適用されたアンテナシステムの構成を説明する模式図である。
【図２】実施の形態１に係るアンテナの指向方向制御装置の構成を説明するブロック図である。
【図３】実施の形態１に係るアンテナの指向方向制御装置のマスターモード時の構成を説明するブロック図である。
【図４】実施の形態１に係るアンテナの指向方向制御装置のスレーブモード時の構成を説明するブロック図である。
【図５】実施の形態１に係るアンテナの指向方向制御装置の独立駆動時の構成を説明するブロック図である。
【図６】実施の形態１に係るアンテナの指向方向制御装置が有する速度加速度制限フィルタの構成を説明するブロック図である。
【図７】実施の形態１に係るアンテナの指向方向制御装置が有する速度加速度制限フィルタにおいて指向方向指令値がステップ状に変化したことを検出した場合に係数を設定する１例を説明する図である。
【図８】実施の形態１に係るアンテナの指向方向制御装置が有する速度加速度制限フィルタにおいて指向方向指令値がステップ状に変化したことを検出した場合に係数を設定する１例の部分拡大図である。
【図９】実施の形態１に係るアンテナの指向方向制御装置が有する速度加速度制限フィルタにおいて指向方向指令値の速度を検出する場合に係数を設定する１例を説明する図である。
【図１０】実施の形態１に係るアンテナの指向方向制御装置が有する速度加速度制限フィルタの動作の１例を説明する図である。
【図１１】実施の形態１に係るアンテナの指向方向制御装置が有する速度加速度制限フィルタの動作の別の１例を説明する図である。
【図１２】実施の形態１に係るアンテナの指向方向制御装置が有する速度加速度制限フィルタにおいて制動係数ξの値の差によりオーバシュートが発生することを説明する図である。
【図１３】実施の形態１に係るアンテナの指向方向制御装置がマスターモードでアンテナの指向方向をステップ状に変更する場合の１例のシミュレーション結果を示す図である。
【図１４】比較例としての従来のアンテナの指向方向制御装置がアンテナの指向方向をステップ状に変更する場合の１例のシミュレーション結果を示す図である。
【図１５】比較例としての従来のアンテナの指向方向制御装置がアンテナの指向方向をステップ状に変更する場合の別の１例のシミュレーション結果を示す図である。
【図１６】実施の形態１に係るアンテナの指向方向制御装置が有する係数設定部がフィルタの係数を設定する動作を説明するフローチャートである。
【図１７】実施の形態１に係るアンテナの指向方向制御装置がアンテナの指向方向を一定の速度で変更する場合の１例のシミュレーション結果を示す図である。
【図１８】実施の形態１に係るアンテナの指向方向制御装置がアンテナの指向方向を一定の速度で変更する場合の別の１例のシミュレーション結果を示す図である。
【図１９】この実施の形態２に係るアンテナの指向方向制御装置の構成を説明するブロック図である。
【図２０】実施の形態２に係るアンテナの指向方向制御装置のマスターモード時の構成を説明するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るアンテナの指向方向制御装置が適用されたアンテナシステムの構成を説明する模式図である。アンテナ１は、仰角駆動装置２により支持され、アンテナ１が指向する方向の仰角を仰角駆動装置２により変更可能である。アンテナ１および仰角駆動装置２は、方位角駆動装置３により支持されて方位角が変更される。コリメータ４は、アンテナ１のＡＺ軸とＥＬ軸の交点付近に、アンテナ１とは独立して設けられた基礎の上に設置される。コリメータ４は、角度指令値にしたがってコリメータ駆動装置５により駆動可能である。仰角駆動装置２および方位角駆動装置３は、アンテナ１の指向方向（方位角および仰角）を変更するアンテナ駆動装置を構成する。コリメータ駆動装置５は、厳密には仰角駆動装置と方位角駆動装置とを有する。この明細書では、アンテナ１の駆動装置と紛らわしくならないように、コリメータ駆動装置５と呼ぶ。
【００１４】
アンテナ１とコリメータ４とを連動させて駆動させるために、コリメータ４から発する光を反射する鏡６をコリメータの近くのアンテナ１に設置する。アンテナ１の指向方向をアンテナ方向と呼ぶ。コリメータ４の指向方向をコリメータ方向と呼ぶ。鏡６は、アンテナ１の指向方向が変化すると同じように方向が変化する。コリメータ４から発する光をその鏡６で反射し、反射した光をコリメータ４付近に設置した受光器７で受ける。受光器７は、コリメータ４と連動してその向きが変更される。受光器７は、鏡６で反射された光が入射する光の入射角を計測可能である。受光器７は、その受光面に対して決められた方向、例えば法線方向と鏡６で反射された光の入射角度から、アンテナ方向とコリメータ方向の差である光学誤差を検出する。鏡６および受光器７は、コリメータ４とアンテナ１の指向方向の差である光学誤差を検出する光学誤差検出部８を構成する。
【００１５】
アンテナシステム５０は、アンテナ１、仰角駆動装置２、方位角駆動装置３、コリメータ４、コリメータ駆動装置５、光学誤差検出部８、アンテナの指向方向制御装置９を、少なくとも有して構成される。アンテナの指向方向制御システムは、コリメータ４、光学誤差検出部８、指向方向制御装置９を、少なくとも有して構成される。
【００１６】
指向方向制御装置９には、アンテナ１を制御する上位装置１０からアンテナ１の指向方向の指令値である指向方向指令値θcが入力される。指向方向制御装置９は、アンテナ１が指向方向指令値θcで指示された方向を向くように、仰角駆動装置２、方位角駆動装置３およびコリメータ駆動装置５を制御する。
【００１７】
指向方向制御装置９は、マスターモード、スレーブモードおよび独立駆動の３方式での制御を実施できる。マスターモードは、アンテナ１が指令値に追従するように制御され、コリメータ４がアンテナ１と同じ方向を向くように制御される。マスターモードおよび独立駆動は、大きな指向方向の変化が必要な場合に使用する。スレーブモードは、目標を追尾する際に使用する。追尾にマスターモードを使用してもよい。
【００１８】
指向方向制御装置９は、コリメータ方向取得部１１、アンテナ方向取得部１２、光学誤差取得部１３、コリメータ方向および光学誤差が入力されてアンテナ方向の推定値であるアンテナ方向推定値を求めるアンテナ方向推定部１４、コリメータ方向を制御するコリメータ制御部１５、アンテナ方向が指向方向指令値と一致するように仰角駆動装置２および方位角駆動装置３を制御するアンテナ制御部１６、指向方向指令値θcの速度および加速度を制限する速度加速度制限フィルタ１７を有する。速度加速度制限フィルタ１７をフィルタ１７と略す場合がある。
【００１９】
コリメータ方向取得部１１は、コリメータ方向の実測値θKDを取得する。アンテナ方向取得部１２は、アンテナ方向の実測値θMDを取得する。アンテナ方向取得部１２は独立駆動の場合に使用する。アンテナ方向推定部１４は、マスターモードの場合に使用する。光学誤差取得部１３は、マスターモードおよびスレーブモードの場合に使用する。コリメータ方向取得部１１は、すべての場合に使用する。
【００２０】
図２は、実施の形態１に係るアンテナの指向方向制御装置の構成を説明するブロック図である。仰角駆動装置２および方位角駆動装置３に対してそれぞれ１個の制御ループが存在するが、同じ形なので１個だけを示す。方位角または仰角である指向方向指令値θcは、速度加速度制限フィルタ１７に入力される。速度加速度制限フィルタ１７は、指向方向指令値θcの速度および加速度を制限したフィルタ出力値φを出力する。
【００２１】
フィルタ１７の出力は３分されて、そのうちの２つは減算器１８と減算器１９にそれぞれ入力される。減算器１８は、フィルタ出力値φからアンテナ方向の実測角度θMDを減算した値を出力する。減算器１９は、フィルタ出力値φからコリメータ方向の実測角度θKDを減算した値を出力する。
【００２２】
仰角駆動装置２および方位角駆動装置３のサーボ制御系は、その伝達関数ＧM(s)が以下であるとする。
ＧM(s)＝Ｗmc(ｓ＋Ｗm1)/ｓ/ｓ
【００２３】
仰角駆動装置２または方位角駆動装置３の入力側には、制御モード切替スイッチ２０が存在する。制御モード切替スイッチ２０は、独立駆動の端子２０Ｉ、マスターモードの端子２０Ｍ、スレーブモードの端子２０Ｓのどれかの端子と仰角駆動装置２または方位角駆動装置３の入力端子とを接続する。
【００２４】
独立駆動の端子２０Ｉには、減算器１８の出力を接続する。マスターモードの端子２０Ｍには、フィルタ出力値φが入力される減算器２１の出力を接続する。スレーブモードの端子２０Ｓには、光学誤差ΔK＝θK−θMを表す減算器２２の出力を接続する。ΔK＝θK−θMとしているので、減算器２２は、コリメータ方向θKからアンテナ方向θMを減算する。減算器２３は、コリメータ方向の実測角度θKDから光学誤差ΔKを減算した値を出力する。減算器２１は、フィルタ出力値φから減算器２３の出力を減算した値を出力する。したがって、制御モード切替スイッチ２０の各入力端子では、以下の値になる。
（制御モード切替スイッチ２０の各端子に入力される値）
独立駆動の端子：φ−θMD
マスターモードの端子：φ−(θKD−(θK−θM))＝φ−θM−θK＋θKD＝φ−θM
スレーブモードの端子：θK−θM
ここで、コリメータ４は指向方向を精度よく計測でき、θK＝θKDであると仮定する。
【００２５】
コリメータ駆動装置５のサーボ制御系は、その伝達関数ＧK(s)が以下であるとする。コリメータのサーボ制御系の定数は、仰角駆動装置２および方位角駆動装置３のサーボ制御系よりも１０倍程度の大きさとする。
ＧK(s)＝Ｗkc(ｓ＋Ｗk1)/ｓ/ｓ
【００２６】
コリメータ駆動装置５の入力側には、制御モード切替スイッチ２４が存在する。制御モード切替スイッチ２４は、マスターモードの端子２４Ｍ、マスターモード外の端子２４Ｓのどちらかの端子とコリメータ駆動装置５の入力端子とを接続する。
【００２７】
マスターモードの端子２４Ｍには、光学誤差ΔK＝θK−θMに−１を乗算する乗算器２５の出力端子が接続する。マスターモード外２４Ｓの端子には、減算器１９の出力端子が接続する。したがって、制御モード切替スイッチ２４の各入力端子では、以下の値になる。
（制御モード切替スイッチ２４の各端子に入力される値）
マスターモードの端子：θM−θK
マスターモード外の端子：φ−θKD
【００２８】
光学誤差ΔKをΔK＝θM−θKで計算する場合には、乗算器２５は不要である。また、減算器２３の替わりに、コリメータ方向の実測角度θKDと光学誤差ΔKとを加算する加算器を備えることになる。光学誤差ΔKの極性を考慮して、コリメータ方向の実測角度θKDと組合せることで、アンテナ方向θMを推定する。アンテナ方向推定部１４は、コリメータ方向の実測値θKDおよび光学誤差ΔKを用いてアンテナ方向推定値を求める。アンテナ方向推定値もθMで表記する。
【００２９】
各モードでの制御方法を説明する。図３は、実施の形態１に係るアンテナの指向方向制御装置のマスターモード時の構成を説明するブロック図である。図２において、制御モード切替スイッチ２０、２４をマスターモードの端子２０Ｍ、２４Ｍにそれぞれ接続した状態を表現したものが、図３である。図３などでは、使用しない減算器などは図示しない。
【００３０】
マスターモードでは、アンテナ方向推定値θMがフィルタ出力値φに一致するように、フィードバック制御が実施される。コリメータ方向θKは、アンテナ方向θMに追随するようなフィードバック制御が実施される。仰角駆動装置２および方位角駆動装置３を制御するアンテナ制御部１６は、フィルタ出力値φとアンテナ方向推定値θMの差をゼロに近づけるように動作する。フィルタ出力値φは指向方向指令値θcとの差は、時間が経過すると小さくなるので、アンテナ制御部１６は、指向方向指令値θcとアンテナ方向推定値θMの差をゼロに近づけるように動作する。コリメータ駆動部５を制御するコリメータ制御部１５は、光学誤差ΔKが入力されて光学誤差ΔKをゼロに近づけるように動作する。
【００３１】
図４は、実施の形態１に係るアンテナの指向方向制御装置のスレーブモード時の構成を説明するブロック図である。スレーブモードでは、コリメータ方向の実測値θKDがフィルタ出力値φに一致するように、フィードバック制御が実施される。アンテナ方向θMは、コリメータ方向θKに追随するようなフィードバック制御が実施される。アンテナ制御部１６は、光学誤差ΔKが入力されて光学誤差ΔKをゼロに近づけるように動作する。コリメータ制御部１５は、フィルタ出力値φおよび指向方向指令値θcとコリメータ方向の実測値θKDの差をゼロに近づけるように動作する。
【００３２】
図５は、実施の形態１に係るアンテナの指向方向制御装置の独立駆動時の構成を説明するブロック図である。独立駆動では、アンテナ方向の実測値θMDがフィルタ出力値φに一致するように、フィードバック制御が実施される。アンテナ方向の実測値θMDは精度が低いので、アンテナ方向θMがφとは誤差が発生する。コリメータ方向θKがフィルタ出力値φに一致するように、フィードバック制御が実施される。なお、コリメータ４は指向方向を精度よく計測でき、θKはφに一致すると仮定している。
【００３３】
マスターモード、スレーブモード、独立駆動のどの場合でも、アンテナ１のフィードバックループとコリメータ４のフィードバックループが、出力を入力に追従させるフィードバックループになる。そのため、各フィードバックループのゲインなどは高速な動作になるような値に設定する必要はない。
【００３４】
速度加速度制限フィルタ１７は、指向方向指令値θcの大きなステップ状(階段状)の変化が入力された場合に、仰角駆動装置２、方位角駆動装置３およびコリメータ駆動装置５に過度の速度や加速度がかからないように、速度および加速度を制限するものである。図６は、実施の形態１に係るアンテナの指向方向制御装置が有する速度加速度制限フィルタの構成を説明するブロック図である。
【００３５】
フィルタ１７は、入力される指向方向指令値θcの速度dθc/dtに制動係数ξの２倍を乗算した成分を加算した値を出力する前処理器３１、フィルタ出力値φの速度dφ/dtに制動係数ξの２倍を乗算する乗算器３２、乗算器３２の出力とフィルタ出力値φとを加算する加算器３３、前処理器３１の出力から加算器３３の出力を減算する減算器３４を有する。微分要素をｓと表現すると、減算器３４は(１＋２ξｓ)(θc−φ)を出力する。なお、ξを２倍にして、前処理器３１で制動係数ξを速度dθc/dtに乗算し、乗算器３２で制動係数ξを乗算するようにしてもよい。
【００３６】
前処理器３１は、指向方向指令値θcの速度dθc/dtに制動係数２ξを乗算した値と指向方向指令値θcとを加算した速度考慮指令値（θc＋２ξdθc/dt）を求める速度考慮指令値計算部である。フィルタ出力値φは、加速度および速度が制限されて指向方向指令値θcに追従する制限後指令値である。乗算器３２および加算器３３は、制限後指令値の速度dφ/dtに制動係数２ξを乗算した値と制限後指令値φとを加算した速度考慮制限後指令値（φ＋２ξdφ/dt）を求める速度考慮制限後指令値計算部である。減算器３４は、速度考慮指令値から速度考慮制限後指令値を減算した追従誤差(１＋２ξｓ)(θc−φ)を求める追従誤差計算部である。
【００３７】
減算器３４の出力は、乗算器３５により加速係数Ｗｎの２乗が乗算される。乗算器３５の出力ａcは、制限器３６に入力される。制限器３６は、入力された値ａcの絶対値が加速度上限値ａmax以下であればそのまま出力し、ａcの絶対値がａmaxより大きい場合には、絶対値をａmaxに制限した値を出力する。
数式で表現すると、以下のようになる。
ａc＝Ｗｎ２*(１＋２ξｓ)(φ−θc)         (1)
ａc＞ａmaxの場合、          ａ＝ａmax    (2A)
ａmax≧ａc≧−ａmaxの場合、 ａ＝ａc      (2B)
−ａmax＞ａcの場合、        ａ＝−ａmax  (2C)
なお、加速係数としてＷｎの２乗の値を設定して、乗算器３５が加速係数を乗算するようにしてもよい。
【００３８】
乗算器３５は、追従誤差に加速係数Ｗｎ２を乗算した追従加速度ａcを計算する追従加速度計算部である。制限器３６は、追従加速度の絶対値|ａc|を決められた加速度上限値ａmax以下に制限した制限後追従加速度ａを出力する追従加速度制限部である。
【００３９】
制限器３６の出力ａは、積分器３７に入力される。積分器３７は入力された値ａを積分した値ｖcを出力する。積分器３７の出力ｖcは、制限器３８に入力される。制限器３８は、入力された値ｖcの絶対値が速度上限値ｖmax以下であればそのまま出力し、ｖcの絶対値がｖmaxより大きい場合には、絶対値をｖmaxに制限した値を出力する。
数式で表現すると、以下のようになる。
ｖc＝∫ａdt                               (3)
ｖc＞ｖmaxの場合、          ｖ＝ｖmax    (4A)
ｖmax≧ｖc≧−ｖmaxの場合、 ｖ＝ｖc      (4B)
−ｖmax＞ｖcの場合、        ｖ＝−ｖmax  (4C)
【００４０】
積分器３７は、制限後追従加速度ａを積分して追従速度ｖcを求める追従速度計算部である。制限器３８は、追従速度の絶対値|ｖc|を決められた速度上限値ｖmax以下に制限した制限後追従速度ｖを出力する追従速度制限部である。
【００４１】
制限器３８の出力ｖは、積分器３９に入力される。積分器３９は入力された値ｖを積分した値を出力する。積分器３９の出力が、速度加速度制限フィルタ１７の出力であるフィルタ出力値φになる。数式で表現すると、以下のようになる。
φ＝∫ｖdt                             (5)
【００４２】
積分器３９は、制限後追従速度ｖを積分して制限後指令値φを求める制限後指令値計算部である。
【００４３】
フィルタ１７は、時間の刻み幅Δt（例えば０．０１秒）ごとに、すなわち周期的に指向方向指令値θcを取得する。前回に取得した指向方向指令値θcをθPで、今回に取得した指向方向指令値θcをθNで、指向方向指令値θcの速度をｕでそれぞれ表現する。式(1)を表現しなおすと、以下のようになる。
ｕ＝dθc/dt＝(θN−θP)/Δt              (6)
ａc＝Ｗｎ２*(θc−φ＋２ξ(ｕ−ｖ))      (7)
【００４４】
フィルタ１７は、指向方向指令値θc、その速度ｕおよびフィルタ出力値φとから制動係数ξおよび加速係数Ｗｎを設定する係数設定部４０を有する。
【００４５】
係数設定部４０は、指向方向指令値θcに時間の１刻み(ΔT)に大きな変化が入力されるステップ入力の場合と、速度ｕが０でない状態が継続する場合とで異なるように動作する。なお、指向方向指令値θcがステップ状に変化することを、ステップ入力と呼ぶ。また、ステップ状に変化した指向方向指令値の変化量をステップ角度Δθc(＝θN−θP)と呼ぶ。速度ｕが０でない状態が継続する場合を継続入力と呼ぶ。係数設定部４０は、ステップ入力を検出した場合に使用するステップ入力用係数テーブル４１と継続入力を検出した場合に使用する継続入力用係数テーブル４２とを有する。
【００４６】
ステップ入力用係数テーブル４１は、ステップ入力の大きさに対して制動係数ξおよび加速係数Ｗｎを決定できるものであれば、どのような形式で実現してもよい。表であってもよいし、関数であってもよい。継続入力用係数テーブル４２についても同様である。
【００４７】
ステップ入力を検出した場合は、ステップ入力用係数テーブル４１を参照して、検出したステップ角度の絶対値|Δθc|の大きさに応じてリアルタイムに制動係数ξおよび加速係数Ｗｎを決めて、フィルタ出力値φがθcに収束するまで保持する。継続入力を検出した場合は、指向方向指令値θcの速度の絶対値|ｕ|に応じて、リアルタイムに制動係数２ξおよび加速係数Ｗｎを決める。
【００４８】
図７は、実施の形態１に係るアンテナの指向方向制御装置が有する速度加速度制限フィルタにおいて指向方向指令値がステップ状に変化したことを検出した場合に係数を設定する１例を説明する図である。図７(a)に制動係数ξを、図７(b)に加速係数Ｗｎを示す。図８に、|Δθc|が０．１度から８度の範囲の拡大図を示す。ステップ入力用係数テーブル４１には、|Δθc|に対して図７で表現されるような制動係数ξと加速係数Ｗｎを設定している。なお、アンテナ１の運用速度は１．０(度/秒)、運用加速度は１．０(度/秒/秒)である。運用速度は、使用できる最大速度性能である。運用加速度は、使用できる最大加速度性能である。
【００４９】
図７に示す場合では、制動係数ξは、フィルタ出力値φにオーバシュートを発生させない下限の値に設定している。オーバシュートとは、φが指向方向指令値θcに変化する際にθcを越えて変化することである。φがθcへ増加する場合にφがθcよりも大きくなること、あるいは、φがθcへ減少する場合にφがθcよりも小さくなることが、オーバシュートである。オーバシュートを発生しないとは、φがθcを越える量が許容値以下であることである。なお、φがθcを越えない場合も、φがθcを越える量が許容値以下である場合に含まれる。ステップ角度の絶対値|Δθc|が６．７４度以上の場合は制動係数ξ＝１．６８６とし、|Δθc|が６．７４度から０．４９度の範囲では、θcのステップ角度の絶対値|Δθc|が小さくなるとξも小さくなるようにしている。|Δθc|が０．４９度から０．０１度の範囲ではξ＝０．５１とし、|Δθc|が０．０１度以下ではξ＝０．０９９とする。
【００５０】
加速係数Ｗｎは、|Δθc|が０．０１度以下でＷｎ＝１０．０１とし、０．０１度より大きい場合にＷｎ＝２としている。ステップ角度の絶対値|Δθc|が小さい場合に、フィルタ１７の応答を速くするため、加速係数Ｗｎを大きくしている。加速係数Ｗｎが大きい場合には、制動係数ξを小さくする。そうすることで、フィルタ１７が有する固有値の中で、絶対値が小さい方の固有値の絶対値が小さくなりすぎないようにする。図７では、ステップ角度の絶対値|Δθc|の変化に対して、加速係数Ｗｎおよび制動係数ξが階段状に変化する。連続的に変化するようにしてもよい。
【００５１】
ステップ入力かどうか判断する条件は後で説明するが、ステップ入力を検出していない状態で、前回の起動時は|Δθc|＝０であり、今回の起動で|Δθc|＞０を検出した場合に、|Δθc|に応じて、|Δθc|の増加に対して制動係数ξが非減少になるように、かつ|Δθc|の増加に対して加速係数Ｗnが非増加になるように決めている。
【００５２】
図９は、実施の形態１に係るアンテナの指向方向制御装置が有する速度加速度制限フィルタにおいて指向方向指令値θcの速度ｕを検出して設定する場合に係数を設定する１例を説明する図である。図９(a)に制動係数ξを、図９(b)に加速係数Ｗｎを示す。図９に示す場合では、速度の絶対値|ｕ|が０．１(度/秒)以下の場合には、ξ＝０．０９９、Ｗｎ＝１０．０１とする。|ｕ|が０．１(度/秒)より大きい場合には、ξ＝０．７、Ｗｎ＝２とする。|ｕ|が小さい場合にはフィルタの応答が速くなり、|ｕ|が大きい場合には大きな加速度が発生しないようにしている。継続入力用係数テーブル４２には、|ｕ|に対して図９で表現されるような制動係数ξと加速係数Ｗｎを設定している。運用速度が１．０(度/秒)なので、１．０(度/秒)より大きい速度が継続的に入力されることは無いので、継続入力用係数テーブル４２では|ｕ|≦１．０(度/秒)の範囲で定義する。
【００５３】
ステップ入力を検出していない状態で、前回の起動時は|Δθc|＞０であり、今回の起動で|Δθc|＞０を検出した場合、すなわち連続して|Δθc|＞０を検出した場合に、継続入力用係数テーブル４２を使用する。図９に示す例では、|Δθc|に応じて、|Δθc|の増加に対して制動係数ξが非減少になるように決めている。|Δθc|の増加に対して加速係数Ｗnが非増加になるように決めている。なお、|ｕ|＝|Δθc|/ΔTの関係にあるので、|ｕ|に対して表現した図９は、|Δθc|に対して表現することも可能である。
【００５４】
速度加速度制限フィルタ１７の動作について、説明する。フィルタ１７は、(A)自由動作モード、(B)加速度制限モード、(C)速度制限モードの３つのモードを有する。
【００５５】
(A)自由動作モードでは、以下が成立する。
|θc−φ＋２ξ*(dθc/dt−dφ/dt)|≦ａmax/(Ｗn２)
|dφ/dt|＜ｖmax
d2φ/dt2＋Ｗn２*(２ξ*dφ/dt＋φ)＝Ｗn２*(２ξ*dθc/dt＋θc)    (8)
【００５６】
(B)加速度制限モードでは、以下が成立する。
θc−φ＋２ξ*(dθc/dt−dφ/dt)＞ａmax/(Ｗn２) かつdφ/dt≦ｖmaxで、
d2φ/dt2＝ａmax
θc−φ＋２ξ*(dθc/dt−dφ/dt)＜−ａmax/(Ｗn２) かつdφ/dt≧−ｖmaxで、
d2φ/dt2＝−ａmax
【００５７】
(C)速度制限モードでは、以下が成立する。
θc−φ＋２ξ*(dθc/dt−dφ/dt)＞０で、dφ/dt＝ｖmax
θc−φ＋２ξ*(dθc/dt−dφ/dt)＜０で、dφ/dt＝−ｖmax
【００５８】
自由動作モードでの動作を解析する。式(8)を、微分要素を「ｓ」に置き換えてラプラス関数として表現すると、以下のようになる。
φ(ｓ)＝Ｇf(ｓ)*θc(ｓ)                                   (9)
Ｇf(ｓ)＝Ｗn２*(２ξ*ｓ＋１)/(ｓ２＋Ｗn２*(２ξ*ｓ＋１))  (10)
【００５９】
Ｇf(ｓ)の分母がゼロになる固有値を求めると、以下のようになる。
α1＝−Ｗn２ξ−Ｗn√(Ｗn２ξ２−１)
α2＝−Ｗn２ξ＋Ｗn√(Ｗn２ξ２−１)
ここで、式を簡潔に表現するため、以下のγを使用する。
γ＝Ｗn√(Ｗn２ξ２−１)
α1＝−Ｗn２ξ−γ
α2＝−Ｗn２ξ＋γ
【００６０】
θcがステップ状に変化する場合は、θc(ｓ)＝１/ｓとなり、式(9)からφ(ｓ)は、以下のようになる。
φ(ｓ)＝Ｗn２*(２ξ*ｓ＋１)/(ｓ２＋Ｗn２*(２ξ*ｓ＋１))/ｓ
＝１/ｓ−ｓ/(ｓ２＋Ｗn２*(２ξ*ｓ＋１))        (11)
式(11)は、φ(ｓ)がステップ関数と指数関数の和で表されることを意味する。変化時点(t＝0)でのフィルタ出力値φをφ0、φの速度をｖ0とすると。フィルタ出力値φの時間変化は、以下のようになる。
φ＝θc−((θc-φ0)/2+(v0-Wn2ξ(θc-φ0))/(2γ))*exp(-(Wn2ξ+γ)t)
−((θc-φ0)/2-(v0-Wn2ξ(θc-φ0))/(2γ))*exp(-(Wn2ξ-γ)t)  (12)
ｖ＝(v0/2+Wn2(ξv0-(θc-φ0))/(2γ))*exp(-(Wn2ξ+γ)t)
+(v0/2-Wn2(ξv0-(θc-φ0))/(2γ))*exp(-(Wn2ξ-γ)t)            (13)
【００６１】
Ｗn２ξ２−１＜０である場合は、γ＝Ｗn√(１−Ｗn２ξ２)として、以下のようになる。
φ＝θc−((θc-φ0)cos(γt)
＋((v0-Wn2ξ(θc-φ0))/γ)sin(γt))*exp(-Wn2ξt)      (14)
ｖ＝(v0*cos(γt)+Wn2(ξv0-(θc-φ0))/(γ)sin(γt))*exp(-Wn2ξt)   (15)
【００６２】
式(12)はγが虚数の場合にも成立する式であるが、γが実数の場合で考える。式(12)で表現されるφにおいて、θcがステップ状に変化する場合にオーバシュートが発生しない条件は、絶対値が小さい方の固有値α２の係数が負であることなので、以下となる。
−((Ｗn２ξ(θc−φ0)−ｖ0)/(２γ)＋(θc−φ0)/２)＜０
変形して、ｖ0に対する条件にすると、以下となる。
ｖ0＜(Ｗn２ξ＋Ｗn√(Ｗn２ξ２−１))*(θc−φ0)              (16)
【００６３】
θcが一定速度で変化する場合は、θc(ｓ)＝１/(ｓ２)となり、式(9)からφ(ｓ)は、以下のようになる。
φ(ｓ)＝Ｗn２*(２ξ*ｓ＋１)/(ｓ２＋Ｗn２*(２ξ*ｓ＋１))/(ｓ２)
＝１/(ｓ２)−１/(ｓ２＋Ｗn２*(２ξ*ｓ＋１))        (17)
式(17)は、θcが一定速度で変化する場合に、十分に時間が経過するとφも同じ速度で遅れなく変化できることを意味する。
【００６４】
θcが一定加速度で変化する場合は、θc(ｓ)＝１/(ｓ３)となり、式(9)からφ(ｓ)は、以下のようになる。
φ(ｓ)＝Ｗn２*(２ξ*ｓ＋１)/(ｓ２＋Ｗn２*(２ξ*ｓ＋１))/(ｓ３)
＝１/(ｓ３)−１/ｓ/(ｓ２＋Ｗn２*(２ξ*ｓ＋１))
＝１/(ｓ３)
−１/(Ｗn２)(１/ｓ−(ｓ＋２Ｗn２ξ)/(ｓ２＋Ｗn２*(２ξ*ｓ＋１))   (18)
式(18)は、θcが一定加速度で変化する場合に、φも同じ加速度で変化するようになる時点で１/(Ｗn２)の遅れが存在することを意味する。
【００６５】
指向方向指令値θcがステップ状に大きく変化する場合のフィルタ１７の動作を解析し、オーバシュートを発生させないような加速係数Ｗnと制動係数ξの範囲について考察する。θcが大きくステップ状に変化すると、最初は加速度制限モードで動作する。ステップ角度Δθcが大きい場合には速度制限モードで動作する期間も存在し、図１０に示すようになる。速度制限モードが存在しない程度の大きさのΔθcの場合には、図１１に示すようになる。図１０および図１１では、(a)に加速度ａと制限前加速度ａcを、(b)に速度ｖを、(c)にフィルタ出力値φを、それぞれ示す。
【００６６】
図１０に示す場合には、時刻ｔ＝ｔ０でθcがステップ状に変化する。一定の加速度ａmaxで速度ｖが増加する加速期間が、速度ｖが上限速度ｖmaxになる時刻ｔ１まで存在する。時刻ｔ１以降は、速度ｖmaxでφが増加する定速度期間である。一方、制限前加速度ａcは、減少する。時刻ｔ２、ｔ３、ｔ４を以下のように決める。ここで、ｔ２＜ｔ３＜ｔ４である。ｔ２は、ａc＝ａmaxになる時刻。ｔ３は、ａc＝０になる時刻。ｔ４は、ａc＝−ａmaxになる時刻。定速度期間は、時刻ｔ３までである。時刻ｔ３からｔ４の期間は、自由動作モードでφが変化する自由動作期間である。
【００６７】
時刻ｔ３以降は、速度ｖが減少する。ｖが減少すると、制限前加速度ａcが増加に転じる。時刻ｔ５（＞ｔ４）を、ａc＝−ａmaxになる時刻とする。時刻ｔ４からｔ５の期間は、一定の加速度−ａmaxで減速する減速期間である。時刻ｔ５以降は、φが自由動作モードでθcに落ち着く停止期間である。
【００６８】
図１１の場合には、定速度期間が存在しない。自由動作期間は、時刻ｔ２から時刻ｔ４である。他の点では、図１０と同様である。
【００６９】
図１０の場合の各期間でのフィルタ１７の動作について説明する。まず、加速期間では、以下のようになる。
（ア）加速期間（ｔ０＜ｔ＜ｔ１）
ｖ(t)＝ａmax*(t−t0)
φ(t)＝(ａmax/２)*(t−t0)２ 
時刻ｔ１で、ｖ＝ｖmaxになるので、ｔ１などは以下のように決められる。
t1−t0＝ｖmax/ａmax
ｖ(t1)＝ｖmax
φ(t1)＝φ1＝ｖmax２/ａmax/２              (19)
【００７０】
(イ)定速度期間（ｔ１≦ｔ≦ｔ３）
ｖ(t)＝ｖmax
φ(t)＝ｖmax２/ａmax/２＋ｖmax*(t−t1) 
時刻ｔ３で、ａc＝０になるので、ｔ３などは以下のように決められる。
φ(t3)＝φ3＝θc−２ξｖmax＝ｖmax２/ａmax/２＋ｖmax*(t3−t1)
t3−t1＝(θc−２ξｖmax−ｖmax２/ａmax/２)/ｖmax
【００７１】
(ウ)自由動作期間（ｔ３＜ｔ＜ｔ４）
前に示した式(12)、(13)と同様に、表現できる。しかし、指数関数では、ｔ４を計算することが難しくなるので、ｖの変化が小さく、ａが一定の変化率で変化すると仮定して近似する。
ａ(t)＝−Ｗn２*ｖmax*(t-t3)
ｖ(t)＝ｖmax−Ｗn２*ｖmax*(t-t3)２/２
φ(t)＝φ3＋ｖmax*(t−t3)−Ｗn２*ｖmax*(t-t3)３/６
ここで、時刻ｔ４でａc＝θc−φ−２ξｖ＝−ａmaxになることから、ｔ４は近似として以下となる。なお、式を簡潔に表現するために、以下のβを使用する。
β＝ａmax/(Ｗn2)
t4−t3＝β/ｖmax
＋(amaxβ/vmax)(β/vmax/6+ξ)/(vmax-amaxβ/vmax/2-2ξamax)
ｖ(t4)＝ｖ4
＝ｖmax−(amaxβ/vmax/2)(vmax-amaxβ/vmax/6)
/(vmax-amaxβ/vmax/2-2ξamax)      (20)
φ(t4)＝φ4＝θc−２ξｖ4＋β                       (21)
式(21)に式(20)を代入すると、以下となる。
φ4＝θc−２ξｖmax＋β
＋(ξamaxβ/vmax)(vmax-amaxβ/vmax/6)/(vmax-amaxβ/vmax/2-2ξamax)  (22)
【００７２】
自由動作期間でｖが変化するとして、式(20)、(21)を導出した。ａmax＝０．１５(度/秒/秒)、ｖmax＝１．０(度/秒)、Ｗn＝２で、ξ＝１．５〜１．９の範囲で式(20)で、ｖ4を計算すると、ｖ4＞０．９９３(度/秒)であった。ｖmaxは、運用速度の１００％とし、ａmaxは運用加速度の１５％である。
【００７３】
(エ)減速期間（ｔ４≦ｔ≦ｔ５）
ｖ(t)＝ｖ4−ａmax*(t−t4)
φ(t)＝φ4＋ｖ4*(t−t4)−(ａmax/２)*(t−t4)２ 
時刻ｔ５で、ａc＝−ａmaxになるので、ｔ５などは以下のように決められる。
t5−t4＝２ｖ4/ａmax−４ξ
ｖ(t5)＝ｖ5＝４ξａmax−ｖ4                              (23)
φ(t5)＝φ5＝θc−２ξ(４ξａmax−ｖ4)＋β                (24)
【００７４】
(オ)停止期間（ｔ５＜ｔ）
前に示した式(12)、(13)と同様に、以下のようになる。
φ(t)＝θc−((θc-φ5)/2+(v5-Wn2ξ(θc-φ5))/(2γ))*exp(-(Wn2ξ+γ)t)
−((θc-φ5)/2-(v5-Wn2ξ(θc-φ5))/(2γ))*exp(-(Wn2ξ-γ)t)  (25)
ｖ(t)＝(v5/2+Wn2(ξv5-(θc-φ5))/(2γ))*exp(-(Wn2ξ+γ)t)
＋(v5/2-Wn2(ξv5-(θc-φ5))/(2γ))*exp(-(Wn2ξ-γ)t)        (26)
【００７５】
定速度期間を持たない図１１の場合は、以下のようになる。
（ア１）加速期間（ｔ０＜ｔ＜ｔ２）
ｖ(t)＝ａmax*(t−t0)
φ(t)＝(ａmax/２)*(t−t0)２ 
時刻ｔ２での値を、以下の変数で表す。
ｖ(t2)＝ｖ2＝ａmax*(t2−t0)
φ(t2)＝φ2＝(ａmax/２)*(t2−t0)２ 
φ2＝(ｖ22/ａmax/2)                                        (27)
【００７６】
時刻ｔ２で、ａc＝ａmaxになるので、そのことを利用してｔ２を計算する。
Ｗn２(θc−φ2−２ξｖ2)＝ａmax
θc−ａmax*(t2−t0)２/２−２ξａmax*(t2−t0)＝β
(t2−t0)２＋４ξ(t2−t0)−２(θc−β)/ａmax＝０
上式を解いて、正の方の値をとると、以下のようになる。
t2−t0＝√(４ξ２＋２(θc−β)/ａmax)−２ξ
ｖ2＝ａmax*(√(４ξ２＋２(θc−β)/ａmax)−２ξ)              (28)
φ2＝θc−β＋４ξ２−２ξａmax√(４ξ２＋２(θc−β)/ａmax)  (29)
θcをv2で表現すると、以下のようになる。
θc＝(ｖ22/ａmax/2)＋２ξｖ2＋β                              (30)
【００７７】
(ウ１)自由動作期間（ｔ２＜ｔ＜ｔ４）
前に示した式(12)、(13)と同様に、表現できる。しかし、指数関数では、ｔ４を計算しにくいので、ｖの変化が小さく、ａが一定の変化率で変化すると仮定して近似する。時刻ｔ３までの加速する期間とｔ３からｔ４までの減速する期間に分けて考える。
ａ(t)＝ａmax−Ｗn２*ｖ2*(t-t2)
ｖ(t)＝ｖ2＋ａmax*(t-t2)−Ｗn２*ｖ2*(t-t2)２/２
φ(t)＝φ2＋ｖ2*(t−t2)＋ａmax*(t-t2)２/２−Ｗn２*ｖ2*(t-t2)３/６
ここで、時刻ｔ３でａ＝０になることから、ｔ３は近似として以下となる。
t3-t2＝β/ｖ2−(ａmaxβ/ｖ2)(β/ｖ2/6＋ξ)/(ｖ2＋ａmaxβ/ｖ2/2)
ｖ(t3)＝ｖ3＝ｖ2＋ａmaxβ/ｖ2/2                                  (31)
φ(t3)＝φ3＝θc−２ξｖ2−ξａmaxβ/ｖ2                         (32)
【００７８】
時刻ｔ３からｔ４の期間は、（ウ）の場合と同様にして、以下のようになる。
t4−t3＝β/ｖ3＋(amaxβ/v3)(β/v3/6+ξ)/(v3-amaxβ/v3/2-2ξamax)
ｖ4＝ｖ3−(amaxβ/v3/2)(v3-amaxβ/v3/6)/(v3-amaxβ/v3/2-2ξamax)  (33)
φ4＝θc−２ξｖ3＋β
＋(ξamaxβ/v3)(v3-amaxβ/v3/6)/(v3-amaxβ/v3/2-2ξamax)   (34)
【００７９】
自由動作期間でｖが変化するとして、式(31)〜(34)を導出した。ａmax＝０．１５(度/秒/秒)、ｖ２＝０．４〜０．９(度/秒)、Ｗn＝２で、ξは後で説明するオーバシュートを発生させない下限値として、式(31)、(33)でｖ4を計算すると、ｖ4/ｖ2＞０．９８であった。
【００８０】
時刻ｔ４以降の減速期間と停止期間は、定速度期間が存在する場合と同様になる。
【００８１】
フィルタ１７の加速係数Ｗnと制動係数ξは、ステップ入力に対してフィルタ出力値φにオーバシュートが発生しないように決める。決め方について説明する。図１２は、実施の形態１に係るアンテナの指向方向制御装置が有する速度加速度制限フィルタにおいて制動係数ξの値の差によりオーバシュートが発生することを説明する図である。θc＝３．９度として、ｖが０．８(度/秒)程度まで加速する場合で、ξ＝１．２、１．３、１．４の３通りの場合を示している。ξ＝１．２の場合は、オーバシュートが発生する。ξ＝１．３、１．４の場合はオーバシュートが発生しない。ξ＝１．３の方がθcから０．０５度以内の範囲に入るまでに要する時間が３秒ぐらい早い。加速係数Ｗnが同じならば、制動係数ξはオーバシュートが発生しない範囲で小さい方が望ましい。
【００８２】
φにオーバシュートを発生させないためには、以下が成立する必要がある。ここでは、オーバシュートの許容値をゼロとしている。
ｖ5≧０                                                  (35)
(Ｗn２ξ＋Ｗn√(Ｗn２ξ２−１))*(θc−φ5)＞ｖ5            (36)
式(35)は、減速期間にオーバシュートが発生しないことを表す条件である。式(36)は、停止期間にオーバシュートが発生しないことを表す条件である。
【００８３】
アンテナ方向θMにオーバシュートを発生させないことが必要である。アンテナ方向θMがフィルタ出力値φから遅れる場合には、φのオーバシュートの許容値を、アンテナ方向θMの遅れを考慮して決めてもよい。
【００８４】
導出過程は省略するが、式(35)と(36)は、以下のようにｖ4とξの式に変形できる。
４ξａmax≧ｖ4                                                 (37)
４ξａmax−β/(２ξ−１/(Ｗn２ξ＋Ｗn√(Ｗn２ξ２−１)))≧ｖ4    (38)
式(38)が満足すれば、式(37)も満足する。また、固有値が振動成分を持たないために、以下が成立する必要がある。
ξ≧１/Ｗn                            (39)
【００８５】
導出過程は省略するが、式(38)から以下の式が得られる。
ξ≧(3/8)(ｖ4/ａmax)−(1/8)√((ｖ4/ａmax)２−8/Ｗn2)＞１/Ｗn    (40)
式(40)が成立するためには、以下が成立する必要がある。
ｖ4≧３ａmax/Ｗn                      (41)
式(41)が成立しないｖ4に対しては、式(39)がξに対する条件になる。式(41)が成立しないｖ4に対しては、オーバシュートが発生しない限界までξを小さくすることはできない。ｖ4が小さい場合はθcが小さいので、収束するまでの時間が短く、収束までの時間を速くする必要性は小さい。
【００８６】
ａmax＝０．１５(度/秒/秒)、ｖmax＝１．０(度/秒)、Ｗn＝２の場合で、式(40)による制動係数ξの下限値をθcに対して示したものが、図８である。なお、自由動作期間でのｖの減少は小さいので、ｖ4＝ｖ2またはｖ4＝ｖmaxとする。そして、式(30)によりｖ2からθcを計算する。
【００８７】
動作を説明する。指向方向指令値θcをステップ状に１０度だけ変化させた場合のシミュレーション結果を示す。ここで、ａmax＝０．１５(度/秒/秒)、ｖmax＝１．０(度/秒)とし、フィルタ１７のパラメータは、図７および図８のように設定している。なお、アンテナ１の運用速度は１．０(度/秒)、運用加速度は１．０(度/秒/秒)である。ここでは、速度は運用速度の１００％、加速度は運用加速度の１５％で動作させる場合のシミュレーション結果を示す。加速度上限値ａmaxは、運用加速度に対して例えば２０％程度以下の決められた値以下にすることが望ましい。また、速度上限値ｖmaxは、運用速度の例えば９０％程度以上の決められた値とすることが望ましい。
【００８８】
図１３は、実施の形態１に係るアンテナの指向方向制御装置のマスターモード時の構成を説明するブロック図である。図１３(a)に、フィルタ１７の出力φ、アンテナ方向θMおよびコリメータ方向θKを示す。図１３(b)に、θcにほぼ収束する期間での図１３(a)の拡大図を示す。図１３(c)に、ΔK＝θM-θkとθK−φを示す。(a)と(b)では、アンテナ方向θMは太い実線で表し、コリメータ方向θKを太い一点鎖線で示し、フィルタ出力値φを細い実線で示す。(c)では、θM-θkを太い実線で表し、θK−φを太い一点鎖線で表す。
【００８９】
図１３から、マスターモードで制御しているので、アンテナ１とコリメータ方向の誤差がほとんどない連動した状態で指向方向を変更できることが分る。また、フィルタ１７を有し、そのパラメータを適切に設定しているので、アンテナ１のオーバシュートが０．００６度未満と非常に小さくなっている。コリメータ方向θKは、０．３秒程度の間だけ０．００２度未満のオーバシュートが発生する。そのため、θM-θk＞０の部分では、θM-θkがθMのオーバシュートを表す。
【００９０】
比較例として、従来のアンテナの指向方向制御装置の動作のシミュレーション結果を示す。従来のアンテナでは、運用速度が０．５(度/秒)、運用加速度は０．５(度/秒/秒)である。ａmax＝０．１５(度/秒/秒)、Ｗn＝１．１０５、ξ＝０．６４とし、ｖmax＝０．３０(度/秒)とした場合のシミュレーション結果を図１４に示す。ｖmax＝０．５０(度/秒)とした場合のシミュレーション結果を図１５に示す。図１４は、速度を運用速度の６０％に制限した場合である。図１５は、運用速度の１００％を出せるようにした場合である。図１４は、比較例としての従来のアンテナの指向方向制御装置がアンテナの指向方向をステップ状に変更する場合の１例のシミュレーション結果を示す図である。図１５は、別の１例のシミュレーション結果を示す図である。
【００９１】
図１４では、速度を６０％に制限しているために、アンテナ方向θMとコリメータ方向θKの差は定速で動いている時にはほぼゼロになっている。θcへの収束時には、コリメータはオーバシュートが０．００１度未満であるが、アンテナは約０．１５度のオーバシュートが存在する。
【００９２】
図１５では、１００％の速度を出しているため、アンテナがコリメータに対して約０．２度だけ遅れている。θcへの収束時には、コリメータはオーバシュートが０．００３度未満であるが、アンテナは約０．２２度のオーバシュートが存在する。
【００９３】
マスターモードで動作させることで、アンテナを運用速度で指向方向を変化させる場合でもアンテナとコリメータの指向方向の差を許容できる範囲に抑えることができる。指向方向指令値θcがステップ状に変化する場合でも、フィルタ１７を介してθcが仰角駆動装置２および方位角駆動装置３に入力されるようにしたので、加速度および速度を制限した上で指向方向を変更できる。加速度を運用加速度の１５％と小さい値に制限しているので、加速度の制限値を大きくした場合よりも小さい力でよくなり、仰角駆動装置２および方位角駆動装置３での最大消費電力を小さくできる。
【００９４】
指向方向をステップ状に大きく変更する場合は、アンテナ装置が追尾する目標が変更になる場合などである。運用速度で指向方向を変更できることで、新たな目標を追尾することを早く開始できるようになる。目標が追尾できるようになると、スレーブモードに変更する。マスターモードでも運用に支障はないと思われるが、従来の実績からスレーブモードを使うことにする。目標追尾時もマスターモードを使用するようにしてもよい。
【００９５】
なお、運用速度を最大限利用することが必要な指令値に対してアンテナとコリメータをそれぞれ独立に駆動することも可能である。しかし、独立駆動では、マスターモードまたはスレーブモードでのアンテナとコリメータが連動している状態から連動していない状態になるので、再度、連動させる際に時間がかかり、マスターモードを使用する場合と比較して運用性で劣る。
【００９６】
従来の速度加速度制限フィルタは、指令値やフィルタ内部での速度や加速度などに基づきフィルタを介した値を出力するか、入力される指令値をそのまま出力するかを切替えていた。例えば、指令値速度が例えば０．５(度/秒)以上、またはフィルタ内加速度が０．１(度/秒/秒)以上を検出した場合に、フィルタを介した値を出力する。また、例えば、フィルタ内速度が例えば０．０４(度/秒)未満、またはフィルタ出力と指令値との差が０．００５(度)未満を検出した場合に、入力される指令値をそのまま出力する。
【００９７】
この実施の形態では、フィルタ１７は常にフィルタ１７を介した値を出力する。フィルタ１７が有する係数設定部４０は、ステップ状に変化する指令値の場合は変化幅に応じて、ステップ状の変化でない場合には指令値の速度に応じて、リアルタイムに加速係数Ｗnおよび制動係数ξを設定する。ステップ状の変化を検出した場合は、アンテナ方向θMが変化後の指令値を含む決められた範囲になるまで係数の値を変更しない。
【００９８】
係数設定部４０が係数を設定する動作を説明する。図１６は、実施の形態１に係るアンテナの指向方向制御装置が有する係数設定部がフィルタの係数を設定する動作を説明するフローチャートである。Δt＝０．０１秒周期で、係数設定部４０が起動されるごとに図１６に示す処理が実行される。
【００９９】
係数設定部４０は、以下の動作状態を有する。
ステップ：閾値より大きいステップ状の指令値の変化を検出している状態。
速度検出：継続的な指令値の変化を検出している状態。
静止中：ステップでも速度検出でもない状態。
【０１００】
係数設定部４０の動作を説明するために、以下の変数を使用する。前に定義したものも示す。
Δt：時間の刻み幅。
θN：今回の起動時に取得した、指向方向指令値θc。
θP：前回の起動時に取得した、指向方向指令値θc。
Δθc：ステップ角度。Δθc＝θN−θP
Δθ0：ステップの動作状態の時に、係数の設定の判断に使用したステップ角度。
ｕ：今回起動時の指向方向指令値θcの速度。ｕ＝Δθc/Δt
ｕp：前回起動時の速度。
θS：ステップ入力と判断する閾値(ステップ検出閾値)。例えば０．０１度とする。
θR：フィルタ出力値φが指向方向指令値θcに収束したことを判断するための|θc−φ|に対する閾値。例えば０．０１度とする。
ｖR：フィルタ出力値φが指向方向指令値θcに収束したことを判断するための|ｖ|に対する閾値。例えば、０．００１(度/秒)とする。
【０１０１】
ステップＳ０１で、指向方向指令値θcとフィルタ出力値φを取得する。ステップＳ０２で、θP＝θN、θN＝取得したθc、ｕｐ＝ｕ、Δθc＝θN−θP、ｕ＝Δθc/Δtと設定する。
【０１０２】
ステップＳ０３で、Δθc＝０かどうかチェックする。ステップ角度Δθcは、決められた周期(ΔT)で取得される指向方向指令値θcの変化である指令値変化幅である。
【０１０３】
Δθc＝０でない場合(Ｓ０３でＮＯ)は、ステップＳ０４で、動作状態がステップかどうかチェックする。動作状態がステップでない場合（Ｓ０４でＮＯ）は、ステップＳ０５で、|Δθc|＞θSかどうかチェックする。すなわち、ステップ角度Δθcの絶対値が決められたステップ検出閾値θSより大きいかどうかチェックする。|Δθc|＞θSである場合（Ｓ０５がＹＥＳ）は、ステップＳ０６で、動作状態をステップにする。ステップＳ０７で、制御モードをマスターモードに変更するように、通知する。
【０１０４】
動作状態がステップである場合（Ｓ０４でＹＥＳ）は、ステップＳ０８で、|Δθc|＞Δθ0かどうかチェックする。|Δθc|＞Δθ0である場合（Ｓ０８でＹＥＳ）は、ステップＳ０９で、Δθ0＝|Δθc|とする。
【０１０５】
Ｓ０７あるいはＳ０９の実行後に、ステップＳ１０で、ステップ入力用係数テーブル４１を参照して|Δθc|に対応する値を、制動係数ξおよび加速係数Ｗｎに設定する。
【０１０６】
動作状態がステップである状態で、ステップ検出閾値θSより大きいステップ角度Δθcを検出する状況は、ステップ入力に対してフィルタ出力値φが指令値θcに収束する前に、再度、ステップ入力が入力された場合を意味する。この状況は、通常の制御では発生しない。複数のステップ入力の中で、大きい方のステップ入力の変化幅に対応した制動係数ξおよび加速係数Ｗｎでフィルタ１７を動作させる。ステップの動作状態の時にステップ入力を検出した場合に、その時点でのアンテナ方向とその速度も考慮して、制動係数ξおよび加速係数Ｗｎを決めるようにしてもよい。
【０１０７】
|Δθc|＞Δθ0でない場合（Ｓ０８でＮＯ）は、動作状態がステップなので、設定されている制動係数ξおよび加速係数Ｗｎが維持されるように、処理を終了する。
【０１０８】
|Δθc|＞θSでない場合（Ｓ０５がＮＯ）は、ステップＳ１１で、ｕｐ＝０かどうかをチェックする。ｕｐ＝０である場合（Ｓ１１でＹＥＳ）は、ステップ入力である。ステップＳ１０で、ステップ入力用係数テーブル４１を参照して|Δθc|に対応する値を、制動係数ξおよび加速係数Ｗｎに設定する。
【０１０９】
ｕｐ＝０でない場合（Ｓ１１でＮＯ）は、継続入力である。ステップＳ１２で、継続入力用係数テーブル４２を参照して|ｕ|に対応する値を、制動係数ξおよび加速係数Ｗｎに設定する。ステップＳ１３で、動作状態を速度検出とする。
【０１１０】
Δθc＝０である場合(Ｓ０３でＹＥＳ)は、ステップＳ１４で、動作状態が静止中かどうかチェックする。静止中でない場合(Ｓ１４でＮＯ)は、ステップＳ１５で、動作状態が速度検出かどうかチェックする。速度検出である場合(Ｓ１５でＹＥＳ)は、ステップＳ１６で動作状態を静止中にする。Ｓ１６の実行後または静止中である場合(Ｓ１４でＹＥＳ)は、ステップＳ１０で、ステップ入力用係数テーブル４１を参照して|Δθc|に対応する値を、制動係数ξおよび加速係数Ｗｎに設定する。
【０１１１】
静止中でも速度検出でもない場合（Ｓ１５でＮＯ）は、動作状態がステップであることになる。動作状態がステップの場合には、フィルタ出力値φが指向方向指令値θcに収束するまでは、制動係数ξおよび加速係数Ｗｎを保持する。フィルタ出力値φが指向方向指令値θcに収束したかどうかチェックする。ステップＳ１７で、|θc−φ|＜θRであるかどうかチェックする。|θc−φ|＜θRである場合（Ｓ１７でＹＥＳ）は、Ｓ１８で、|ｖ|＜ｖRであるかどうかチェックする。|ｖ|＜ｖRである場合（Ｓ１８でＹＥＳ）は、フィルタ出力値φが指向方向指令値θcに収束したと判断する。ステップＳ１９で、動作状態を静止中にし、Δθc0＝０とする。ステップＳ２０で、制御モードをスレーブモードに変更するように、通知する。
【０１１２】
|θc−φ|＜θRでない場合（Ｓ１７でＮＯ）、および|ｖ|＜ｖRでない場合（Ｓ１８でＮＯ）は、フィルタ出力値φが指向方向指令値θcに収束しておらず、動作状態をステップのままとする。
【０１１３】
Ｓ１７とＳ１８は、フィルタ出力値φが指向方向指令値θcに収束したかどうかを判断する条件である。すなわち、フィルタ出力値φと指向方向指令値θcとの差の絶対値|θc−φ|が収束検出角度閾値θRより小さく、かつフィルタ出力値φの速度ｖの絶対値|ｖ|が収束検出角度閾値ｖRより小さい場合に、フィルタ出力値φが指向方向指令値θcに収束したと判断する。他の条件で、フィルタ出力値φが指向方向指令値θcに収束したと判断してもよい。例えば、|θc−φ|＜θRが決められた時間以上に継続する場合に、φがθcに収束したと判断してもよい。
【０１１４】
図１６に示すフローチャートでは、係数設定部４０がマスターモード、スレーブモードの切替の要否を判断している。係数設定部４０の外側で、マスターモード、スレーブモードの切替を判断し、スレーブモードに切替えたことを係数設定部４０に入力してもよい。その場合には、係数設定部４０にフィルタ出力値φを入力しなくてもよい。スレーブモードへの切替が通知されると、係数設定部４０は動作状態をステップから静止中に変更する。
【０１１５】
フィルタ１７の動作状態が速度検出である場合に、速度が０．１０(度/秒)以下の場合はＷn＝１０．０１、ξ＝０．０９９としている。速度が０．１０(度/秒)より大きい場合はＷn＝２、ξ＝０．７としている。これは、速度が小さい場合はフィルタ１７の応答を速くし、速度が大きい場合は加速度が大きくなりすぎないようにするためである。
【０１１６】
フィルタ１７の動作状態が速度検出である場合の動作を例により説明する。図１７は、実施の形態１に係るアンテナの指向方向制御装置がアンテナの指向方向を一定の速度で変更する場合の１例のシミュレーション結果を示す図である。図１８は、別の１例のシミュレーション結果を示す図である。図１７は、速度が０．１０(度/秒)の場合である。図１８は、速度が０．１１(度/秒)の場合である。
【０１１７】
図１７(a)に、指向方向指令値θc、フィルタ１７の出力φ、アンテナ方向θMおよびコリメータ方向θKを示す。θcを細い破線で、φを細い実線で、θMを太い実線で、θKを太い一点鎖線でそれぞれ表す。図１７(b)に、θc−φ、θc―θMを示す。θc−φを細い実線で表し、θc―θMを太い実線で表す。図１７(c)に、φの速度を細い実線で示し、θMの速度を太い実線で示す。図１７(d)に、φの加速度を細い実線で示し、θMの加速度を太い実線で示す。図１８でも同様である。
【０１１８】
図１７では、θMのφに対する遅れが最大で約０．０８度であり、約２８秒で遅れが０．０２度未満になっている。図１８では、θMのφに対する遅れが最大で約０．１０度であり、約３５秒で遅れが０．０２度未満になっている。図１７から分るように、指向方向指令値θcの速度が小さい場合に加速係数Ｗnを大きく制動係数ξを小さくしているので、応答が速くなることが分る。
【０１１９】
速度が０．１(度/秒)以下の場合の図１７では、Ｗn＝１０．０１、ξ＝０．０９９としているので振動成分が存在する。振動成分が存在する場合に制動係数および加速係数の決め方は理論的に解析できていないが、経験的に少し振動成分が存在する場合の方が、フィルタ１７の応答が速くなるので、振動成分が発生するような制動係数および加速係数としている。図１７(a),(b)に示すように、オーバシュートすなわちアンテナ方向θMが指向方向指令値θcよりも許容値を超えて大きくなることは発生しない。
【０１２０】
図１７では、速度が０．１(度/秒)の場合でθMの加速度が０．１８(度/秒/秒)程度になっている。０．１１(度/秒)でＷn＝１０．０１、ξ＝０．０９９としていると、θMの加速度が０．２０(度/秒/秒)を超えてしまい、望ましくない。そこで、０．１０(度/秒)を超える速度の場合は、Ｗn＝２、ξ＝０．７としている。そうすることで、０．１１(度/秒)の場合の図１８で示すように、θMの加速度を０．１５(度/秒/秒)程度以下とすることができる。
【０１２１】
速度加速度制限フィルタは設けなくてもよい。速度加速度制限フィルタは、従来の場合と同様に、ステップ入力を検出しない場合に含まれる決められた場合に、指向方向指令値をそのまま出力するようにしてもよい。
【０１２２】
この発明に係る速度加速度制限フィルタは、アンテナの指向方向制御装置以外の制御装置にも適用できる。制御装置が、制御対象の被制御量が指令値に追従するように被制御量とフィルタ出力との差が入力されて制御対象を制御する制御対象制御部を有するものであれば、任意の制御装置に適用できる。指向方向制御装置を制御装置と考える場合には、制御対象がアンテナであり、被制御量がアンテナの指向方向である。制御対象制御部は、仰角駆動装置および方位角駆動装置を制御するサーボ制御装置である。
【０１２３】
この発明に係る速度加速度制限フィルタでは、決められた周期で取得される指令値の変化である指令値変化幅が入力され、決められたステップ検出閾値より指令値変化幅の絶対値が大きいことを検出した場合に、指令値変化幅に応じて制動係数および加速係数を決めて設定する係数設定部を有する。速度加速度制限フィルタが、制限後指令値が指令値に収束するまで設定した制動係数および加速係数を保持する。そうすることで、ステップ状に変更された指令値に対して、制御対象の被制御量が指令値を越える量を許容値以下にして指令値に追従できる。
以上のことは、他の実施の形態にもあてはまる。
【０１２４】
実施の形態２．
実施の形態２は、コリメータ方向の実測値からアンテナ方向推定値を求める場合である。図１９は、この実施の形態２に係るアンテナの指向方向制御装置の構成を説明するブロック図である。図２０は、実施の形態２に係るアンテナの指向方向制御装置のマスターモード時の構成を説明するブロック図である。スレーブモードおよび独立駆動の場合のブロック図は、実施の形態１の場合と同じになる。
【０１２５】
指向方向制御装置９Ａは、減算器２３を有しない。減算器２１にはコリメータの指向方向の実測角度θKDを入力する。すなわち、アンテナ方向推定部１４Ａは、コリメータの指向方向の実測角度θKDをアンテナ方向推定値とする。
【０１２６】
図２０では、アンテナ方向θMのフィードバックループに、コリメータ方向θKのフィードバックループが影響することになる。コリメータ方向θKがアンテナ方向θMに一致するのが速ければ、アンテナ方向θMをフィルタ出力値φに追従させるフィードバックループが構成できる。θKがθMに一致するのが遅ければ、θMのサーボ制御系にはφ―θKDが入力され、θMがφに追従できなくなる。アンテナ方向θMをフィルタ出力値φに追従させるためには、コリメータ４のサーボ制御系を十分に広帯域にして、コリメータ方向θKがアンテナ方向θMに一致するのを速くする必要がある。
【０１２７】
本発明はその発明の精神の範囲内において各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の変形や省略が可能である。
【符号の説明】
【０１２８】
１  アンテナ
２  仰角駆動装置
３  方位角駆動装置
４  コリメータ
５  コリメータ駆動装置
６  鏡
７  受光器
８  光学誤差検出部
９  指向方向制御装置
１０  上位装置
１１  コリメータ方向取得部
１２  アンテナ方向取得部
１３  光学誤差取得部
１４  アンテナ方向推定部
１５  コリメータ制御部
１６  アンテナ制御部
１７  速度加速度制限フィルタ
１８  減算器
１９  減算器
２０  制御モード切替スイッチ
２１  減算器
２２  減算器
２３  減算器
２４  制御モード切替スイッチ
３１  前処理器
３２  乗算器
３３  加算器
３４  減算器
３５  乗算器
３６  制限器
３７  積分器
３８  制限器
３９  積分器
４０  係数設定部
４１  ステップ入力用係数テーブル
４２  継続入力用係数テーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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