(57)【要約】目標追尾を行いつつ空間安定化を行うことのできる空間安定装置を提供する。制御対象（１）と、制御対象（１）の角度を検出し、検出角度信号（θｍ）として出力する角度検出手段（２）と、制御対象（１）の目標角度指令（θｔ）と目標角速度指令（ωｔ１）とを出力する第１指令生成手段（５）と、を有する空間安定装置（７００）である。制御対象（１）の角速度を検出し、検出角速度信号（ωｍ）として出力する慣性センサ（８）と、目標角速度指令（ωｔ１）と角速度との差分を求め、差分角速度信号（Ｋωｃ）として出力する第１減算手段（１１）と、差分角速度信号（Ｋωｃ）と、目標角度指令（θｔ）と角度との差分と、に基づいて駆動制御信号（Ｋθｃ）を生成する第１制御手段（９）と、を有する。移動体の動きが制御対象（１）に与える影響を低減するように、制御対象（１）を回転制御する。
2014141341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に搭載されて、制御対象を慣性空間に安定させるように制御する空間安定装置であって、
前記移動体に回転自在に支持される前記制御対象と、
前記制御対象の角度を検出し、検出角度信号として出力する角度検出手段と、
前記制御対象の目標角度指令と目標角速度指令とを出力する第１指令生成手段と、
前記制御対象の角速度を検出し、検出角速度信号として出力する慣性センサと、
前記目標角速度指令と前記検出角速度信号との差分を求め、差分角速度信号として出力する第１減算手段と、
前記差分角速度信号と、前記目標角度指令と前記検出角度信号との差分と、に基づいて駆動制御信号を生成する第１制御手段と、を有し、
移動体の動きが前記制御対象に与える影響を低減するように、前記制御対象を回転制御することを特徴とする空間安定装置。
【請求項２】
第２目標角速度指令を出力する第２指令生成手段と、
前記第２目標角速度指令と前記差分角速度信号とに基づいて前記制御対象を角速度制御又は角度制御する第２制御信号を生成する第２制御手段と、
前記駆動制御信号と前記第２制御信号とを加算する加算手段と、を更に有し、
前記加算手段の出力に基づいて前記制御対象を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の空間安定装置。
【請求項３】
第１ゲインを更に有し、
前記第１ゲインは、前記差分角速度信号に第１ゲイン係数を乗算し、
前記第１制御手段は、前記第１ゲインの出力に基づいて前記駆動制御信号を生成する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の空間安定装置。
【請求項４】
第２ゲインを更に有し、
前記第２ゲインは、前記差分角速度信号に第２ゲイン係数を乗算し、
前記第２制御手段は、前記第２ゲインの出力に基づいて前記第２制御信号を生成する、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の空間安定装置。
【請求項５】
前記第１減算手段、前記第１ゲイン及び前記第２ゲインを、位相補償手段及び第３ゲインを介して接続する、
ことを特徴とする請求項４に記載の空間安定装置。
【請求項６】
移動体に搭載されて、制御対象を慣性空間に安定させるように制御する空間安定制御方法であって、
前記制御対象を前記移動体に回転自在に支持し、
前記制御対象の角度を検出し、検出角度信号として出力し、
前記制御対象の目標角度指令と目標角速度指令とを出力し、
前記制御対象の角速度を慣性センサで検出し、検出角速度信号として出力し、
前記目標角速度指令と前記検出角速度信号との差分を求め、差分角速度信号として出力し、
前記差分角速度信号と、前記目標角度指令と前記検出角度信号との差分と、に基づいて駆動制御信号を生成し、
移動体の動きが前記制御対象に与える影響を低減するように、前記制御対象を回転制御することを特徴とする空間安定制御方法。
【請求項７】
移動体に回転自在に支持される制御対象と、前記制御対象の角度を検出し、検出角度信号として出力する角度検出手段と、前記制御対象の角速度を検出し、検出角速度信号として出力する慣性センサと、を有し、前記制御対象を慣性空間に安定させるように制御装置を制御する空間安定装置にコンピュータを組み込んで、
このコンピュータを
前記制御対象の目標角度指令と目標角速度指令とを出力する第１指令生成手段と、
前記目標角速度指令と前記検出角速度信号との差分を求め、差分角速度信号として出力する第１減算手段と、
前記差分角速度信号と、前記目標角度指令と前記検出角度信号との差分と、に基づいて駆動制御信号を生成する第１制御手段と、をして機能させ、
移動体の動きが前記制御対象に与える影響を低減するように、前記制御対象を回転制御ことを特徴とする空間安定制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間安定装置、空間安定制御方法及び空間安定制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
移動する目標物を追尾することを目的として移動体に搭載される追尾装置がある。このような追尾装置では、目標物を追尾するために、追尾装置に含まれる制御対象を制御する目標指向装置が使用されている。【０００３】
一方、追尾装置では、動揺が移動体に発生して、移動体から制御対象１に伝達し、目標物の追尾ができなくなることがあった。そこで、このような追尾装置では、動揺の影響を排することを目的として、制御対象１を慣性空間に静止させて、空間安定を行える空間安定装置が使用されることがある。このような空間安定装置の一例が特許文献１に開示されている。図１６は、特許文献１に開示される空間安定装置のブロック図を示す。【０００４】
制御対象１は、空間安定装置が取り付けられる固定部に対し１個の回転軸（第１回転軸）の回りに回転自在に連結される。制御対象１の固定部に発生する固定部の第１回転軸回りの角速度を第１角速度とする。図１６に示すように、慣性センサ７は固定部に固定され、固定部に発生する固定部の第１回転軸回りの動揺である角速度（以降、「第１動揺角速度」という。）の信号を出力する。指令生成器５は、第１角速度の目標角速度の信号を出力する。第２制御器１０は、目標角速度、及び、検出した第１動揺角速度（現在動揺角速度と呼ぶ）の信号を入力して、制御対象１を制御する信号をドライバ４に出力する。ドライバ４は、第１動揺角速度を制御する信号に基づき、制御対象１の第１回転軸回りの回転（第１動揺角速度）を駆動する。【０００５】
図１７は、第２制御器１０の一例としてＰＩ制御器を示す。目標指令から現在動揺角速度を減算器２０で減算し、減算器２０の出力に積分器２２で積分処理を行い、積分ゲイン２３にて積分ゲイン係数を乗じた結果を加算器２６に入力する。また、比例ゲイン２１により減算器２０の出力に比例ゲイン係数を乗じた結果を加算器２６に入力する。加算器２６では、積分ゲイン２３の出力と比例ゲイン２１の出力を加算した結果をドライバ４へ出力する。【０００６】
以上により、特許文献１に開示される空間安定装置は、目標指令の目標角速度を０に設定することで、固定部に発生する第１回転軸回りの第１動揺角速度を慣性センサ７で検出し、制御対象１を第１回転軸回りに第１動揺角速度を正負反転した角速度で駆動する。固定部に発生する動揺を制御対象１で除去することができ、制御対象１を空間安定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開平０５−０７９２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一方、特許文献１に開示される空間安定装置では、制御対象を任意の目標角度に指向させつつ、空間安定することができなかった。【０００９】
特許文献１に開示される空間安定装置で空間安定を実施するには、目標角速度を０に設定することで、固定部に発生する第１回転軸回りの第１動揺角速度を、制御対象１を第１動揺角速度と逆方向に同じ角速度で回転させることで、固定部の動揺を制御対象１で除去できる。任意の目標角度に指向するには目標角速度を任意に変更する必要があるが、目標角速度を０以外に設定してしまうと空間安定が実現できない。【００１０】
本発明は上記の問題に鑑みなされたもので、目標追尾を行いつつ空間安定化を行えることのできる空間安定装置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】
【００１１】
本発明にかかる空間安定装置は、
移動体に搭載されて、制御対象を慣性空間に安定させるように制御する空間安定装置であって、
前記移動体に回転自在に支持される前記制御対象と、
前記制御対象の角度を検出し、検出角度信号として出力する角度検出手段と、
前記制御対象の目標角度指令と目標角速度指令とを出力する第１指令生成手段と、を有し、
前記制御対象の角速度を検出し、検出角速度信号として出力する慣性センサと、
前記目標角速度指令と前記検出角速度との差分を求め、差分角速度信号として出力する第１減算手段と、
前記差分角速度信号と、前記目標角度指令と検出角度との差分と、に基づいて駆動制御信号を生成する第１制御手段と、を有し、
移動体の動きが前記制御対象に与える影響を低減するように、前記制御対象を回転制御する。このような構成により、目標追尾を行いつつ空間安定化を行うことができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、目標追尾を行いつつ空間安定化を行える空間安定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態にかかる空間安定装置を表すブロック図である。
【図２】第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部を表すブロック図である。
【図３】第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部を表すブロック図である。
【図４Ａ】第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を表すグラフである。
【図４Ｂ】第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を表すグラフである。
【図４Ｃ】第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を表すグラフである。
【図４Ｄ】第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を表すグラフである。
【図４Ｅ】第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を表すグラフである。
【図５Ａ】第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を表すグラフである。
【図５Ｂ】第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を表すグラフである。
【図５Ｃ】第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を表すグラフである。
【図５Ｄ】第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を表すグラフである。
【図６Ａ】第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を表すグラフである。
【図６Ｂ】第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を表すグラフである。
【図６Ｃ】第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を表すグラフである。
【図６Ｄ】第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を表すグラフである。
【図６Ｅ】第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を表すグラフである。
【図７Ａ】第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を表すグラフである。
【図７Ｂ】第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を表すグラフである。
【図７Ｃ】第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を表すグラフである。
【図７Ｄ】第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を表すグラフである。
【図８Ａ】第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を表すグラフである。
【図８Ｂ】第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を表すグラフである。
【図８Ｃ】第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を表すグラフである。
【図８Ｄ】第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を表すグラフである。
【図８Ｅ】第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を表すグラフである。
【図９Ａ】第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を表すグラフである。
【図９Ｂ】第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を表すグラフである。
【図９Ｃ】第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を表すグラフである。
【図９Ｄ】第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を表すグラフである。
【図９Ｅ】第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を表すグラフである。
【図１０】第２の実施形態にかかる空間安定装置を表すブロック図である。
【図１１】第３の実施形態にかかる空間安定装置を表すブロック図である。
【図１２】第４の実施形態にかかる空間安定装置を表すブロック図である。
【図１３】第５の実施形態にかかる空間安定装置を表すブロック図である。
【図１４】第６の実施形態にかかる空間安定装置を表すブロック図である。
【図１５】第７の実施形態にかかる空間安定装置を表すブロック図である。
【図１６】関連する空間安定装置を表すブロック図である。
【図１７】ＰＩ制御器を表すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１の実施形態）
図１〜３を用いて、第１の実施形態にかかる空間安定装置について説明する。図１は第１の実施形態にかかる空間安定装置を表すブロック図を示す。図２及び３は、第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部を表すブロック図をそれぞれ示す。
【００１５】
図１に示すように、空間安定装置１００は、制御対象１と、角度検出器２と、主制御器３と、第１指令生成器５と、軌道生成器６と、第２指令生成器７と、慣性センサ８と、を含む。空間安定装置１００は、図示しない移動体に取り付けられて、移動体に発生する動揺の影響を受けないように、制御対象１を慣性空間に安定化させるために使用される。
【００１６】
制御対象１は、目標を追尾するために制御される対象物である。制御対象１は、図示しない移動体に固定される支持部に第１回転軸を中心に回転自在に支持される。制御対象１は、例えば、ジンバル機構を介して支持部に支持される。
【００１７】
角度検出器２は、支持部に対する制御対象１の第１回転軸の回りの角度を検出する。角度検出器２は、検出した検出角度θｍについての信号を検出角度信号として主制御器３と軌道生成器６に出力する。検出角度θｍの変化は、ドライバ４による制御対象１の駆動と、移動体に発生する動揺とに起因する。この駆動に起因する検出角速度の変化を駆動検出角速度ωｄとし、この動揺に起因する検出角速度の変化を動揺検出角速度ωｇとする。
【００１８】
第１指令生成器５は、例えば、図示しない撮像部、画像処理部等を含み得て、目標角度θｔ及び第１目標角速度ωｔ１を計測や演算を経て設定し、目標角度θｔおよび第１目標角速度ωｔ１についての信号を生成する。第１指令生成器５は、目標角度θｔ及び第１目標角速度ωｔ１についての信号を軌道生成器６に出力する。ここで、目標角度θｔ及び第１目標角速度ωｔ１は、制御対象１を目標に追尾させるための目標指令になり得る角度及び角速度である。
【００１９】
軌道生成器６は、検出角度θｍ、目標角度θｔ及び第１目標角速度ωｔ１に基づいて、目標角度軌道Ｋθ及び目標角速度軌道Ｋωについての信号をそれぞれ生成する。軌道生成器６は、目標角度軌道Ｋθ及び目標角速度軌道Ｋωについての信号を主制御器３に出力する。ここで、目標角度軌道Ｋθは、検出角度θｍから目標角度θｔへ到達するまでに制御対象１の向くべき角度θの時間変化の過程を意味する。目標角度軌道Ｋθは、例えば、現在の制御対象１の状態、例えば、現在の制御対象の角度位置を考慮しつつ、そこから目標角度に滑らかに達することができるように、算出された軌道である。目標角速度軌道Ｋωは、制御対象１の角度を目標角度軌道Ｋθに追従させるための、制御対象１の出すべき角速度ωの時間変化の過程を意味する。目標角速度軌道Ｋωは、例えば、現在の制御対象１の状態、例えば、現在の制御対象の角度位置を考慮しつつ、そこから目標角速度に滑らかに達することができるように、算出された軌道である。軌道生成器６は、例えば、制御対象１を目標角度θｔへ向かって駆動させる途中で、目標角度が新たな新目標角度θｔ１に変化しても、目標角度軌道Ｋθ及び目標角速度軌道Ｋωを修正し、新たな新目標角度軌道Ｋθ１及び新目標角速度軌道Ｋω１を生成することができる。これにより、目標角度が変化しても、制御対象１により確実に素早く目標を追尾させることができる。
【００２０】
第２指令生成器７は、第２目標指令としての第２目標角速度ωｔ２についての信号を主制御器３に出力する。
【００２１】
慣性センサ８は、角速度等を検出できるセンサである。慣性センサ８は、制御対象１に搭載され、制御対象１の角速度ωを検出し、この検出した検出角速度ωｍについての信号を検出角速度信号として主制御器３に出力する。
【００２２】
主制御器３は、検出角度θｍと、目標角度軌道Ｋθと、目標角速度軌道Ｋωと、第２目標角速度ωｔ２と、検出角速度ωｍとに基づいて、制御対象１の角度θ及び角速度ωを制御するための駆動制御信号Ｋを生成する。主制御器３は、この駆動制御信号Ｋをドライバ４に出力する。なお、主制御器３の構成については後述する。
【００２３】
ドライバ４は、制御対象１を駆動する駆動源である。駆動源として、例えば、モータなどのアクチュエータがある。ドライバ４は、主制御器３からの駆動制御信号Ｋに基づいて、制御対象１を駆動角速度ωｓで駆動し、角度θ及び角速度ωを制御することができる。
【００２４】
ここで、主制御器３を詳細に説明する。主制御器３は、第１制御器９と、第２制御器１０と、第１減算器１１と、積分器１２と、第１ゲイン１３と、第２減算器１４と、加算器１５と、第２ゲイン１６とを含む。
【００２５】
第１減算器１１は、検出角速度ωｍ（慣性センサ８の出力）から、検出角速度ωｍの検出時における目標角速度を減算する。この検出角速度ωｍの検出時における目標角速度は、目標角速度軌道Ｋωから求められる。第１減算器１１は、この減算した結果についての信号を差分角速度信号として積分器１２及び第２ゲイン１６に出力する。
【００２６】
積分器１２は、第１減算器１１の出力を積分し、積分した結果についての信号を第１ゲイン１３に出力する。
【００２７】
第１ゲイン１３は、出力値に所定の第１ゲイン係数を乗算して増幅する増幅器である。第１ゲイン１３は、積分器１２の出力に所定の第１ゲイン係数を乗算し、この乗算した結果について信号を第２減算器１４に出力する。
【００２８】
第２減算器１４は、目標角度軌道Ｋθから第１ゲイン１３の出力を減算し、この減算した結果についての信号を目標指令Ｋθｉとして第１制御器９に出力する。
【００２９】
第１制御器９は、例えば、ＰＩＤ制御器やＰＩ制御器を利用することができる。第１制御器９は、目標指令Ｋθｉと検出角度θｍに基づいて、制御対象１の角度を制御するための角度制御信号Ｋθｃを生成する。第１制御器９は、この角度制御信号Ｋθｃを加算器１５に出力する。なお、第１制御器９の構成については後述する。
【００３０】
第２ゲイン１６は、第１ゲイン１３と同様に、出力値に所定の第２ゲイン係数を乗算して増幅する増幅器である。第２ゲイン１６は、第１減算器１１の出力に所定の第２ゲイン係数を乗算し、この乗算した結果について信号を第２制御器１０に出力する。
【００３１】
第２制御器１０は、第２目標角速度ωｔ２と第２ゲイン１６からの出力とに応じて、制御対象１の角速度を制御する角速度制御信号Ｋωｃを生成する。第２制御器１０は、角速度制御信号Ｋωｃを加算器１５に出力する。なお、第２制御器１０の構成については後述する。
【００３２】
加算器１５は、角度制御信号Ｋθｃと角速度制御信号Ｋωｃとを加算し、制御対象１を角度および角速度を制御するための駆動制御信号Ｋをドライバ４に出力する。
【００３３】
ここで、第１制御器９の詳細について説明する。第１制御器９として、ＰＩＤ制御器を利用した場合について説明する。図２は、ＰＩＤ制御器の構成を表わすブロック図を示す。図２に示すように、第１制御器９は、減算器２０と、比例ゲイン２１と、積分器２２と、積分ゲイン２３と、微分器２４と、微分ゲイン２５と、加算器２６と、を含む。
【００３４】
減算器２０は、目標指令Ｋθｉから検出角度θｍを減算し、この減算した結果についての信号を比例ゲイン２１及び積分器２２に出力する。
【００３５】
比例ゲイン２１は、減算器２０からの出力に比例ゲイン係数を乗算し、この乗算した結果についての信号を加算器２６に出力する。
【００３６】
積分器２２は、減算器２０からの出力を積分処理し、この積分処理した結果についての信号を積分ゲイン２３に出力する。積分ゲイン２３は、積分器２２からの出力に積分ゲイン係数を乗算し、この乗算した結果についての信号を加算器２６に出力する。
【００３７】
微分器２４は、検出角度θｍを微分処理し、この微分処理した結果についての信号を微分ゲイン２５に出力する。微分ゲイン２５は、微分器２４からの出力に微分ゲイン係数を乗算し、この乗算した結果についての信号を加算器２６に出力する。
【００３８】
加算器２６は、積分ゲイン２３の出力と、比例ゲイン２１の出力と、微分ゲイン２５の出力とを加算し、この加算した結果についての信号を角度制御信号Ｋθｃとして加算器１５に出力する。
【００３９】
次に、第２制御器１０の詳細について説明する。第２制御器１０としてＰＩ制御器を利用した場合について説明する。図３は、ＰＩ制御器の構成を表わすブロック図を示す。図３に示すように、第２制御器１０は、減算器３０と、比例ゲイン３１と、積分器３２と、積分ゲイン３３と、加算器３６と、を含む。
【００４０】
減算器３０は、第２目標角速度ωｔ２から、第２ゲイン１６からの出力を減算し、この減算した結果についての信号を比例ゲイン３１及び積分器３２に出力する。
【００４１】
比例ゲイン３１は、減算器３０からの出力を所定のゲイン係数を乗算し、この乗算した結果についての信号を加算器３６に出力する。
【００４２】
積分器３２は、減算器３０からの出力を積分処理し、この積分処理した結果についての信号を積分ゲイン３３に出力する。積分ゲイン３３は、積分器３２からの出力を所定の積分ゲイン係数を乗算し、この乗算した結果についての信号を加算器３６に出力する。
【００４３】
加算器３６は、積分ゲイン３３の出力と比例ゲイン３１の出力とを加算し、この加算した加算結果についての信号を角速度制御信号Ｋωｃとして加算器１５に出力する。
【００４４】
（動作）
次に、第１の実施形態にかかる空間安定装置の動作について説明する。詳細には、動揺が移動体に発生していない状態で目標追尾を行う場合の動作（第１の動作の例）、動揺が移動体に発生した状態で目標追尾を行わずに空間安定を行う場合（第２の動作の例）、及び、動揺が移動体に発生した状態で目標追尾及び空間安定を行う場合の動作（第３の動作の例）について説明する。
【００４５】
（第１の動作の例）
まず、図１を参照しつつ図４Ａ〜Ｅ及び図５Ａ〜Ｄを用いて、動揺が移動体に発生していない状態で目標追尾を行う場合の動作について説明する。図４Ａ〜Ｅ及び図５Ａ〜Ｄは、第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を示す。対応が取りやすいように、図１中にカッコ書きで図４Ａ〜Ｅ及び図５Ａ〜Ｄの波形が出るポイントを示した。
【００４６】
まず、第１指令生成器５が目標角度θｔ及び第１目標角速度ωｔ１を設定し、これらについての信号を軌道生成器６に出力する。角度検出器２が検出角度θｍを検出し、これについての信号を軌道生成器６に出力する。
【００４７】
次いで、軌道生成器６が検出角度θｍ（初期値）から目標角度θｔへの目標角度軌道Ｋθを生成する。図４Ａに示すように、目標角度軌道Ｋθは、例えば、目標追尾の開始時Ｔｓから完了時Ｔｆまでに、検出角度θｍ（初期値）から目標角度θｔへ到達するように軌道を描くのである。また、軌道生成器６が、目標角度軌道Ｋθを微分処理等して、目標角速度軌道Ｋωを生成する。目標角速度軌道Ｋωは、図４Ｂに示すように、開始時Ｔｓから直ぐに所定の角速度ω１まで上昇し、完了時Ｔｆ直前まで角速度ω１を維持し、完了時Ｔｆに０まで降下するように軌道を描く。
【００４８】
また、第２指令生成器７は第２目標角速度ωｔ２についての信号を第２目標角速度指令として第２制御器に出力する。図４Ｃに示すように、第２目標角速度ωｔ２は開始時Ｔｓから完了時Ｔｆまで０を示す。
【００４９】
また、慣性センサ８は、制御対象１の検出角速度ωｍについての信号を第１減算器１１に出力する。動揺が移動体に発生していないので、図４Ｄに示すように、動揺により制御対象１に生ずる動揺検出角速度ωｇは開始時Ｔｓから完了時Ｔｆまで０を示す。従って、図４Ｅに示すように、検出角速度ωｍは、目標角速度軌道Ｋωを描くように、開始時Ｔｓから完了時Ｔｆまで推移する。
【００５０】
第１減算器１１は、検出角速度ωｍから、目標角速度軌道Ｋωに基づいて減算時に対応する角速度を減算し、この結果についての信号を差分角速度信号として積分器１２に出力する。検出角速度ωｍは目標角速度軌道Ｋωを描くように開始時Ｔｓから完了時Ｔｆまで推移するので、図５Ａに示すように、第１減算器１１の出力は、開始時Ｔｓから完了時Ｔｆまで常に０を示す。
【００５１】
第２制御器１０は、第２目標角速度ωｔ２から第２ゲイン１６からの出力を減算して、角速度制御信号Ｋωｃを生成し、第２制御信号として加算器１５に出力する。第２目標角速度ωｔ２及び第２ゲイン１６の出力は開始時Ｔｓから完了時Ｔｆまで常に０を示すので、角速度制御信号Ｋωｃは、開始時Ｔｓから完了時Ｔｆまで常に０である。
【００５２】
積分器１２は、第１減算器１１の出力を積分した結果を第１ゲイン１３に出力する。第１ゲイン１３は、積分器１２の出力に所定の第１ゲイン係数を乗算した結果についての信号を、第２減算器１４に出力する。図５Ａに示すように、第１減算器１１の出力は開始時Ｔｓから完了時Ｔｆまで常に０を示す。従って、図５Ｂに示すように、第１ゲイン１３の出力は、開始時Ｔｓから完了時Ｔｆまで常に０である。
【００５３】
第２減算器１４は目標角度軌道Ｋθから第１ゲイン１３の出力を減算し、この結果についての信号を目標指令Ｋθｉとして第１制御器９に出力する。ここで、第１ゲイン１３の出力（図５Ｂ参照）は開始時Ｔｓから完了時Ｔｆまで常に０を示すので、図５Ｃに示すように、目標指令Ｋθｉは目標角度軌道Ｋθ（図４Ａ参照）と同じ軌道を描く。第１制御器９は、目標指令Ｋθｉと検出角度θｍとを含む角度制御信号Ｋθｃを、加算器１５に出力する。
【００５４】
加算器１５は角速度制御信号Ｋωｃと角度制御信号Ｋθｃとを加算し、駆動制御信号Ｋをドライバ４に出力する。ここで、上記したように角速度制御信号Ｋωｃは開始時Ｔｓから完了時Ｔｆまで常に０であるので、駆動制御信号Ｋは角度制御信号Ｋθｃのみから構成される。したがって、ドライバ４は、角度制御信号Ｋθｃに基づいて制御対象１を駆動することになる。これにより、図５Ｄに示すように、検出角度θｍは、目標角度軌道Ｋθと同じ軌道を描くように推移する。すなわち、制御対象１を目標角度軌道Ｋθに追従させるように角度を制御できて、目標追尾を行えるのである。
【００５５】
（第２の動作の例）
次に、図１を参照しつつ図６Ａ〜Ｅ及び図７Ａ〜Ｄを用いて、動揺が移動体に発生した状態で目標追尾を行うことなく空間安定のみを行う場合の動作について説明する。図６Ａ〜Ｅ及び図７Ａ〜Ｄは、第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を示す。対応が取りやすいように、図１中にカッコ書きで図６Ａ〜Ｅ及び図７Ａ〜Ｄの波形が出るポイントを示した。
【００５６】
まず、第１指令生成器５が目標角度θｔ及び第１目標角速度ωｔ１を生成し、軌道生成器６に出力する。角度検出器２が制御対象１の検出角度θｍを検出し、検出角度信号として軌道生成器６に出力する。
【００５７】
次いで、軌道生成器６が検出角度θｍ（初期値）から目標角度θｔへの目標角度軌道Ｋθを生成する。この動作例では目標追尾を行わないので、図６Ａに示すように、目標角度軌道Ｋθは、開始時Ｔｓから完了時Ｔｆまで常に０に位置するように軌道を描く。また、軌道生成器６が、目標角度軌道Ｋθを微分処理等して、目標角速度軌道Ｋωを生成する。目標角速度軌道Ｋωは、図６Ｂに示すように、開始時Ｔｓから完了時Ｔｆまで常に０に位置するように軌道を描く。
【００５８】
また、第２指令生成器７は第２目標角速度ωｔ２についての信号を第２目標角速度指令として第２制御器１０に出力する。図６Ｃに示すように、第２目標角速度ωｔ２は開始時Ｔｓから完了時Ｔｆまで０を示す。
【００５９】
また、慣性センサ８は、制御対象１の検出角速度ωｍについての信号を検出角速度信号として第１減算器１１に出力する。動揺が移動体に発生しているので、図６Ｄに示すように、動揺に起因する検出角速度である動揺検出角速度ωｇは正弦波状に変化する。従って、図６Ｅに示すように、検出角速度ωｍ１は、一旦、正弦波状に変化する。空間安定装置１００が、動揺検出角速度ωｇを減じるように動作するため、所定時間が経過すると、検出角速度ωｍ２は、検出角速度ωｍ１と比較して振幅の小さい正弦波状の波形を示す。
【００６０】
第１減算器１１は、検出角速度ωｍから、目標角速度軌道Ｋωから検出時に対応する角速度を減算し、この減算した結果についての信号を差分角速度信号として積分器１２及び第２ゲイン１６に出力する。検出角速度ωｍは開始時Ｔｓから完了時Ｔｆまで略正弦波状の軌道を描くように推移するので、図７Ａに示すように、第１減算器１１の出力（残留動揺角速度ωｒ１）は、一旦、開始時Ｔｓから完了時Ｔｆまで正弦波状に変化する。次いで、空間安定装置１００が動揺検出角速度ωｇを減じるように制御対象１を動作し、所定時間が経過して、慣性センサ８の出力が検出角速度ωｍ２（図６Ｅ参照）を示す。すると、この所定時間を経過した後の第１減算器１１の出力（残留動揺角速度ωｒ２）は、残留動揺角速度ωｒ１と比較して振幅の小さい正弦波状の波形を示す。この残留動揺角速度ωｒ２から残留動揺角速度ωｒ１への正弦波の振幅の減少は、残留動揺に起因する。ここで、残留動揺とは、支持部の動揺に起因する角速度変動を空間安定により減じることで、残留した動揺である。残留動揺に起因する角速度を、残留動揺角速度ωｒとする。
【００６１】
第２制御器１０は、第２目標角速度ωｔ２から第２ゲイン１６からの出力を減算して、これに対してＰＩ制御を行って、残留動揺角速度ωｒを正負反転させて、角速度制御信号Ｋωｃを生成し、第２制御信号として加算器１５に出力する。第２目標角速度ωｔ２の出力は開始時Ｔｓから完了時Ｔｆまで常に０を示し、第２ゲイン１６の出力は開始時Ｔｓから完了時Ｔｆまで正弦波状に変化する。図７Ｄに示すように、角速度制御信号Ｋωｃについての出力は、開始時Ｔｓから完了時Ｔｆまで、第１減算器１１の出力を正負反転して正弦波状に変化する。角速度制御信号Ｋωｃは、制御対象１を、残留動揺角速度ωｒと逆方向に同じ大きさの角速度で駆動させるための制御信号である。
【００６２】
積分器１２は、第１減算器１１の出力（図７Ａ参照）を積分し、この積分した結果についての信号を第１ゲイン１３に出力する。第１ゲイン１３は、積分器１２の出力に所定の第１ゲイン係数を乗算し、この乗算した結果についての信号を第２減算器１４に出力する。図７Ｂに示すように、第１ゲイン１３の出力（所定時間経過前）は、一旦、開始時Ｔｓから完了時Ｔｆまで正弦波状の軌道を示す。空間安定装置１００が動揺検出角速度ωｇを減じるように制御対象１を動作し、所定時間が経過し、慣性センサ８の出力が検出角速度ωｍ２（図６Ｅ参照）を示す。すると、この所定時間を経過した後の第１ゲイン１３の出力は、所定時間経過前の第１ゲイン１３の出力と比較して振幅の小さい正弦波状の波形を示す。この所定時間経過による第１ゲイン１３の出力の正弦波の振幅の減少は、残留動揺に起因する。
【００６３】
第２減算器１４は、目標角度軌道Ｋθから第１ゲイン１３の出力を減算し、目標指令Ｋθｉとして第１制御器９に出力する。ここで、目標角度軌道Ｋθは開始時Ｔｓから完了時Ｔｆまで０を示し、第１ゲイン１３の出力は開始時Ｔｓから完了時Ｔｆまで正弦波状に変化する。したがって、図７Ｃに示すように、目標指令Ｋθｉ（所定時間経過前）は、一旦、第１ゲイン１３の出力を正負反転させた波形を示す。空間安定装置１００が動揺検出角速度ωｇを減じるように制御対象１を動作し、所定時間が経過し、慣性センサ８の出力が検出角速度ωｍ２（図６Ｅ参照）を示す。すると、この所定時間を経過した後の目標指令Ｋθｉは、所定時間経過前の目標指令Ｋθｉと比較して振幅の小さい正弦波状の波形を示す。この所定時間経過による目標指令Ｋθｉの正弦波の振幅の減少は、残留動揺に起因する。第１制御器９は、目標指令Ｋθｉと検出角度θｍとから生成する角度制御信号Ｋθｃを、加算器１５に出力する。
【００６４】
加算器１５は角速度制御信号Ｋωｃと角度制御信号Ｋθｃとを加算し、駆動制御信号Ｋをドライバ４に出力する。ドライバ４は、角速度制御信号Ｋωｃと角度制御信号Ｋθｃに基づいて制御対象１を駆動する。
【００６５】
第１制御器９は、図７Ｃのように残留動揺成分の反転信号を目標指令Ｋθｉとし、角度検出器２の出力を検出角速度ωｍとして制御対象１を角度制御し、制御対象１を残留動揺成分と逆方向に残留動揺成分相当の角速度で回転させる。これにより、残留動揺成分による影響を除去し、空間安定化を行うことができる。
【００６６】
ところで、第１制御器９及び第２制御器１０だけでは、それぞれ図６Ｄに示す支持部の動揺を除去するのではなく、図６Ｅに示す残留動揺成分による影響を除去することになる。そこで、第１ゲイン１３により角度制御用残留動揺角速度成分を調整し、第２ゲイン１６により角速度制御用残留動揺成分を調整し、さらに、加算器１５を通して第１制御器９と第２制御器１０との出力を加算することで残留動揺成分を支持部動揺と同等の振幅に増幅する（支持部動揺相当残留動揺成分と呼ぶ）。さらに、制御対象１を支持部動揺と逆回転方向に支持部動揺相当残留動揺成分だけ回転させる。これらにより、支持部の動揺をキャンセルし、制御対象１を慣性空間に静止させることができ、高精度な空間安定化を行うことができる。
【００６７】
（第３の動作の例）
最後に、図１を参照しつつ図８Ａ〜Ｅ及び図９Ａ〜Ｅを用いて、動揺が移動体に発生した状態で目標追尾及び空間安定を行う場合の動作について説明する。図８Ａ〜Ｅ及び図９Ａ〜Ｅは、第１の実施形態にかかる空間安定装置の要部の出力結果を示す。対応が取りやすいように、図１中にカッコ書きで図８Ａ〜Ｅ及び図９Ａ〜Ｅの波形が出るポイントを示した。
【００６８】
まず、第１指令生成器５が目標角度θｔ及び第１目標角速度ωｔ１を生成し、軌道生成器６に出力する。角度検出器２が制御対象１の検出角度θｍを検出し、検出角度信号として軌道生成器６に出力する。
【００６９】
次いで、軌道生成器６が検出角度θｍから目標角度θｔへの目標角度軌道Ｋθを生成する。図８Ａに示すように、目標角度軌道Ｋθは、例えば、開始時Ｔｓから完了時Ｔｆまでに、検出角度θｍから目標角度θｔへ軌道を描くのである。また、軌道生成器６が、目標角度軌道Ｋθを微分処理等して、目標角速度軌道Ｋωを生成する。目標角速度軌道Ｋωは、図８Ｂに示すように、開始時Ｔｓ直後、所定の角速度ω１まで上昇し、完了時Ｔｆ直前まで角速度ω１を維持し、完了時Ｔｆに０まで降下するように軌道を描く。
【００７０】
また、第２指令生成器７は第２目標角速度ωｔ２についての信号を第２目標角速度指令として第２制御器１０に出力する。図８Ｃに示すように、第２目標角速度ωｔ２は開始時Ｔｓから完了時Ｔｆまで０を示す。
【００７１】
また、慣性センサ８は、制御対象１の検出角速度ωｍについての信号を検出角速度信号として第１減算器１１に出力する。動揺が移動体に発生しているので、図８Ｄに示すように、動揺による検出角速度である動揺検出角速度ωｇは、開始時Ｔｓから完了時Ｔｆまで正弦波状に変化する。従って、図８Ｅに示すように、慣性センサ８の出力（検出角速度Ｋｆ）は目標角速度軌道Ｋω（図８Ｂ参照）と、残留動揺に起因する角速度（残留動揺角速度ωｒ）とを重畳した波形を形成する。
【００７２】
第１減算器１１は、慣性センサ８の出力（図８Ｅ参照。）から目標角速度軌道Ｋω（図８Ｂ参照。）の対応する角速度を減算し、その減算した結果についての信号を差分角速度信号として第２ゲイン１６に出力する。図９Ａに示すように、第１減算器１１の出力（残留動揺角速度ωｒ１）は、一旦、開始時Ｔｓから完了時Ｔｆまで正弦波状に変化する。次いで、空間安定装置１００が動揺検出角速度ωｇを減じるように制御対象１を動作し、所定時間が経過して、慣性センサ８の出力が検出角速度Ｋｆ（図８Ｅ参照）を示す。すると、この所定時間を経過した後の第１減算器１１の出力（残留動揺角速度ωｒ２）は、残留動揺角速度ωｒ１と比較して振幅の小さい正弦波状の波形を示す。この残留動揺角速度ωｒ２から残留動揺角速度ωｒ１への正弦波の振幅の減少は、残留動揺に起因する。第２ゲイン１６は、第１減算器１１の出力に所定の第２ゲイン係数を乗算して、この乗算した結果についての信号を第２制御器１０に出力する。
【００７３】
第２制御器１０は、第２目標角速度ωｔ２から、第２ゲイン１６の出力を減算して、この減算した結果についてＰＩ制御を行って、図９Ｅに示すように残留動揺角速度ωｒを反転させた波形を示す角速度制御信号Ｋωｃを生成する。さらに、第２制御器１０は、この生成した信号を第２制御信号として加算器１５に出力して、制御対象１に対して角速度制御を実施することで制御対象１を残留動揺角速度ωｒと逆方向に同じ角速度で回転させるように角速度制御を行って、残留動揺による影響を除去できる。
【００７４】
積分器１２は第１減算器１１の出力（図９Ａ参照）を積分した結果を出力し、第１ゲイン１３は積分器１２の出力を所定の第１ゲイン係数を乗算して、この乗算した結果についての信号を第２減算器に出力する。図９Ｂに示すように、第１ゲイン１３の出力（所定時間経過前）は、一旦、開始時Ｔｓから完了時Ｔｆまで正弦波状に変化する。空間安定装置１００が動揺検出角速度ωｇを減じるように制御対象１を動作し、所定時間が経過し、慣性センサ８の出力が検出角速度Ｋｆ（図８Ｅ参照）を示す。すると、この所定時間を経過した後の第１ゲイン１３の出力は、所定時間経過前の第１ゲイン１３の出力と比較して振幅の小さい正弦波状の波形を示す。この所定時間経過による第１ゲイン１３の出力の変化は、動揺による角速度変動から制御対象１の目標角度軌道Ｋθへの追従制御による角速度変動を減算した結果である残留動揺角速度ωｒに相当する。
【００７５】
第２減算器１４は、目標角度軌道Ｋθ（図８Ａ参照）から第１ゲイン１３の出力（図９Ｂ参照）を減算し、この減算した結果である目標指令Ｋθｉについての信号を第１制御器９に出力する。図９Ｃに示すように、目標指令Ｋθｉ（所定時間経過前）は、目標角速度軌道に残留動揺角速度ωｒの反転信号を重畳した波形である。空間安定装置１００が動揺検出角速度ωｇを減じるように制御対象１を動作し、所定時間が経過し、慣性センサ８の出力が検出角速度Ｋｆ（図８Ｅ参照）を示す。すると、この所定時間を経過した後の目標指令Ｋθｉは、所定時間経過前の目標指令Ｋθｉと比較して振幅の小さい波形を示す。この所定時間経過による目標指令Ｋθｉの振幅の減少は、残留動揺に起因する。
【００７６】
第１制御器９は、目標角速度軌道Ｋωに残留動揺角速度ωｒの反転信号を重畳した信号を目標指令Ｋθｉ（図９Ｃ参照）とし、角度検出器２の出力を検出角度として、制御対象１を角度制御する。これにより、制御対象１を目標角度軌道Ｋθに追従させて目標追尾を行えるとともに、制御対象１を残留動揺角速度ωｒと逆方向に同じ角速度で回転させるように角度制御を行って、残留動揺成分による影響を除去でき、空間安定化を行える。
【００７７】
なお、第１制御器９及び第２制御器１０は、残留動揺角速度ωｒ（図９Ｆ参照）を除去することになる。よって、第１制御器９又は第２制御器１０単体での空間安定では固定部動揺を除去できない。
【００７８】
そこで、加算器１５は第１制御器９と第２制御器１０との制御信号を加算し、駆動制御信号をドライバ４に入力する。さらに、第１ゲイン１３は角度制御用残留動揺成分を調整し、第２ゲイン１６は角速度制御用残留動揺成分を調整することで残留動揺成分を支持部の動揺と同等の振幅に増幅し（支持部動揺相当残留動揺成分と呼ぶ）、制御対象１を支持部の動揺と逆回転方向に支持部動揺相当残留動揺成分だけ回転させるのである。これらにより、制御対象１は支持部の動揺をキャンセルし、慣性空間に静止することができ高精度な空間安定化を行える。
【００７９】
以上の動作により、第１制御器９により制御対象１を目標角度軌道Ｋθに追従させて目標追尾を行えるとともに、第１制御器９、第１ゲイン１３、第２制御器１０、及び、第２ゲイン１６により制御対象１を空間安定化させることができる。
【００８０】
（第２の実施形態）
次に、図１０を用いて、第２の実施形態にかかる空間安定装置について説明する。図１０は第２の実施形態にかかる空間安定装置を表すブロック図を示す。第２の実施形態にかかる空間安定装置は、第１の実施形態にかかる空間安定装置と比較して、第２指令生成器、第２制御器及び第２ゲインを省いたことを除き、他の構成について共通し、同じ符号を付し、説明を省略する。
【００８１】
空間安定装置２００は、制御対象１を目標角度軌道Ｋθに追従させて、目標を追尾できる。また、空間安定装置２００は、第１減算器１１の出力である残留動揺角速度ωｒに、第１ゲイン１３により増幅し、さらに支持部動揺相当残留動揺成分の極性を反転した結果について信号に基づいて、制御対象１を回転させる。すなわち、制御対象１を慣性空間に静止させて、空間安定化を行うことができる。
【００８２】
なお、第２ゲイン１６の第２ゲイン係数を０に設定して空間安定装置１００を用いると、第２ゲイン１６の出力が０となり第２制御器１０の検出角速度が０となる。また、第２指令生成器７の出力も０なので、第２制御器１０の出力も０となる。すなわち、第２ゲイン１６の第２ゲイン係数を０に設定して空間安定装置１００を用いると、空間安定装置２００と同一の構成を有する空間安定装置を得ることができる。
【００８３】
（第３の実施形態）
次に、図１１を用いて、第３の実施形態にかかる空間安定装置について説明する。図１１は第３の実施形態にかかる空間安定装置を示すブロック図である。第３の実施形態にかかる空間安定装置は、第１の実施形態にかかる空間安定装置と比較して、第２減算器１４、積分器１２及び第１ゲイン１３を省いたことを除き、他の構成について共通し、同じ符号を付し、説明を省略する。
【００８４】
図１１に示すように、空間安定装置３００は、第１制御器９により制御対象１を目標角度軌道Ｋθに追従させることができる。また、第２制御器１０により第１減算器の出力である残留動揺角速度ωｒに第２ゲイン１６により増幅した固定部動揺相当残留動揺成分の正負を反転した結果に基づいて、制御対象１を回転させることができる。これにより、制御対象１を慣性空間に静止させることができ、空間安定を行うことができる。
【００８５】
なお、第１ゲイン１３の第１ゲイン係数を０に設定して空間安定装置１００を用いると、空間安定装置３００と同一の構成を有する空間安定装置を得ることができる。第１ゲイン１３の第１ゲイン係数を０に設定して空間安定装置１００を用いると、第１ゲイン１３の出力が０となり、目標指令Ｋθｉが目標角度軌道Ｋθと等しくなるからである。
【００８６】
（第４の実施形態）
次に、図１２を用いて第４の実施形態にかかる空間安定装置について説明する。図１２は第４の実施形態にかかる空間安定装置を表すブロック図を示す。第４実施形態にかかる空間安定装置は、第１の実施形態にかかる空間安定装置と比較して、積分器１２の接続箇所を除き、他の構成について共通し、同じ符号を付し、説明を省略する。
【００８７】
空間安定装置４００は、第１減算器１１から第１ゲイン１３及び第２ゲイン１６へ分岐する分岐部と、第１ゲイン１３と、積分器１２を介して接続する。空間安定装置４００は、第２制御器１０により、角速度制御ではなく角度制御を実施する。この場合、第２制御器１０として、図２に示すＰＩＤ制御器を利用する。第２制御器１０への入力は、積分器１２の出力（角度換算した残留動揺角速度ωｒ）を第２ゲイン１６により乗算して得られる結果である。
【００８８】
第２制御器１０が、角度制御を実施する場合でも、角度換算した残留動揺角速度ωｒを第２ゲイン１６により乗算した結果と、角度換算した残留動揺角速度ωｒを第１ゲイン１３により乗算した結果とを加算して、固定部動揺相当残留動揺成分を得る。さらに、固定部動揺相当残留動揺成分の正負を反転した結果に基づいて制御対象１を回転させる。すなわち、制御対象１を慣性空間に静止させることができ、空間安定を行うことができる。
【００８９】
また、第１制御器９は、制御対象１を目標角度軌道Ｋθに追従させることができ、目標追尾を行うことができる。
【００９０】
（第５の実施形態）
次に、図１３を用いて第５の実施形態にかかる空間安定装置について説明する。図１３は第５の実施形態にかかる空間安定装置を表すブロック図を示す。第５実施形態にかかる空間安定装置は、第１の実施形態にかかる空間安定装置と比較して、第１減算器の接続箇所を除き、他の構成について共通し、同じ符号を付し、説明を省略する。
【００９１】
空間安定装置５００は、第１ゲイン１３及び第２ゲイン１６へ分岐する分岐点と慣性センサ８とを、第３減算器１９と積分器１２を介して接続する。空間安定装置５００は、空間安定装置４００と同様に、第２制御器１０が角度制御を実施している。空間安定装置５００では、軌道生成器６が目標角度軌道Ｋθを第３減算器１９に出力する。また、空間安定装置５００では、積分器１２が慣性センサ８の出力を第３減算器１９より先に受ける。積分器１２は、慣性センサ８の出力を角速度成分から角度成分に換算し、換算した結果についての信号を第３減算器１９に出力する。積分器１２の出力は角度成分であるから、第３減算器１９は積分器１２の出力から目標角度軌道Ｋθを減算する。
【００９２】
これにより、空間安定装置５００の第３減算器１９の出力、は空間安定装置４００での第１減算器１１の出力と等価になる。空間安定装置５００は、空間安定装置４００と同様に第１制御器９により制御対象１を目標角度軌道Ｋθに追従させて目標物を追尾できる。また、空間安定装置５００は、角度換算した残留動揺角速度ωｒに第２ゲイン１６により乗算した結果と、角度換算した残留動揺角速度ωｒに第１ゲイン１３により乗算した結果とを加算して、固定部動揺相当残留動揺成分を得る。さらに、空間安定装置５００は、固定部動揺相当残留動揺成分の正負を反転した結果に基づいて制御対象１を回転させる。すなわち、制御対象１を慣性空間に静止させることができ、空間安定を行うことができる。
【００９３】
（第６の実施形態）
次に、図１４を用いて第６の実施形態にかかる空間安定装置について説明する。図１４は第６の実施形態にかかる空間安定装置を示すブロック図である。第６実施形態にかかる空間安定装置は、第１の実施形態にかかる空間安定装置と比較して、位相補償器及び第３ゲインを含むことを除き、他の構成について共通し、同じ符号を付し、説明を省略する。
【００９４】
空間安定装置６００は、位相補償器１７と、第３ゲイン１８とを含む。位相補償器１７及び第３ゲイン１８は、第１減算器１１と、積分器１２及び第２ゲイン１６に分岐する分岐部とを接続する。
【００９５】
位相補償器１７は、入力信号に所定のフィルタ処理を施し、入力信号の位相を変化させた信号を生成し、この生成した信号を出力することができる。フィルタ処理は、例えば、以下の数式１に示す伝達関数で行われる。入力信号の位相は、伝達関数に含まれる周波数に従って変化する。
【数１】
2014141341.tif 000003
ｆ１，ｆ２：ユーザーが任意に設定できる周波数
【００９６】
第３ゲイン１８は、得られた出力に第３ゲイン係数を乗算し、この乗算した結果について出力する増幅器である。第３ゲイン１８は、位相補償器１７の出力を増幅して第２ゲイン１６及び積分器１２に出力する。
【００９７】
ところで、空間安定装置は、支持部の動揺による角度変動とドライバ４の駆動による制御対象１の角度変動とを一致させると、支持部の動揺を制御対象１で除去できて、高い空間安定性能を得ることができる。しかし、慣性センサ８はセンサ自体の検出帯域の制約を有し、支持部の動揺を完全に検出できない。固定部の動揺と慣性センサ８の出力との間に、ゲイン差と位相差が生じる。また、慣性センサ８の出力から制御対象１までの間にも、ゲイン差と位相差が生じる。
【００９８】
空間安定装置６００は、位相補償器１７が支持部の動揺から制御対象１の角度変動までの間の位相差を除去することができる。また、第３ゲイン１８が支持部の動揺から制御対象１の角度変動までの間のゲイン差を除去することができる。空間安定装置６００は、さらに高い空間安定性能を有し得る。
【００９９】
なお、第６の実施形態では、第１減算器１１と、積分器１２と第２ゲイン１６へ分岐する分岐部とを、位相補償器１７及び第３ゲイン１８を介して接続したが、位相補償器１７及び第３ゲイン１８を接続する順序を入れ替えても構わない。
【０１００】
（第７の実施形態）
次に、図１５を用いて、第７の実施形態にかかる空間安定装置について説明する。図１５は第７の実施形態にかかる空間安定装置を示すブロック図である。第７の実施形態にかかる空間安定装置は、第１の実施形態にかかる空間安定装置と比較して、第２指令生成器、第２制御器、第１ゲイン及び第２ゲインを省いたことを除き、他の構成について共通し、同じ符号を付し、説明を省略する。
【０１０１】
図１５に示すように、空間安定装置７００は、制御対象１を目標角度θｔに追従させて、目標を追尾できる。また、空間安定装置７００は、第１減算器１１の出力である残留動揺角速度ωｒについての信号に基づいて、制御対象１を回転させる。すなわち、制御対象１を慣性空間に静止させて、空間安定を行うことができる。
【０１０２】
なお、上記した第１〜７の実施形態にかかる空間安定装置では、１軸を中心に回転自在に支持される制御対象１を制御しているが、複数の軸を中心に回転自在に支持される制御対象についても各軸独立して上記実施形態にかかる空間安定装置を用いて制御してもよい。
【０１０３】
また、上記した第１〜７の実施形態にかかる空間安定装置では、第１制御器及び第２制御器としてＰＩＤ制御器やＰＩ制御器を用いたが、ＰＩＤ制御器やＰＩ制御器に限定されることなく、例えば、Ｈ∞制御器等のどのような制御系を用いてもよい。
【０１０４】
また、上記した第１〜６の実施形態にかかる空間安定装置では、軌道生成器６を用いたが、必要に応じて省いても構わない。
【０１０５】
また、第６の実施形態は第１の実施形態にかかる空間安定装置に位相補償器と第３ゲインとを追加した構成と同一の構成を有するが、第２〜５、７実施形態にかかる空間安定装置に位相補償器１７及び第３ゲイン１８を追加することができる。
【０１０６】
また、第２の実施形態にかかる空間安定装置では、第２減算器１４と第１減算器１１の間を位相補償器１７及び第３ゲイン１８を介して接続すればよく、第１ゲイン１３、積分器１２、位相補償器１７、第３ゲイン１８の順序に制約はない。
【０１０７】
また、第３の実施形態にかかる空間安定装置では、第２制御器１０と第１減算器１１の間を位相補償器１７及び第３ゲイン１８を介して接続すればよく、第２ゲイン１６、位相補償器１７、第３ゲイン１８の順序に制約はない。
【０１０８】
また、第４の実施形態にかかる空間安定装置では、第１実施形態と同様に、第１減算器１１、第１ゲイン１３及び第２ゲイン１６の間を位相補償器１７及び第３ゲイン１８を介して接続すればよく、積分器１２、位相補償器１７、第３ゲイン１８の順序に制約はない。
【０１０９】
また、第５の実施形態にかかる空間安定装置では、第１実施形態と同様に、第３減算器１９、第１ゲイン１３及び第２ゲイン１６の間を位相補償器１７及び第３ゲイン１８を介して接続すればよく、位相補償器１７、第３ゲイン１８の順序に制約はない。
【０１１０】
本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、制御対象が目標追尾と空間安定の両立を必要とする場合に容易に適用することが可能である。
【０１１１】
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【０１１２】
この出願は、２０１３年３月１３日に出願された日本出願特願２０１３−０５０３３０を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【０１１３】
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００  空間安定装置、    １  制御対象、    ２  角度検出器、    ３  主制御器、    ４  ドライバ、    ５  第１指令生成器、    ６  軌道生成器、    ７  第２指令生成器、８  慣性センサ、    ９  第１制御器、    １０  第２制御器、    １１  第１減算器、    １２  積分器、    １３  第１ゲイン、    １４  第２減算器、    １５  加算器、    １６  第２ゲイン 
【図１】
2014141341.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成27年9月2日(2015.9.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に搭載されて、制御対象を慣性空間に安定させるように制御する空間安定装置であって、
前記移動体に回転自在に支持される前記制御対象と、
前記制御対象の角度を検出し、検出角度信号として出力する角度検出手段と、
前記制御対象の目標角度指令と目標角速度指令とを出力する第１指令生成手段と、
前記制御対象の角速度を検出し、検出角速度信号として出力する慣性センサと、
前記目標角速度指令と前記検出角速度信号との差分を求め、差分角速度信号として出力する第１減算手段と、
前記差分角速度信号と、前記目標角度指令と前記検出角度信号との差分と、に基づいて駆動制御信号を生成する第１制御手段と、を有し、
移動体の動きが前記制御対象に与える影響を低減するように、前記制御対象を回転制御することを特徴とする空間安定装置。
【請求項２】
第２目標角速度指令を出力する第２指令生成手段と、
前記第２目標角速度指令と前記差分角速度信号とに基づいて前記制御対象を角速度制御又は角度制御する第２制御信号を生成する第２制御手段と、
前記駆動制御信号と前記第２制御信号とを加算する加算手段と、を更に有し、
前記加算手段の出力に基づいて前記制御対象を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の空間安定装置。
【請求項３】
第１ゲインを更に有し、
前記第１ゲインは、前記差分角速度信号に第１ゲイン係数を乗算し、
前記第１制御手段は、前記第１ゲインの出力に基づいて前記駆動制御信号を生成する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の空間安定装置。
【請求項４】
第２ゲインを更に有し、
前記第２ゲインは、前記差分角速度信号に第２ゲイン係数を乗算し、
前記第２制御手段は、前記第２ゲインの出力に基づいて前記第２制御信号を生成する、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の空間安定装置。
【請求項５】
前記第１減算手段、前記第１ゲイン及び前記第２ゲインを、位相補償手段及び第３ゲインを介して接続する、
ことを特徴とする請求項４に記載の空間安定装置。
【請求項６】
移動体に搭載されて、制御対象を慣性空間に安定させるように制御する空間安定制御方法であって、
前記制御対象を前記移動体に回転自在に支持し、
前記制御対象の角度を検出し、検出角度信号として出力し、
前記制御対象の目標角度指令と目標角速度指令とを出力し、
前記制御対象の角速度を慣性センサで検出し、検出角速度信号として出力し、
前記目標角速度指令と前記検出角速度信号との差分を求め、差分角速度信号として出力し、
前記差分角速度信号と、前記目標角度指令と前記検出角度信号との差分と、に基づいて駆動制御信号を生成し、
移動体の動きが前記制御対象に与える影響を低減するように、前記制御対象を回転制御することを特徴とする空間安定制御方法。
【請求項７】
移動体に回転自在に支持される制御対象と、前記制御対象の角度を検出し、検出角度信号として出力する角度検出手段と、前記制御対象の角速度を検出し、検出角速度信号として出力する慣性センサと、を有し、前記制御対象を慣性空間に安定させるように制御装置を制御する空間安定装置にコンピュータを組み込んで、
このコンピュータを
前記制御対象の目標角度指令と目標角速度指令とを出力する第１指令生成手段と、
前記目標角速度指令と前記検出角速度信号との差分を求め、差分角速度信号として出力する第１減算手段と、
前記差分角速度信号と、前記目標角度指令と前記検出角度信号との差分と、に基づいて駆動制御信号を生成する第１制御手段と、を介して機能させ、
移動体の動きが前記制御対象に与える影響を低減するように、前記制御対象を回転制御することを特徴とする空間安定制御プログラム。
【手続補正書】
【提出日】平成28年8月29日(2016.8.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に搭載されて、制御対象を慣性空間に安定させるように制御する空間安定装置であって、
前記移動体に回転自在に支持される前記制御対象と、
前記制御対象の角度を検出し、検出角度信号として出力する角度検出手段と、
前記制御対象の目標角度指令と目標角速度指令とを出力する第１指令生成手段と、
第２目標角速度指令を出力する第２指令生成手段と、
前記制御対象の角速度を検出し、検出角速度信号として出力する慣性センサと、
前記目標角速度指令と前記検出角速度信号との差分を求め、差分角速度信号として出力する第１減算手段と、
前記差分角速度信号と、前記目標角度指令と前記検出角度信号との差分と、に基づいて駆動制御信号を生成する第１制御手段と、
前記第２目標角速度指令と前記差分角速度信号とに基づいて前記制御対象を角速度制御又は角度制御する第２制御信号を生成する第２制御手段と、
前記駆動制御信号と前記第２制御信号とを加算する加算手段とを有し、
前記移動体に発生する動揺による前記制御対象の角度の変化に対し、前記差分角速度信号から得られる残留動揺成分の振幅を調整した成分である支持部動揺相当残留動揺成分だけ、前記動揺とは逆方向に前記制御対象を回転させるように回転制御することを特徴とする空間安定装置。
【請求項２】
第１ゲインを更に有し、
前記第１ゲインは、前記差分角速度信号に第１ゲイン係数を乗算し、
前記第１制御手段は、前記第１ゲインの出力に基づいて前記駆動制御信号を生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の空間安定装置。
【請求項３】
第２ゲインを更に有し、
前記第２ゲインは、前記差分角速度信号に第２ゲイン係数を乗算し、
前記第２制御手段は、前記第２ゲインの出力に基づいて前記第２制御信号を生成する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の空間安定装置。
【請求項４】
前記第１減算手段、前記第１ゲイン及び前記第２ゲインを、位相補償手段及び第３ゲインを介して接続する、
ことを特徴とする、請求項２に従属する請求項３に記載の空間安定装置。
【請求項５】
移動体に搭載されて、制御対象を慣性空間に安定させるように制御する空間安定制御方法であって、
前記制御対象を前記移動体に回転自在に支持し、
前記制御対象の角度を検出し、検出角度信号として出力し、
前記制御対象の目標角度指令と目標角速度指令とを出力し、
第２目標角速度指令を出力し、
前記制御対象の角速度を慣性センサで検出し、検出角速度信号として出力し、
前記目標角速度指令と前記検出角速度信号との差分を求め、差分角速度信号として出力し、
前記差分角速度信号と、前記目標角度指令と前記検出角度信号との差分と、に基づいて駆動制御信号を生成し、
前記第２目標角速度指令と前記差分角速度信号とに基づいて前記制御対象を角速度制御又は角度制御する第２制御信号を生成し、
前記駆動制御信号と前記第２制御信号とを加算し、
前記移動体に発生する動揺による前記制御対象の角度の変化に対し、前記差分角速度信号から得られる残留動揺成分の振幅を調整した成分である支持部動揺相当残留動揺成分だけ、前記動揺とは逆方向に前記制御対象を回転させるように回転制御することを特徴とする空間安定制御方法。
【請求項６】
移動体に回転自在に支持される制御対象と、前記制御対象の角度を検出し、検出角度信号として出力する角度検出手段と、前記制御対象の角速度を検出し、検出角速度信号として出力する慣性センサと、を有し、前記制御対象を慣性空間に安定させるように制御装置を制御する空間安定装置にコンピュータを組み込んで、
このコンピュータを
前記制御対象の目標角度指令と目標角速度指令とを出力する第１指令生成手段と、
第２目標角速度指令を出力する第２指令生成手段と、
前記目標角速度指令と前記検出角速度信号との差分を求め、差分角速度信号として出力する第１減算手段と、
前記差分角速度信号と、前記目標角度指令と前記検出角度信号との差分と、に基づいて駆動制御信号を生成する第１制御手段と、
前記第２目標角速度指令と前記差分角速度信号とに基づいて前記制御対象を角速度制御又は角度制御する第２制御信号を生成する第２制御手段と、
前記駆動制御信号と前記第２制御信号とを加算する加算手段と、を介して機能させ、
前記移動体に発生する動揺による前記制御対象の角度の変化に対し、前記差分角速度信号から得られる残留動揺成分の振幅を調整した成分である支持部動揺相当残留動揺成分だけ、前記動揺とは逆方向に前記制御対象を回転させるように回転制御することを特徴とする空間安定制御プログラム。
【国際調査報告】
2014141341.tif 000043
2014141341.tif 000044
2014141341.tif 000045
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