(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
減速率に基づいて、移動体の目標速度を算出する目標速度算出部と、
前記移動体の現在速度と前記目標速度との偏差に基づいて、前記現在速度が前記目標速度に追従するように制御する制御部と、
前記現在速度と、前記移動体の現在位置から目的地までの距離に基づいて、前記移動体が前記現在速度からある一定の前記減速率で速度が０になるまで減速したときに前記移動体が進む距離が前記現在位置から前記目的地までの前記距離となるような前記減速率を求める減速率修正部とを備え、
前記目標速度算出部は、前記減速率修正部により求められた前記減速率に基づいて、前記目標速度を算出し、
前記減速率修正部では、前記現在位置から前記目的地までの距離が小さくなった時点で前記減速率が急激に増大することが防止されるように、前記現在速度に補正定数が加算されてなる値に基づいて、前記減速率を求める
移動体の高精度誘導装置。
【請求項２】
請求項１記載の移動体の高精度誘導装置において、
前記減速率修正部では、前記現在位置から前記目的地までの距離が小さくなった時点で前記減速率が急激に増大することが防止されるように、前記現在位置から前記目的地までの距離に下限リミッタを通して得られる値に基づいて、前記減速率を求める
移動体の高精度誘導装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の移動体の高精度誘導装置において、
前記減速率修正部は、
前記現在速度に補正定数を加算する加算器と、
前記加算器での加算結果を２乗する２乗器と、
前記現在位置から前記目的地までの距離をリミットする下限リミッタと、
前記下限リミッタの出力値の逆数を出力する逆数器と、
前記２乗器の出力と前記逆数器の出力を掛算する掛算器とを備え、
前記減速率は、前記掛算器の出力に基づいて、求められる
移動体の高精度誘導装置。
【請求項４】
減速率に基づいて、航空機のフロント部の向く方向の目標速度を算出する目標速度算出部と、
前記航空機の前記フロント部の向く方向の現在速度と前記目標速度との偏差に基づいて、前記現在速度が前記目標速度に追従するように制御する第１制御部と、
前記現在速度と、前記航空機の現在位置から目的地までの距離に基づいて、前記航空機が前記現在速度からある一定の前記減速率で速度が０になるまで減速したときに前記航空機が進む距離が前記現在位置から前記目的地までの前記距離となるような前記減速率を求める減速率修正部と、
目的地までの予め定められたコースである目標コースと前記航空機の前記フロント部の向く方向とのずれ角度θ(θは９０度より小さい角度)と、前記航空機の前記フロント部の向く方向に進む速度である縦速度ｘとに基づいて、前記航空機の横ずれ方向に移動する速度である横速度を、ｘｔａｎθにゲインを掛けたものに一致させるように制御する第２制御部とを備え、
前記目標速度算出部は、前記減速率修正部により求められた前記減速率に基づいて、前記目標速度を算出する
航空機の高精度誘導装置。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか１項に記載の移動体の高精度誘導装置において、
前記移動体は、航空機である
移動体の高精度誘導装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体の高精度誘導装置に関し、特に、航空機の自動飛行制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機（移動体）には、予め設定された飛行（運転）ルートに基づいて飛行（運転）を制御する自動飛行制御装置（高精度誘導装置）が搭載されている。航空機は、自動飛行制御装置によって、飛行ルートに沿って予定進入方位から飛行（運転）目標点に誘導される。航空機の自動飛行制御装置としては、例えば、特開平７−２４８８２７号公報や特開平５−２５４４９１号公報に記載された技術が知られている。
【０００３】
自動飛行制御装置は、航空機を飛行ルートに沿って飛行目標点まで誘導するに際しては、予め定められた目標点に減速しながら接近し、最終的に速度０で目標点に到達するまでに、目標点に向かって定められた割合で縦速度を減速し、かつ横速度を０とする制御を行っている。ここで、縦速度とは、航空機の進行方向（機首、フロント部が向いている方向）の速度であり、横速度とは、航空機の進行方向からずれた方向（横ずれ）に航空機が移動する速度である。
【０００４】
まず、縦速度の制御に関しては、所定の減速率にて航空機を減速させて、航空機が飛行目標点に丁度到達したとき（航空機から飛行目標点までの距離が０になったとき）に、速度が０になるように誘導する。
【０００５】
従来、図６に示す誘導装置においては、所定の速度Ｖから、減速率設定器３０１にて定められた減速率にて速度０となるまで減速する間に移動する距離Ｌを、予め各々時刻における予想速度を速度０まで積分器３０４にて積分したものから推算する。そして、図６の誘導装置は、誘導すべき地点から推算した距離Ｌだけ手前より減速を開始することで、所定の位置への誘導を行う。
【０００６】
一般的には、減速率一定を考える場合には図７に示すような速度となるため、減速中に進む距離Ｌは、下記式で表される。
Ｌ＝１／２Ｖ０２／Ｒ０．
ここで、Ｖ０は減速開始時の速度であり、Ｒ０は減速率である。
【０００７】
従来方式では、速度が０になるまでに移動する距離は、各々時刻における予想速度からの推算値であって、必ずしも現実の移動距離と一致することはなく、従って誘導位置が目的とした位置から大きくずれることがあった。
【０００８】
これを改善しようとすると、予想速度の推定精度を向上させるか、又は、速度制御の精度を向上させる必要があり、前者については、速度検出器の精度向上による現在速度の検出精度向上と、航空機の運動計算モデル向上による予想速度計算精度向上が必要であり、また、後者については、目標速度に厳密に追従する航空機制御装置が必要であるが、いずれの場合においても、風等の外乱による影響は除去することが困難である。
【０００９】
一方、図８に示すように、横速度の制御目標（後述する目標横速度）は、０である。しかしながら、風等の外乱や速度保持精度により完全に横速度を０とすることはできず、目標点への到達精度が劣化する。また、航空機（ヘリコプター）の速度が変わると、特性上、機首が振られる傾向（横ずれの発生）にあり、これによっても目標点への到達精度が劣化する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
移動体（航空機）の速度を減速制御する場合に、目標点への到達精度が向上することが望まれている。
所定の減速率にて移動体（航空機）の速度を減速制御する場合に、特に、センサ精度や外乱の影響を受けることなく、高精度に運転（飛行）目標点まで誘導することが望まれている。
横速度を制御して、例えば外乱等による位置ずれを防止して高精度の誘導が実現されることが望まれている。
【００１１】
本発明の目的は、移動体（航空機）の速度を減速制御する場合、目標点まで高い到達精度で誘導することが可能な移動体の高精度誘導装置を提供することである。
本発明の他の目的は、所定の減速率にて移動体（航空機）の速度を減速制御する場合に、特に、センサ精度や外乱の影響を受けることなく、高精度に運転（飛行）目標点まで誘導することが可能な移動体の高精度誘導装置を提供することである。
本発明の更に他の目的は、横速度を制御して、例えば外乱等による位置ずれを防止して高精度の誘導を実現することができる移動体の高精度誘導装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用する番号・符号を用いて、［課題を解決するための手段］を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１３】
本発明の移動体の高精度誘導装置は、減速率（４０１）に基づいて、移動体の目標速度（４０７）を算出する目標速度算出部（４０４）と、前記移動体の現在速度（Ｖ）と前記目標速度（４０７）との偏差（４０８）に基づいて、前記現在速度（Ｖ）が前記目標速度（４０７）に追従するように制御する制御部と、前記現在速度（Ｖ）と、前記移動体の現在位置から目的地までの距離（Ｌ）に基づいて、前記移動体が前記現在速度（Ｖ）からある一定の前記減速率で速度が０になるまで減速したときに前記移動体が進む距離が前記現在位置から前記目的地までの前記距離（Ｌ）となるような前記減速率（４０１）を求める減速率修正部（４０９）とを備え、前記目標速度算出部（４０４）は、前記減速率修正部（４０９）により求められた前記減速率（４０１）に基づいて、前記目標速度（４０７）を算出する。
【００１４】
本発明の移動体の高精度誘導装置において、前記減速率修正部（４０９）では、前記現在位置から前記目的地までの距離（Ｌ）が小さくなった時点で前記減速率（４０１）が急激に増大することが防止されるように、前記現在速度（Ｖ）に補正定数（４１０）が加算されてなる値に基づいて、前記減速率（４０１）を求める。
【００１５】
本発明の移動体の高精度誘導装置において、前記減速率修正部（４０９）では、前記現在位置から前記目的地までの距離（Ｌ）が小さくなった時点で前記減速率（４０１）が急激に増大することが防止されるように、前記現在位置から前記目的地までの距離（Ｌ）に下限リミッタ（４１５）を通して得られる値に基づいて、前記減速率（４０１）を求める。
【００１６】
本発明の移動体の高精度誘導装置において、前記減速率修正部（４０９）は、前記現在速度（Ｖ）に補正定数（４１０）を加算する加算器（４１７）と、前記加算器（４１７）での加算結果を２乗する２乗器（４１１）と、前記現在位置から前記目的地までの距離（Ｌ）をリミットする下限リミッタ（４１５）と、前記下限リミッタ（４１５）の出力値の逆数を出力する逆数器（４１４）と、前記２乗器（４１１）の出力と前記逆数器（４１４）の出力を掛算する掛算器（４１２）とを備え、前記減速率（４０１）は、前記掛算器（４１２）の出力に基づいて、求められる。
【００１７】
本発明の移動体の高精度誘導装置は、移動体の目的地までの目標コース（Ｔｃ）と前記移動体のフロント部の向く方向とのずれ角度（θ）と、前記移動体の前記フロント部の向く方向に進む速度（ｘ）とに基づいて、前記移動体の前記フロント部の向く方向とは異なる方向の速度（ｙ）を制御する。
【００１８】
本発明の移動体の高精度誘導装置は、減速率（４０１）に基づいて、移動体のフロント部の向く方向の目標速度（４０７）を算出する目標速度算出部（４０４）と、前記移動体の前記フロント部の向く方向の現在速度（ｘ、ｖ）と前記目標速度（４０７）との偏差（４０８）に基づいて、前記現在速度（ｘ、ｖ）が前記目標速度（４０７）に追従するように制御する第１制御部と、前記現在速度（ｘ、ｖ）と、前記移動体の現在位置から目的地までの距離（Ｌ）に基づいて、前記移動体が前記現在速度（ｘ、ｖ）からある一定の前記減速率で速度が０になるまで減速したときに前記移動体が進む距離が前記現在位置から前記目的地までの前記距離（Ｌ）となるような前記減速率（４０１）を求める減速率修正部（４０９）と、前記移動体の目的地までの目標コース（Ｔｃ）と前記移動体の前記フロント部の向く方向とのずれ角度（θ）と、前記移動体の前記フロント部の向く方向に進む速度（ｘ）とに基づいて、前記移動体の前記フロント部の向く方向とは異なる方向の速度（ｙ）を制御する第２制御部とを備え、前記目標速度算出部（４０４）は、前記減速率修正部（４０９）により求められた前記減速率（４０１）に基づいて、前記目標速度（４０７）を算出する。
【００１９】
本発明の移動体の高精度誘導装置において、前記移動体は、航空機である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の移動体の高精度誘導装置の一実施形態として、航空機の自動飛行制御装置が説明される。
本実施形態において、上記従来例と同じ内容を記載する場合には、同じ名称を付し、その詳細な説明を省略することにする。
【００２１】
次に、図１から図３を参照して、第１実施形態について説明する。
【００２２】
第１実施形態の目的は、いわゆる縦速度の制御に関するものであり、航空機の誘導装置における精度向上と耐外乱特性向上を行うことが可能な高精度誘導装置を提供することである。
【００２３】
本実施形態は、現在の速度と目的地までの距離Ｌに応じて、ある減速率で減速した場合、ちょうど距離Ｌだけ進む様な減速率Ｒ０を求める減速率修正器４０９と、その減速率Ｒ０に基づいて、速度を制御する機構からなり、それを逐次行うことでセンサ精度や外乱の影響を受けない高精度誘導装置に関するものである。
【００２４】
本実施形態は、航空機用自動操縦系統に適用される誘導装置に適用される。それ以外にも、本実施形態は、速度を持った対象物を定められた位置に速度０で停止させる特性から、列車等の制御に適用可能である。
【００２５】
本実施形態は、現在の速度Ｖから、ある一定の減速率で減速した場合に進む距離を求め、これが現在の位置から目的地までの距離Ｌとなるような減速率Ｒ０を求め、これに基づき減速制御を行い、これらを逐次的に行うことで常にセンサ制御や外乱の影響を抑えることで高精度誘導を可能とする。
【００２６】
図１は、本実施形態の基本ブロック図である。
【００２７】
図１において、誘導制御の開始時にスイッチ４０２が閉じることで積分器４０４の出力が現在速度Ｖで初期化される。
【００２８】
積分器４０４の出力は、目標速度４０７となる。目標速度４０７は、減算器４０５で現在速度Ｖと比較され、その比較結果が速度偏差４０８となる。速度偏差４０８にゲイン４０６を掛けることで操作コマンドＵが得られる。これらにより機体の速度Ｖが目標速度４０７に追従するように制御されている。ここで、機体の速度Ｖは、いわゆる縦対地速度である。
【００２９】
一方、誘導制御が開始されると同時に、スイッチ４０３が閉じ減速率修正器４０９からの減速率４０１が積分器４０４に接続され、目標速度４０７が、速度０で距離（目的地までの距離Ｌ）が０となるように減少することになる。
【００３０】
ここで、減速率修正器４０９で生成する減速率４０１は、現在の速度Ｖおよび距離Ｌから求められ、誘導中の減速率４０１を一定と仮定すると、以下の関係式が成り立ち
【数１】
0004427229.tif 000002
これにより
【数２】
0004427229.tif 000003
とすればよい。
【００３１】
以下、本実施形態を具体的に説明する。
図２は、本実施形態の減速率修正器４０９のブロック図である。
【００３２】
図２に示すように、速度Ｖが加算器４１７で補正定数４１０と加算される。その加算結果は、２乗器４１１で２乗される。２乗器４１１で２乗された結果は、リミッタ４１５及び逆数器４１４を通してきた距離Ｌと掛算器４１２で掛算される。掛算器４１２で掛算された結果は、変換係数４１３を通し、さらにリミッタ４１６を通り、その結果として、減速率Ｒ０（４０１）が求められる。
【００３３】
ここで、リミッタ４１５は、距離Ｌが減少してきて０に近くなったときにおいても逆数器４１４の出力が過大になるのを防止している。
【００３４】
また、補正定数４１０の働きは、通常の目標速度追従制御において生じる定常偏差により、本来目標とする速度より実際の速度が若干大きめになることで、距離Ｌが小さくなってきた時点において、減速率Ｒ０が急激に増大することで防止するものである。このため、実際の速度Ｖに補正定数４１０を足すことで、減速率Ｒ０をわずかに増加させ、上記のような減速率Ｒ０の急激な増大を防止できる。
【００３５】
本補正定数１０を用いた場合の効果を図３に示す。
図３（ａ）が補正定数４１０を用いない場合の減速率Ｒ０と速度Ｖのタイムチャートであり、図３（ｂ）が補正定数１０を用いた場合の減速率Ｒ０と速度Ｖのタイムチャートである。図３（ｂ）においては、距離Ｌが少なくなって速度Ｖが小さくなった時点において、減速率Ｒ０の急激な増加が防止できている。
【００３６】
更に、図２の出力段にあるリミッタ４１６は、上記のように修正された減速率Ｒ０が速度Ｖ又は距離Ｌの検出センサの一時的又は恒久的な異常出力により、本来意図した目標減速率から大きくずれて速度制御におけるトランジエントが発生するのを防止するためにある。
【００３７】
以上のような減速率修正器４０９に基づき、生成された目標速度４０７に対して速度追従制御を逐次的に行うことで、センサ精度や外乱により、理想的な速度Ｖと距離Ｌの組合せからずれることがあっても、その時点において、最終的に速度０で距離０とできる減速率Ｒ０を求めることができる。
【００３８】
以上のように、本実施形態は、現在の速度と目的地までの距離Ｌに応じて、ある一定の減速率で減速した場合に進む距離がちょうど距離Ｌとなるような減速率Ｒ０を求め、これに基づき、誘導開始した時点の速度を初期値とする積分器の出力を減じて目標速度とし速度追従制御を行い、これらを逐次行うことでセンサ精度や外乱の影響を受けず、最終的に速度０で目的地までの距離Ｌを０とすることができる。
【００３９】
次に、図４及び図５を参照して、いわゆる横速度の制御に関する、第２実施形態について説明する。
【００４０】
図４は、第２実施形態の基本ブロック図である。図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ第２実施形態を説明するための模式図であり、それぞれ異なる例を示している。
【００４１】
図４及び図５（ａ）、（ｂ）に示すように、目標横（対地）速度ｙ（ｙ’）を、目標コースＴｃからのずれであるコース誤差θ（θ’）のｔａｎと、縦対地速度ｘ（ｘ’）の積にゲインを掛けたものに一致させるように制御する。
【００４２】
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、コース誤差θ（θ’）は、航空機（移動体）と目標点とを結ぶ目標コースＴｃに対して、航空機（移動体）の機首（フロント部）が向いている向き（縦対地速度ベクトルｘ（ｘ’）の向き）とのなす角度θ（θ’）である。
【００４３】
航空機は、自らが有している航法センサにより、コース誤差θ（θ’）を検出することができる。航空機は、自らが有している慣性センサにより縦対地速度ｘを検出することができる。
【００４４】
図５（ａ）、（ｂ）に示すようなケースにおいて、縦対地速度ベクトルｘ（ｘ’）で飛行している航空機は、横（対地）速度を目標横（対地）速度ｙ（ｙ’）に一致させるように制御して飛行すれば、目標点に対して高精度に誘導される。
【００４５】
コース誤差θが入力されたｔａｎ出力器５１１からは、ｔａｎθが出力される。掛算器５１２では、縦対地速度ｘとｔａｎθとが掛算される。その掛算器５１２での掛算の結果にゲイン５１３を掛けた後、リミッタ５１４を通った結果が目標横速度ｙとなる。
【００４６】
ここで、リミッタ５１４は、風等の向きを誤って認識した場合やその他何らかの理由により、ゲイン５１３からの出力が過大になるのを防止している。
【００４７】
図４から分かるように、横速度は、目標点までの距離の減少に伴い、縦対地速度ｘ（ｘ’）が減少してきたときには、その分目標横速度ｙ（ｙ’）も減少するように制御される。
【００４８】
図４において、ゲイン５１３の値を適当に選ぶことにより、機体の速度を目標点に向かう速度ベクトルとしてコントロールすることができ、外乱等による位置ずれを防止し、高精度な誘導が可能となる。
【００４９】
なお、第１実施形態による縦速度の制御と、第２実施形態による横速度の制御は、各々単独で実施することもでき、また、両者同時に実施することもできる。両者同時に実施すれば、目標点に対してより高精度な誘導が可能となる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の移動体の高精度誘導装置によれば、目標点に対して高精度な誘導が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の移動体の高精度誘導装置の第１実施形態の航空機の自動飛行制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１の減速率修正器の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、図２の補正定数を用いた場合の効果を説明するための図であり、図３（ａ）は、補正定数を用いない場合のタイムチャートであり、図３（ｂ）は、補正定数を用いた場合のタイムチャートである。
【図４】図４は、本発明の移動体の高精度誘導装置の第２実施形態の航空機の自動飛行制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、本発明の移動体の高精度誘導装置の第２実施形態の航空機の自動飛行制御装置を説明するための模式図であり、図５（ａ）は、その一のケースを示す図であり、図５（ｂ）は、その他のケースを示す図である。
【図６】図６は、従来の航空機の自動飛行制御装置の構成を示すブロック図である
【図７】図７は、減速率一定の場合の時間と速度との関係を示すグラフ図である。
【図８】図８は、風等の外乱や速度保持精度等により横ずれが生じ、目標点への到達精度が劣化するケースを説明する模式図である。
【符号の説明】
３０１  減速率設定器
３０４  積分器
４０１  減速率
４０２  スイッチ
４０３  スイッチ
４０４  積分器
４０５  減算器
４０６  ゲイン
４０７  目標速度
４０８  速度偏差
４０９  減速率修正器
４１０  補正定数
４１１  ２乗器
４１２  掛算器
４１３  変換係数
４１４  逆算器
４１５  リミッタ
４１６  リミッタ
４１７  加算器
５１１  ｔａｎ出力器
５１２  掛算器
５１３  ゲイン
５１４  リミッタ
Ｌ  目的地までの距離
Ｖ  現在速度
Ｒ０  減速率
ｘ  縦対地速度
ｙ  目標横速度
θ  コース誤差
【図１】
0004427229.tif 000004
【図２】
0004427229.tif 000005
【図３】
0004427229.tif 000006
【図４】
0004427229.tif 000007
【図５】
0004427229.tif 000008
【図６】
0004427229.tif 000009
【図７】
0004427229.tif 000010
【図８】
0004427229.tif 000011