(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重心の前後に操舵装置およびサイドスラスタを有し、加速度指令に基づいて飛しょう体の発生加速度を制御する自動制御装置において、
上記加速度指令に基づいて、上記サイドスラスタの基準動作指令を出力する補償器と、
上記加速度指令と上記飛しょう体の加速度およびレート信号に基づいて、上記操舵装置への操舵指令を出力する操舵指令計算器と、
上記サイドスラスタおよび操舵装置が発生する制御力を非干渉化するために、上記補償器の出力する基準動作指令と上記操舵指令計算器における伝達関数パラメータおよび増幅器のゲイン関数に基づいて、上記サイドスラスタにより発生する加速度およびレートの効果を除去するように上記操舵指令計算器に入力される加速度指令を補正するための補正加速度指令と、上記サイドスラスタを駆動するサイドスラスタ指令とを、別個に出力する非干渉化補償器と、
を備えることを特徴とする自動制御装置。
【請求項２】
サイドスラスタが発生可能な最大横力に応じて非干渉化信号を制限するリミッタを有する請求項１に記載の自動制御装置。
【請求項３】
サイドスラスタ動作指令が横加速度指令が変化した場合にのみ発生し、定常的にはゼロになる機能を有する請求項１に記載の自動制御装置。
【請求項４】
サイドスラスタ動作指令のゲインを飛しょう体の速度および高度に応じて変更する機能を有する請求項１に記載の自動制御装置。
【請求項５】
サイドスラスタおよび操舵指令による制御力を非干渉化するために、補正加速度指令に加えて操舵指令に補正信号を操舵指令計算器に入力することを特徴とした請求項１に記載の自動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サイドスラスタおよび操舵装置を有する飛しょう体を制御する自動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下に、サイドスラスタと操舵装置を備える飛しょう体の従来の制御方法を説明する。図６は自動制御装置を搭載した飛しょう体の簡略化した構成例を示す。図において、１は加速度指令出力器、２は飛しょう体の加速度、角速度を検出する慣性装置、３は加速度指令出力器１より得られた加速度指令にしたがって飛しょう体の発生加速度を制御するために操舵翼舵角指令およびサイドスラスタ出力指令を生成する自動制御装置、４は操舵翼舵角指令を受けて操舵翼５を駆動する操舵装置、６はサイドスラスタ、７はサイドスラスタの噴流を外部に放出することにより横力を発生するノズルである。更に、２０は飛しょう体全体を示す。
【０００３】
飛しょう体２０の横加速度の制御を行う様子を図７を用いて説明する。横加速度制御は、縦方向と横方向の２方向のそれぞれについて行われるが、それぞれの構成は同じであるため縦方向の制御についてのみ説明する。加速度指令出力器１から入力された横加速度指令ａｃおよび慣性装置から入力された飛しょう体２０の横加速度ａおよび回転レートｑにより自動制御装置３は操舵指令δａｃおよびサイドスラスタ指令δｓｃを計算、出力する。操舵指令δａｃは操舵装置４に入力され、操舵翼５が操舵角δａだけ操舵されることにより横力Ｆａが発生する。また、サイドスラスタ指令δｓｃはサイドスラスタ６に入力され、ノズル７を通って噴流が出力されることにより横力Ｆｓが発生する。横力ＦｓおよびＦａにより横加速度が発生するとともに重心周りの回転モーメントが発生する。このモーメントにより飛しょう体２０が回転し、迎角αが発生する。迎角αをとることにより発生する空気力とＦｓ、Ｆａの合力として飛しょう体に横力Ｆｎが発生する。
【０００４】
操舵指令δａｃおよびサイドスラスタ指令δｓｃを計算する自動制御装置３の構成の一例を図８に示す。図８において１２は補償器、１３はサイドスラスタ６が発生する横加速度を推定する推定器である。横方向の加速度応答を速くするために図７における操舵翼５およびサイドスラスタ６を同時に駆動する必要がある。サイドスラスタ６は操舵装置４に比べて高速に作動するが、噴射量が搭載燃料の量に制約されるため、定常的には操舵翼５により迎角αを制御し、横加速度を発生させる必要がある。このため、推定器１３によりこれを推定し、加速度フィードバックａからサイドスラスタにより発生される横加速度を差し引くことにより、サイドスラスタが過渡応答でのみ動作するよう制御が行われる。サイドスラスタの横力δｓおよび操舵角δａから横加速度ａおよびレートｑまでの伝達関数はそれぞれ数１のように表される。
【０００５】
【数１】
0003893491.tif 000002
【０００６】
サイドスラスタおよび操舵装置を備える飛しょう体の従来の自動制御装置は上記のように構成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の自動制御装置の構成によれば、重心の前後に配置したサイドスラスタ６と操舵翼５を同時に動作させた場合、どちらも重心周りの回転モーメントを発生し、レートｑを発生するが、操舵翼５またはサイドスラスタ６のどちらの横力によりこのレートが発生したのかを分離することができず、両者の回転制御が干渉することにより制御特性が劣化するという問題があった。また、このような干渉を避けるためには、サイドスラスタによる制御と操舵翼による制御を同時に使用せずに切替えて使用するということも可能だが、この場合は応答性が劣化するという問題があった。
【０００８】
本発明は、かかる課題を解決するものであり、サイドスラスタおよび操舵装置を備える飛しょう体の横加速度を制御する自動誘導装置において、サイドスラスタと操舵装置が発生する重心周りのモーメントを非干渉化し、制御性能の劣化を防止することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明による自動制御装置は、サイドスラスタおよび操舵装置と慣性装置と加速度指令計算手段とを備える飛しょう体の横加速度を制御する自動制御装置において、サイドスラスタの基準動作指令を出力する補償器と、操舵装置への操舵指令を出力する舵角指令計算器と、サイドスラスタおよび操舵指令による制御力を非干渉化するために舵角指令計算器に入力される加速度指令を補正する補正加速度指令およびサイドスラスタ指令を出力する非干渉化補償器を備えることを特徴とする自動制御装置とした。
【００１０】
また、第２の発明による自動制御装置は、第１の発明による自動制御装置の構成に加えてサイドスラスタの基準動作指令を出力する補償器の出力にサイドスラスタの出力制限に基づきリミット値を設定するリミッタを備えたものである。
【００１１】
また、第３の発明による自動制御装置は、第１の発明による自動制御装置の構成においてサイドスラスタの基準動作指令を出力する補償器において加速度指令が変化した場合にのみ出力が行なわれ、定常的には出力がゼロとなる補償器としたものである。
【００１２】
また、第４の発明による自動制御装置は、第１の発明による自動制御装置のサイドスラスタの基準動作指令を出力する補償器においてゲインを飛しょう体の高度および速度に応じて値を可変とする機能を有する補償器としたものである。
【００１３】
また、第５の発明による自動制御装置は、第１の発明による自動制御装置の非干渉化補償器から補正加速度信号に加えて操舵指令を補正する信号を出力し、操舵指令計算器に入力する構成としたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下に、本発明を図面にしたがって説明する。図１はサイドスラスタおよび操舵装置を備える飛しょう体の横加速度を制御する自動制御装置の構成を示す。図において、１５は加速度指令ａｃを入力としてサイドスラスタの基準動作指令δｓｃ0を出力する補償器、１６は、サイドスラスタおよび操舵翼による制御が非干渉化されるようなサイドスラスタ指令δｓｃと舵角指令計算器に入力される加速度指令を補正する補正加速度指令Δａｃを出力する非干渉化補償器、１７は加速度指令ａｃ１と加速度ａ、レートｑ信号に基づき操舵翼５の操舵指令を計算する操舵指令計算器である。
【００１５】
操舵指令計算器１７は図２に示すように増幅器１８および積分器１９より構成する。また、補償器１５はサイドスラスタを駆動するノミナル指令δｓｃ０を出力するフィルタＧｆとして設定する。非干渉化補償器Ｍｆは数１に示した伝達関数パラメータおよび増幅器１８のゲインの関数として数２のように設定する。
【００１６】
【数２】
0003893491.tif 000003
【００１７】
図１に示す非干渉化補償器の出力には、サイドスラスタに関する指令およびその微分値に比例する項が含まれており、補正加速度指令Δａｃとして操舵指令計算器の加速度指令入力に加算されることにより、操舵指令に関するレート、加速度積分信号、レート積分信号を補正し、サイドスラスタにより発生する加速度およびレートの効果を取り除くことができる。
【００１８】
この自動制御装置による応答の例を図３に示す。２１は従来装置の応答例であり、非干渉化が行なわれていないため、加速度指令に対する応答が振動的になっている。２２は本発明装置の応答例であり、非干渉化により応答は滑らかに立ち上がっている。
【００１９】
実施の形態２．
図４を用いて本発明の実施の形態２について説明する。図４は、実施例１に基づく自動制御装置にリミッタ２３を付加したものである。このリミッタのリミット値は、サイドスラスタの最大発生横力に基づき数３のように設定する。
【００２０】
【数３】
0003893491.tif 000004
【００２１】
サイドスラスタの発生横力指令が最大値に達して出力が飽和した場合、補正加速度指令Δａｃはサイドスラスタの横力が飽和していない状態でその効果を打ち消すような信号であるため、操舵指令計算器１７にそのまま入力されると不整合を生じ、制御性能が劣化する可能性がある。リミッタ２３により、このような飽和を生じた場合には余剰分の信号についての補正加速度指令は出力されず不整合は生じない。
【００２２】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３においては、加速度指令信号が変化した場合にのみ出力が発生し、定常的には出力がゼロとなるようにサイドスラスタの基準動作指令出力を計算する。出力は一例として数４のように計算される。
【００２３】
【数４】
0003893491.tif 000005
【００２４】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４においては、サイドスラスタの基準動作指令を出力する補償器１５においてゲインＫ５を飛しょう体２０の高度ｈおよび速度Ｖに基づき数５に示すように計算する。飛しょう体２０は通常超音速で飛しょうし、サイドスラスタの噴流は高速に流れる空気中に放出される。この際、サイドスラスタの噴流は空気の流れと干渉し、圧力変動を生じる。この圧力変動の量は飛しょう体２０の速度、高度により変化し、サイドスラスタにより発生する実効的な横力を変化させる。ゲインＫ５は、この変動を補正するべく高度、速度に応じて設定する。
【００２５】
【数５】
0003893491.tif 000006
【００２６】
実施の形態５．
図５を用いて本発明の実施の形態５について説明する。図５においては、非干渉化補償器１６の出力の計算を数６のように行い、補正加速度指令Δａｃに加えて、操舵補正指令Δδａを操舵指令計算器１７に出力する。この構成は、数２を用いて加速度指令のみを補正する方式と比べて微分計算を行わないため、信号ノイズに対する影響を低減でき、また計算を簡略化できる。
【００２７】
【数６】
0003893491.tif 000007
【発明の効果】
本発明による自動制御装置は以上のように構成されるため、以下のような効果を奏する。
【００２８】
第１の発明によれば、非干渉化補償器によりサイドスラスタ指令を出力し、また同時に出力される加速度指令補正信号を用いて操舵指令計算器に入力される加速度指令を補正することにより、サイドスラスタおよび操舵翼を同時に使用することによる制御上の干渉を避けることが可能であり、制御性能劣化を防止することができる。
【００２９】
また、第２の発明によれば、サイドスラスタの発生横力指令が最大値に達して出力が飽和した場合でも、リミッタにより余剰分の信号についての補正加速度指令は出力されず、制御性能の劣化を防止することができる。
【００３０】
また、第３の発明によれば、加速度指令信号が変化した場合にのみサイドスラスタの動作出力が発生し、定常的には出力がゼロとなるため、サイドスラスタ用燃料を節約することができる。
【００３１】
また、第４の発明によれば、サイドスラスタの噴流が外部の空気と干渉することによる実効的な横力の変動を補償することができ、性能を向上させることができる。
【００３２】
また、第５の発明によれば、加速度指令のみを補正する方式と比べて微分計算を行わないため、信号ノイズに対する影響を低減でき、また計算を簡略化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１による自動制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】  本発明の実施の形態１による操舵指令計算の構成を示す図である。
【図３】  本発明の実施の形態１による加速度指令応答の一例を示す図である。
【図４】  本発明の実施の形態２による自動制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】  本発明の実施の形態５による自動制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】  自動制御装置を搭載する飛しょう体全体の構成を示す図である。
【図７】  サイドスラスタおよび操舵翼による横加速度制御を示す図である。
【図８】  従来の自動制御装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１  加速度指令出力器
２  慣性装置
３  自動制御装置
４  操舵装置
５  操舵翼
６  サイドスラスタ
７  噴射ノズル
１２  補償器
１３  推定器
１５  補償器
１６  非干渉化補償器
１７  操舵指令計算器
１８  増幅器
１９  積分器
２０  飛しょう体
２１  従来装置の応答例
２２  本発明装置の応答例
２３  リミッタ
【図１】
0003893491.tif 000008
【図２】
0003893491.tif 000009
【図３】
0003893491.tif 000010
【図４】
0003893491.tif 000011
【図５】
0003893491.tif 000012
【図６】
0003893491.tif 000013
【図７】
0003893491.tif 000014
【図８】
0003893491.tif 000015