特許 7185378 演算処理装置、無線操縦飛行機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-29

(45)【発行日】2022-12-07

(54)【発明の名称】演算処理装置、無線操縦飛行機

(51)【国際特許分類】

   G05D 1/08 20060101AFI20221130BHJP

   B64C 13/20 20060101ALI20221130BHJP

   B64C 13/16 20060101ALI20221130BHJP

   B64C 39/02 20060101ALI20221130BHJP

   G05D 1/00 20060101ALI20221130BHJP

   A63H 27/18 20060101ALI20221130BHJP

【ＦＩ】

G05D1/08 Z

B64C13/20 Z

B64C13/16 Z

B64C39/02

G05D1/00 B

A63H27/18 E

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020148992

(22)【出願日】2020-09-04

(65)【公開番号】P2022043623

(43)【公開日】2022-03-16

【審査請求日】2021-12-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000201814

【氏名又は名称】双葉電子工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003410

【氏名又は名称】弁理士法人テクノピア国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100116942

【弁理士】

【氏名又は名称】岩田 雅信

(74)【代理人】

【識別番号】100167704

【弁理士】

【氏名又は名称】中川 裕人

(72)【発明者】

【氏名】田中 昌廣

(72)【発明者】

【氏名】ニコラス エドワード マックスウェル

【審査官】牧 初

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－８３３９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２３７６９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｄ １／００－ １／１２

Ｂ６４Ｃ １３／００－１３／５０

Ａ６３Ｈ ２７／００－２７／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

無線操縦飛行機のロール軸回りの変化量に応じて、ピッチ軸回りの変化量とヨー軸回りの変化量とを補正するための制御量を算出する演算部を備える
演算処理装置。

【請求項2】

前記無線操縦飛行機のロール軸回りの角速度を用いた積分演算により、前記無線操縦飛行機の基準姿勢から現在の姿勢までのロール軸回りの角度を変化量として算出する
請求項１に記載の演算処理装置。

【請求項3】

前記無線操縦飛行機の操縦者からの操作に基づく信号に応じて前記制御量の算出を開始する
請求項１又は請求項２に記載の演算処理装置。

【請求項4】

前記ロール軸回りの変化量と所定の閾値との比較に基づいて前記制御量の算出を開始する
請求項１から請求項３の何れかに記載の演算処理装置。

【請求項5】

無線通信により操縦される無線操縦飛行機であって、
自機のロール軸回りの変化量に応じて、ピッチ軸回りの変化量とヨー軸回りの変化量とを補正するための制御量を算出する演算処理装置を備える
無線操縦飛行機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無線通信により操縦される無線操縦飛行機の技術分野に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば操縦機器の操作に基づく無線通信により飛行する無線操縦飛行機が知られている。特許文献１には、無線通信によって操縦を行う無線操縦飛行機であって、サーボモータを搭載した機体ブロックごと水平尾翼が本体から脱着できるものが開示されている。
このような無線操縦飛行機においては、観客を楽しませたり操縦技能を競ったりするために様々なアクロバット飛行が行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－２２３１５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

アクロバット飛行の一つとして、ロール軸回りに機体を回転させながら飛行するロール飛行が知られている。機体をロール飛行をさせるときには、ロール軸回りの操作のみではロール飛行中に機体の高度が上昇又は下降してしまうため、操縦者は、当該ロール軸回りの操作に加えてピッチ軸回りの操作及びヨー軸回りの操作を並行して行う必要がある。
このとき機体の回転に伴いピッチ軸とヨー軸も回転してしまうため、操縦者はピッチ軸とヨー軸の現在位置を考慮しながら操作を行う必要があるが、このような操作には多くの経験や高い技術が必要とされ、一般の操縦者には難易度の高いものとなっていった。

【0005】

そこで本発明では、簡易な操作により軸の通った無線操縦飛行機のロール飛行を実現させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る演算処理装置は、無線操縦飛行機のロール軸回りの変化量に応じて、ピッチ軸回りの変化量とヨー軸回りの変化量とを補正するための制御量を算出する演算部を備える。
これにより、無線操縦飛行機のロール軸回りの変化量が、ピッチ軸回りの変化量とヨー軸回りの変化量に影響を及ぼさない。

【0007】

上記した本発明に係る演算処理装置において、前記無線操縦飛行機のロール軸回りの角速度を用いた積分演算により、前記無線操縦飛行機の基準姿勢から現在の姿勢までのロール軸回りの角度を変化量として算出することが考えられる。
これにより、ロール軸回りの角度に基づいてピッチ軸回りの変化量とヨー軸回りの変化量とのそれぞれのベクトルが虚数項と実数項に分割され、ピッチ軸回りの実数項とヨー軸回りの虚数項が加算されることで機体の重力方向の制御量が算出され、ピッチ軸回りの虚数項とヨー軸回りの実数項の差分から機体の水平方向の制御量が算出される。
ここで基準姿勢とは、補正制御量の算出に用いられるロール軸回りの角速度を検出する際に始点となる無線操縦飛行機の姿勢のことをいう。

【0008】

上記した本発明に係る演算処理装置において、前記無線操縦飛行機の操縦者からの操作に基づく信号に応じて前記制御量の算出を開始することが考えられる。
これにより、当該制御量の算出を実行するか否かが操縦者からの操作により切り換え可能とされる。

【0009】

上記した本発明に係る演算処理装置において、前記ロール軸回りの変化量と所定の閾値との比較に基づいて前記制御量の算出を開始することが考えられる。
これにより、飛行中の無線操縦飛行機のロール軸回りの変化量に応じて自動的に補正制御量の算出を実行するか否かが切り換えられる。

【0010】

本発明に係る無線操縦飛行機は、無線通信により操縦される無線操縦飛行機であって、自機のロール軸回りの変化量に応じて、ピッチ軸回りの変化量とヨー軸回りの変化量とを補正するための制御量を算出する演算処理装置を備える。
当該演算処理装置を備える無線操縦飛行機も、上記の本発明に係る演算処理装置と同様の作用が得られる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、簡易な操縦操作により無線操縦飛行機のロール飛行を実現させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施の形態における飛行操縦システムを示す図である。

【図2】実施の形態の無線操縦飛行機の構成を示すブロック図である。

【図3】実施の形態の基準姿勢の無線操縦飛行機に対するピッチ軸及びヨー軸回りの積分項を示す図である。

【図4】実施の形態の基準姿勢からロール軸回りに回転した無線操縦飛行機に対するピッチ軸及びヨー軸回りの積分項を示す図である。

【図5】実施の形態の演算部の処理を示すフローチャートである。

【図6】実施の形態の演算部の処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、実施の形態を次の順序で説明する。
＜１．飛行操縦システムの概要＞
＜２．無線操縦飛行機の構成＞
＜３．演算部の処理例＞
＜４．まとめ及び変形例＞

【0014】

なお、説明にあたり参照する図面に記載された各構成は、本発明に係る要部の構成のみを抽出したものである。図面は模式的なものに過ぎず、各構造の厚みと平面寸法の関係、比率等は一例に過ぎない。また図面に記載された構成は、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲であれば設計などに応じて種々な変更が可能である。
また、一度説明した構成、処理は、それ以降同一の符号を付して説明を省略することがある。さらに、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

【0015】

＜１．飛行操縦システムの概要＞
本実施の形態における飛行操縦システム１００の概要について図１を参照して説明する。飛行操縦システム１００は、例えば無線操縦飛行機１と操縦機器２から構成される。以下の説明では、無線操縦飛行機１の機体を前後に貫く軸をロール軸とする。また機体を上下に貫く軸をヨー軸とする。さらに機体を左右に貫く軸をピッチ軸とする。

【0016】

無線操縦飛行機１は、操縦機器２と無線通信可能とされ、操縦機器２に対する操縦者の入力操作に応じて各種動作を行う。無線操縦飛行機１は、例えば主翼３、水平尾翼４、及び垂直尾翼５が設けられている。
主翼３には、例えば機体をロール軸回りに回転させるために動作するエルロン６が設けられている。また水平尾翼４には、例えば機体をピッチ軸回りに回転させるために動作するエレベータ７が設けられている。さらに垂直尾翼５には、例えば機体をヨー軸回りに回転させるために動作するラダー８が設けられている。エルロン６、エレベータ７、及びラダー８を動作させることで、無線操縦飛行機１の飛行姿勢を変化させることができる。

【0017】

なお、以下の説明では、機体をロール軸回りに（ロール軸に対して）回転させることをロール軸回転とも表記する。また、機体をピッチ軸回りに（ピッチ軸に対して）回転させることをピッチ軸回転とも表記する。さらに、機体をヨー軸回りに（ヨー軸に対して）回転させることをヨー軸回転とも表記する。

【0018】

＜２．無線操縦飛行機の構成＞
本実施の形態における無線操縦飛行機１の構成について図２を参照して説明する。
無線操縦飛行機１は、受信部１０、エルロン・サーボモータ２０、エレベータ・サーボモータ３０、ラダー・サーボモータ４０、及び演算処理装置５０を有している。

【0019】

受信部１０は、操縦機器２から受信した操縦者の入力操作に基づく各サーボモータの動作量に関する操作信号（以下、単に操作信号と表記する）、及び後述するＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential）制御に用いられるゲイン設定に関する信号（以下、単にゲイン設定信号とも表記する）を受信し、復調した受信データを演算処理装置５０に供給する。

【0020】

エルロン・サーボモータ２０は、例えば無線操縦飛行機１をロール軸回りに回転させるために、演算処理装置５０からの駆動制御信号に基づき図１に示すエルロン６を動作させる。
エレベータ・サーボモータ３０は、例えば無線操縦飛行機１をピッチ軸回りに回転させるために、演算処理装置５０からの駆動制御信号に基づきエレベータ７を動作させる。
ラダー・サーボモータ４０は、例えば無線操縦飛行機１をヨー軸回りに回転させるために演算処理装置５０からの駆動制御信号に基づきラダー８を動作させる。

【0021】

演算処理装置５０は、受信処理部５１、角速度検出部５２、及び演算部５３を有している。
受信処理部５１は、受信部１０から供給された受信データのコードから操作信号及びゲイン設定信号を認識する。受信処理部５１は、認識した各種信号を演算部５３に出力する。

【0022】

角速度検出部５２は、例えばロール軸回りの回転の角速度（ロール軸角速度）を検出するロール軸角速度センサ、ピッチ軸回りの回転の角速度（ピッチ軸角速度）を検出するピッチ軸角速度センサ、及びヨー軸回りの回転の角速度（ヨー軸角速度）を検出するヨー軸角速度センサを有している。
角速度検出部５２は、各角速度センサにより検出したロール軸角速度、ピッチ軸角速度、及びヨー軸角速度のデータを演算部５３に出力する。

【0023】

演算部５３は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えたマイクロコンピュータなどで構成され、モード切換制御部５４、角度検出部５５、ロール軸制御部５６、ピッチ軸制御部５７、ヨー軸制御部５８、及び制御信号生成部５９としての機能を有する。

【0024】

モード切換制御部５４は、無線操縦飛行機１の操縦にあたり設定可能な制御モードとして、通常制御モードとロール飛行制御モードとの切り換えを所定の条件に応じて実行する。モード切り換えの条件の詳細については後述する。

【0025】

角度検出部５５は、角速度検出部５２から出力されたロール軸角速度を一定時間ごとの変化量を積分演算することで無線操縦飛行機１の基準姿勢から現在の姿勢までのロール軸回りの回転角度（ロール軸角度）を算出する。
また角度検出部５５は、ピッチ軸角速度を一定時間ごとの変化量を積分演算することで基準姿勢から現在の姿勢までのピッチ軸回りの回転角度（ピッチ軸角度）を算出する。
さらに角度検出部５５は、ヨー軸角速度を一定時間ごとの変化量を積分演算することで基準姿勢から現在の姿勢までのヨー軸回りの回転角度（ヨー軸角度）を算出する。
ここで基準姿勢とは、各軸回りの機体の回転角度を算出するための基準となる無線操縦飛行機１の姿勢であり、例えば電源の投入時の姿勢が基準姿勢として設定される。本実施の形態では、一例として無線操縦飛行機１の水平状態が基準姿勢として設定されるものとする。

【0026】

ロール軸制御部５６は、通常制御モード及びロール飛行制御モードにおいて、操縦者の入力操作の動作量に基づいてロール軸回りの機体の回転角度（目標角度）を算出する。
ロール軸制御部５６は、或る時点における、算出したロール軸回りの目標角度と、角度検出部５５が算出したロール軸角度との差分に基づいてＰＩＤ制御の各項（比例項Ｐｒ、積分項Ｉｒ及び微分項Ｄｒ）を算出する。

【0027】

ここでＰＩＤ制御とは、比例項Ｐ、積分項Ｉ及び微分項Ｄに基づいて制御量を決定する手法である。本例においては各軸ごとにＰＩＤ制御が実行される。
ＰＩＤ制御の各項について、ロール軸を例に挙げて説明する。
ＰＩＤ制御における比例項Ｐは、例えば、その時点におけるロール軸回りの目標角度からロール軸角度を差し引いて得られる偏差に所定の比例ゲインＫｐを乗じることにより得られる。積分項Ｉは、例えば、偏差を積分して得られる積分値に所定の積分ゲインＫｉを乗じることにより得られる。微分項Ｄは、例えば、偏差を微分して得られる微分値に所定の微分ゲインＫｄを乗じることにより得られる。
ピッチ軸及びヨー軸についても同様に比例項Ｐ、積分項Ｉ及び微分項Ｄを算出可能である。

【0028】

なお、本実施の形態では、各軸回りのＰＩＤ制御のために算出される比例項Ｐ、積分項Ｉ及び微分項Ｄについて、ロール軸回りを比例項Ｐｒ、積分項Ｉｒ及び微分項Ｄｒと、ピッチ軸回りを比例項Ｐｐ、積分項Ｉｐ及び微分項Ｄｐと、ヨー軸回りを比例項Ｐｙ、積分項Ｉｙ及び微分項Ｄｙと表記する。また、特に各軸回りを区別する必要のないときは、単に比例項Ｐ、積分項Ｉ及び微分項Ｄとも表記する。

【0029】

ピッチ軸制御部５７は、通常制御モードにおいて、操縦者の入力操作を換算した動作量に基づいてピッチ軸回りの機体の回転角度（目標角度）を算出する。
ピッチ軸制御部５７は、或る時点における、算出したピッチ軸回りの目標角度と、角度検出部５５が算出したピッチ軸角度との差分に基づいてＰＩＤ制御の各項（比例項Ｐｐ、積分項Ｉｐ、及び微分項Ｄｐ）を算出する。

【0030】

ヨー軸制御部５８は、通常制御モードにおいて、操縦者の入力操作を換算した動作量に基づいてヨー軸回りの機体の回転角度（目標角度）を算出する。
ヨー軸制御部５８は、或る時点における、算出したヨー軸回りの目標角度と、角度検出部５５が算出したヨー軸角度との差分に基づいてＰＩＤ制御の各項（比例項Ｐｙ、積分項Ｉｙ、及び微分項Ｄｙ）を算出する。

【0031】

制御信号生成部５９は、通常制御モードにおいて、ロール軸制御部５６が算出した比例項Ｐｒ、積分項Ｉｒ及び微分項Ｄｒに基づいてエルロン・サーボモータ２０の動作を補正するための制御量を算出する。
また制御信号生成部５９は、通常制御モードにおいて、ピッチ軸制御部５７が算出した比例項Ｐｐ、積分項Ｉｐ及び微分項Ｄｐに基づいてエレベータ・サーボモータ３０の動作を補正するための制御量を算出する。
さらに制御信号生成部５９は、通常制御モードにおいて、ヨー軸制御部５８が算出した比例項Ｐｙ、積分項Ｉｙ及び微分項Ｄｙに基づいてラダー・サーボモータ４０の動作を補正するための制御量を算出する。
そして制御信号生成部５９は、各サーボモータの制御量に基づく制御信号を生成する。

【0032】

一方、ロール飛行制御モードにおいて、ピッチ軸制御部５７は、角度検出部５５が算出したピッチ軸角度と、ピッチ軸回りの目標角度との差分に基づいてＰＩＤ制御のための比例項Ｐｐ、積分項Ｉｐ及び微分項Ｄｐを算出する。そしてピッチ軸制御部５７は、積分項Ｉｐのベクトルをロール軸角度に基づいて水平方向の虚数項Ｉｐｉと重力方向の実数項Ｉｐｒに分割する。
例えば図３及び図４に示すように、積分項Ｉｐの制御量について、無線操縦飛行機１が図３に示す基準位置からのロール軸角度を変数θに代入することで、虚数項Ｉｐｉ及び実数項Ｉｐｒが［式１］及び［式２］により算出される。

［式１］Ｉｐｉ＝Ｉｐ×ｓｉｎθ
［式２］Ｉｐｒ＝Ｉｐ×ｃｏｓθ

【0033】

ヨー軸制御部５８は、ロール飛行制御モードにおいて、角度検出部５５が算出したヨー軸角度と、ヨー軸回りの目標角度との差分に基づいてＰＩＤ制御のための比例項Ｐｙ、積分項Ｉｙ及び微分項Ｄｙを算出する。そしてヨー軸制御部５８は、積分項Ｉｙのベクトルをロール軸角度に基づいて、重力方向の虚数項Ｉｙｉと水平方向の実数項Ｉｙｒとに分割する。
例えば図３及び図４に示すように、積分項Ｉｒの制御量について、無線操縦飛行機１が図３に示す基準位置からロール軸角度を変数θに代入することで、虚数項Ｉｙｉ及び実数項Ｉｙｒが［式３］及び［式４］により算出される。

［式３］Ｉｙｉ＝Ｉｙ×ｓｉｎθ
［式４］Ｉｙｒ＝Ｉｙ×ｃｏｓθ

【0034】

制御信号生成部５９は、ロール飛行制御モードにおいて、ピッチ軸制御部５７が算出した比例項Ｐｐ及び微分項Ｄｐに加え、［式５］により算出した積分項Ｗｐを用いてエレベータ・サーボモータ３０の制御量を算出する。
また制御信号生成部５９は、ヨー軸制御部５８が算出した比例項Ｐｙ及び微分項Ｄｙに加え、［式６］により算出した積分項Ｗｙを用いてラダー・サーボモータ４０の制御量を算出する。
これにより、無線操縦飛行機１のロール軸角度の変化量に応じて、機体のピッチ軸回転の変化量とヨー軸回転の変化量とを補正するための制御量が算出される。

［式５］Ｗｐ＝Ｉｐｒ＋Ｉｙｉ＝Ｉｐ×ｃｏｓθ＋Ｉｙ×ｓｉｎθ
［式６］Ｗｙ＝Ｉｙｒ－Ｉｐｉ＝Ｉｙ×ｃｏｓθ－Ｉｐ×ｓｉｎθ

【0035】

エルロン・サーボモータ２０の制御量については通常制御モードと同様に、ロール軸制御部５６が算出した比例項Ｐｒ、積分項Ｉｒ及び微分項Ｄｒに基づいてエルロン・サーボモータ２０の制御量が算出される。
制御信号生成部５９は、各サーボモータの制御量に基づく制御信号を生成する。

【0036】

なお、本実施の形態では一例として、通常制御モードにおいてもＰＩＤ制御のための積分項Ｉｐと積分項Ｉｙを算出するにあたり［式１］から［式６］が用いられており、ここでは変数θに「０」を代入することで、積分項Ｗｐが積分項Ｉｐと、積分項Ｗｙが積分項Ｉｙとなるようにしている。
以上の構成に基づいて本発明の実施の形態が実現される。

【0037】

＜３．演算部の処理例＞
本実施の形態を実現するための演算部５３が実行する処理例について図５及び図６を参照して説明する。なお、図５及び図６に示す処理を実行するにあたり、既に無線操縦飛行機１の水平状態が基準姿勢として設定されているものとして説明する。

【0038】

まず演算部５３は、ステップＳ１０１において、操縦機器２から受信した操縦者の入力操作に基づく操作信号、及びゲイン設定信号を取得する。

【0039】

そして演算部５３は、ステップＳ１０２において、取得した操作信号をロール軸回りの動作量、ピッチ軸回りの動作量、及びヨー軸回りの動作量にそれぞれ換算する。また演算部５３は、ロール軸回りの動作量に基づくロール軸回りの目標角度、ピッチ軸回りの動作量に基づくピッチ軸回りの目標角度、及びヨー軸回りの動作量に基づくヨー軸回りの目標角度をそれぞれ算出する。

【0040】

また演算部５３は、ステップＳ１０３において、取得したゲイン設定信号に基づいてＰＩＤ制御にあたり用いられる比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉ、及び微分ゲインＫｄを算出する。

【0041】

続いて演算部５３は、ステップＳ１０４において、ロール軸角速度、ピッチ軸角速度、及びヨー軸角速度を角速度検出部５２から取得する。
ここで演算部５３は、一定時間ごとに、ロール軸角速度の変化量を積分演算することで基準姿勢から現在の姿勢までのロール軸角度を算出する。また演算部５３は、一定時間ごとに、ピッチ軸角速度の変化量を積分演算することで基準姿勢から現在の姿勢までのピッチ軸角度を算出する。同様に演算部５３は、一定時間ごとに、ヨー軸角速度の変化量を積分演算することで基準姿勢から現在の姿勢までのヨー軸角度を算出する。

【0042】

その後、演算部５３は、無線操縦飛行機１の制御モードを通常モードからロール飛行制御モードに切り換えるか否か、又はロール飛行制御モードを維持するか否かを判定する。
例えば演算部５３は、制御機器２から受信した操縦者からの操作（例えばロール飛行制御モードがオンの状態）に基づくロール飛行制御要求信号に応じて制御モードを通常制御モードからロール飛行制御モードに切り換える。また演算部５３は、ロール飛行制御モードに切り換えた後、操縦者からの操作に基づく通常制御要求信号に応じて制御モードをロール飛行制御モードから通常制御モードに切り換える。

【0043】

他の例として演算部５３は、無線操縦飛行機１のロール軸角度の変化量と所定の閾値との比較に基づいて通常制御モードとロール飛行制御モードを切り換えることができる。例えば演算部５３は、あらかじめ設定した閾値ｔｈよりもロール軸角度が大きくなったことに応じて、制御モードを通常制御モードからロール飛行制御モードに切り換えることができる。このとき演算部５３は、ロール軸角度が閾値ｔｈ以下となったことに応じてロール飛行制御モードから通常制御モードに切り換えることができる。

【0044】

また上記の組み合わせとして、演算部５３は、制御機器２からロール飛行制御要求信号を受信し、かつ閾値ｔｈよりもロール軸角度が大きくなった場合に、制御モードを通常制御モードからロール飛行制御モードに切り換えることができる。このとき演算部５３は、ロール軸角度が閾値ｔｈ以下となったこと、又は制御機器２からロール飛行制御要求信号を受信したことをもって、ロール飛行制御モードから通常制御モードに切り換えることができる。

【0045】

ロール飛行制御モードにおいて、演算部５３は、ステップＳ１０５からステップＳ１０６に処理を進める。演算部５３は、ステップＳ１０６において、変数θにロール軸角度を代入する。これにより、後述する処理において無線操縦飛行機１のロール軸角度の変化量に応じて、機体のピッチ軸回転の変化量とヨー軸回転の変化量とを補正するための制御量が算出される。

【0046】

続いて演算部５３は、ステップＳ１０７において、ロール軸回りのＰＩＤ制御のための比例項Ｐｒ、積分項Ｉｒ、及び微分項Ｄｒを算出する。
そして演算部５３は、ステップＳ１０８において、比例項Ｐｒ、積分項Ｉｒ、及び微分項Ｄｒを加算することにより、エルロン・サーボモータ２０の制御量を算出する。当該制御量信号がエルロン・サーボモータ２０に出力されることで、当該制御量に応じてエルロン６の動作が制御される。

【0047】

また演算部５３は、図６のステップＳ１０９に処理を進め、ＰＩＤ制御のためのピッチ軸回りの積分項Ｉｐとヨー軸回りの積分項Ｉｙを算出する。
そして演算部５３は、ステップＳ１１０において、ピッチ軸回りの積分項Ｉｐとヨー軸回りの積分項Ｉｙを変数θに基づいて分解する。
具体的には、演算部５３は、上記［式１］及び［式２］により、積分項Ｉｐのベクトルを変数θに代入したロール軸角度に基づいて、水平方向の虚数項Ｉｐｉと重力方向の実数項Ｉｐｒに分解する。また演算部５３は、上記［式３］及び［式４］により、積分項Ｉｙのベクトルを変数θに代入したロール軸角度に基づいて、重力方向の虚数項Ｉｙｉと水平方向の実数項Ｉｙｒとに分解する（図４参照）。

【0048】

また演算部５３は、ステップＳ１１１において、ＰＩＤ制御のためのピッチ軸回りの比例項Ｐｐと微分項Ｄｐを算出し、ステップＳ１１２において、ヨー軸回りの比例項Ｐｙと微分項Ｄｙを算出する。

【0049】

演算部５３は、ステップＳ１１３において、上記［式５］により、ピッチ軸回りの積分項Ｉｐの実数項Ｉｐｒと、ヨー軸回りの積分項Ｉｙの虚数項Ｉｙｉとを加算することで積分項Ｗｐを算出する。

【0050】

また演算部５３は、ステップＳ１１４において、上記［式６］により、ヨー軸回りの積分項Ｉｙの実数項Ｉｙｒと、ピッチ軸回りの積分項Ｉｐの虚数項Ｉｐｉとの差分から積分項Ｗｙを算出する。

【0051】

そして演算部５３は、ステップＳ１１５において、ステップＳ１１１で算出したピッチ軸回りの比例項Ｐｐ、微分項Ｄｐ、及びステップＳ１１３で算出した積分項Ｗｐを加算することで、エレベータ・サーボモータ３０の制御量を算出する。当該制御量信号がエレベータ・サーボモータ３０に出力されることで、当該制御量に応じてエレベータ７の動作が制御される。

【0052】

また演算部５３は、ステップＳ１１６において、ステップＳ１１２で算出したヨー軸回りの比例項Ｐｙ、微分項Ｄｙ、及びステップＳ１１４で算出した積分項Ｗｙを加算することで、ラダー・サーボモータ４０の制御量を算出する。当該制御量信号がラダー・サーボモータ４０に出力されることで、当該制御量に応じてラダー８の動作が制御される。

【0053】

エレベータ・サーボモータ３０の制御量の算出にあたり積分項Ｗｐを用い、ラダー・サーボモータ４０の制御量の算出にあたり積分項Ｗｙを用いることで、無線操縦飛行機１のロール軸角度に依存しないでエレベータ・サーボモータ３０及びラダー・サーボモータ４０を制御することが可能となる。

【0054】

ステップＳ１１６の後、演算部５３は、図５のステップＳ１０１に処理を戻し、以降同様の処理を実行する。

【0055】

一方、図５のステップＳ１０５において通常制御モードであるときは、制御部５３はステップＳ１１７に処理を進める。制御部５３は、ステップＳ１１７において、変数θに「０」を代入する。

【0056】

その後、制御部５３は、ステップＳ１０７で算出したロール軸回りの比例項Ｐｒ、積分項Ｉｒ、及び微分項ＤｒをステップＳ１０８において加算することで、エルロン・サーボモータ２０の制御量を算出する。

【0057】

また制御部５３は、続く図６のステップＳ１０９において、ピッチ軸回りの積分項Ｉｐとヨー軸回りの積分項Ｉｙを算出する。
ここでステップＳ１１０において、制御部５３により上記［式１］及び［式２］の変数θには「０」が代入されることから、積分項Ｉｐ＝実数項Ｉｐｒ、積分項Ｉｙ＝実数項Ｉｙｒとなり、変数θに基づいて積分項Ｉｐ及び積分項Ｉｙはそれぞれ分解されない状態となる。

【0058】

また演算部５３は、ステップＳ１１１に処理を進め、ピッチ軸回りの比例項Ｐｐと微分項Ｄｐを算出し、ステップＳ１１２において、ヨー軸回りの比例項Ｐｙと微分項Ｄｙを算出する。

【0059】

ここでステップＳ１１３において、演算部５３は上記［式５］により積分項Ｗｐを算出するが、このとき変数θには「０が」代入されているため、積分項Ｗｐ＝積分項Ｉｐとなる。同様に、ステップＳ１１４においても演算部５３は上記［式６］により、積分項Ｗｙ＝積分項Ｉｙとなる。

【0060】

従って、演算部５３は、ステップＳ１１５において、ステップＳ１１１で算出したピッチ軸回りの比例項Ｐｐ、微分項Ｄｐ、及びステップＳ１１３で算出した積分項Ｗｐとしての積分項Ｉｐを加算することで、エレベータ・サーボモータ３０の制御量を算出する。

【0061】

また演算部５３は、ステップＳ１１６において、ステップＳ１１２で算出したヨー軸回りの比例項Ｐｙ、微分項Ｄｙ、及びステップＳ１１４で算出した積分項Ｗｙとしての積分項Ｉｙを加算することで、ラダー・サーボモータ４０の制御量を算出する。

【0062】

即ち、通常制御モードにおいては、無線操縦飛行機１のロール軸角度の変化量を加味することなく、エレベータ・サーボモータ３０及びラダー・サーボモータ４０の制御量が算出される。

【0063】

ステップＳ１１６の後、演算部５３は、図５のステップＳ１０１に処理を戻し、以降同様の処理を実行する。
以上により、本実施の形態における演算部５３の処理が実現される。

【0064】

＜４．まとめ及び変形例＞
以上の実施の形態の演算処理装置５０は、無線操縦飛行機１のロール軸回りの変化量（ロール軸角度の変化量）に応じて、ピッチ軸回りの変化量（積分項の変化量）とヨー軸回りの変化量（積分項の変化量）とを補正するための制御量を算出する演算部５３を備える（図６のＳ１１０、Ｓ１１３、Ｓ１１４参照）。
無線操縦飛行機のロール軸回りの変化量が、ピッチ軸回りの変化量とヨー軸回りの変化量に影響を及ぼさない。従って、ロール飛行を行う無線操縦飛行機１の高度が維持される。
これにより、無線操縦飛行機１がロール軸回りに回転動作を行っているときの、無線操縦飛行機１の姿勢を反映させたピッチ軸回りの動作、及びヨー軸回りの動作の制御量の補正が行われ、ロール飛行の制御の精度を向上させることができる。これにより、経験や技術の少ない一般の操縦者であっても容易な操作によりロール飛行を行うことができる。
また無線操縦飛行機１のＰＩＤ制御において支配的な積分項Ｉについて制御量の補正を行うことで、効果的にロール飛行のための動作制御を行うことができる。

【0065】

演算処理装置５０は、無線操縦飛行機１のロール軸回りの角速度を用いた積分演算により、無線操縦飛行機の基準姿勢から現在の姿勢までのロール軸回りの角度を変化量（変数θ）として算出する（図５のＳ１０６参照）。
これにより、ロール軸回りの角度に基づいて、ピッチ軸回りの変化量（積分項Ｉｐ）のベクトルが虚数項Ｉｐｉと実数項Ｉｐｒに分割され、ヨー軸回りの変化量（積分項Ｉｙ）のベクトルが虚数項Ｉｙｉと実数項Ｉｙｒに分割され（図４参照）、ピッチ軸回りの実数項Ｉｐｒとヨー軸回りの虚数項Ｉｙｉが加算されることで機体の重力方向の制御量Ｗｐが算出され、ピッチ軸回りの虚数項Ｉｐｉとヨー軸回りの実数項Ｉｙｒの差分から機体の水平方向の制御量Ｗｙが算出される。
従って、ロール飛行においてロール軸回りに回転する無線操縦飛行機１に対して、無線操縦飛行機１の現在の姿勢を反映させたピッチ軸回り及びヨー軸回りの動作制御を行うことができる。

【0066】

演算処理装置５０は、無線操縦飛行機１の操縦者からの操作に基づく信号に応じて上記制御量の算出を開始する（図５のＳ１０５参照）。
これにより、制御モードにおいて、通常制御モードとロール飛行制御モードが操縦者からの操作により切り換え可能とされる。
制御モードが操縦者の操作により切り換え可能とされることで、無線操縦飛行機１の飛行態様に応じて適した制御モードに切り換えることができ、操縦者の快適な操縦を実現することができる。

【0067】

演算処理装置５０は、ロール軸回りの変化量（ロール軸角度）と所定の閾値ｔｈとの比較に基づいて上記制御量の算出を開始する（図５のＳ１０５参照）。
これにより、飛行中の無線操縦飛行機１のロール軸回りの変化量に応じて自動的に当該制御量の算出を実行するか否かが切り換えられる。
従って、操縦者の操作によらずに必要に応じて制御モードに切り換えることができるようになるため、操縦者がより簡易な操作により無線操縦飛行機１を操縦することができる。

【0068】

また本実施の形態における無線操縦飛行機１は、無線通信により操縦される無線操縦飛行機１であって、自機のロール軸回りの変化量（ロール軸角度の変化量）に応じて、ピッチ軸回りの変化量（積分項の変化量）とヨー軸回りの変化量（積分項の変化量）とを補正するための制御量を算出する演算処理装置を備える（図６のＳ１１０、Ｓ１１３、Ｓ１１４参照）。上記の演算処理装置５０が内蔵された無線操縦飛行機１においても、上記と同様の作用効果が発揮される。

【0069】

本実施の形態の演算処理装置５０は、無線操縦飛行機１に内蔵されている例について説明したが、演算処理装置５０は操縦機器２側に設けられていてもよいし、他の外部機器に設けられていてもよい。

【0070】

また本実施の形態の無線操縦飛行機１は、水平尾翼４と垂直尾翼５を有する飛行機として説明したが、本実施の形態の無線操縦飛行機１は、上記に限られず、Ｖテール機やＴテール機においても適用することができる。

【0071】

なお、本開示に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、他の効果を奏するものであってもよいし、本開示に記載された効果の一部を奏するものであってもよい。
本開示に記載された実施の形態はあくまでも一例であり、本発明が上述の実施の形態に限定されることはない。従って、上述した実施の形態以外であっても本発明の技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計などに応じて種々の変更が可能なことはもちろんである。また、実施の形態で説明されている構成の組み合わせの全てが課題の解決に必須であるとは限らない。

【符号の説明】

【0072】

１ 無線操縦飛行機
２ 操縦機器
６ エルロン
７ エレベータ
８ ラダー
２０ エルロン・サーボモータ
３０ エレベータ・サーボモータ
４０ ラダー・サーボモータ
５０ 演算処理装置
５２ 角速度検出部
５３ 演算部
５５ 角度検出部
５６ ロール軸制御部
５７ ピッチ軸制御部
５８ ヨー軸制御部
５９ 制御信号生成部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】