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(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】2024-03-18
(45)【発行日】2024-03-27
(54)【発明の名称】無線操縦飛行機、演算処理装置
(51)【国際特許分類】
A63H 30/04 20060101AFI20240319BHJP
A63H 30/00 20060101ALI20240319BHJP
B64C 13/20 20060101ALI20240319BHJP
B64C 39/02 20060101ALI20240319BHJP
G05B 11/36 20060101ALI20240319BHJP
【ＦＩ】
A63H30/04 A
A63H30/00 A
B64C13/20 Z
B64C39/02
G05B11/36 G
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2020173974
(22)【出願日】2020-10-15
(65)【公開番号】P2022065402
(43)【公開日】2022-04-27
【審査請求日】2022-09-26
(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
【審査官】柳 重幸
(56)【参考文献】
【文献】特開平１１－２７６７２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－８３１０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１４／０６８９８２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】欧州特許出願公開第００７５２６３４（ＥＰ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６３Ｈ ３０／００，３０／０４
Ｂ６４Ｃ １３／２０、３９／０２
Ｇ０５Ｂ １１／３６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
無線送信されてくる操作信号として、第１アクチュエータに対する第１操作信号と、第２アクチュエータに対する第２操作信号と、第３アクチュエータに対する第３操作信号を受信する受信部と、ＰＩＤ制御により前記第１アクチュエータに対する動作信号を生成することができる第１アクチュエータ制御部を備え、
前記第１アクチュエータ制御部は、前記ＰＩＤ制御の積分制御量をフィルタリングするハイパスフィルタを有し、前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数が、前記第２操作信号又は前記第３操作信号の操作値に応じたダンピングレートで可変設定されることで、前記第２操作信号又は前記第３操作信号の操作値に応じて前記ＰＩＤ制御における積分制御量を低減させる構成とされている
無線操縦飛行機。
【請求項2】
無線送信されてくる操作信号として、第１アクチュエータに対する第１操作信号と、第２アクチュエータに対する第２操作信号と、第３アクチュエータに対する第３操作信号を受信する受信部と、ＰＩＤ制御により前記第１アクチュエータに対する動作信号を生成することができる第１アクチュエータ制御部を備え、
前記第１アクチュエータ制御部は、前記第２操作信号又は前記第３操作信号を検知した場合に前記ＰＩＤ制御から積分要素を用いない制御に切り替える構成とされている
無線操縦飛行機。
【請求項3】
前記第１アクチュエータはラダーのサーボモータであり、前記第２アクチュエータはエルロンのサーボモータ、前記第３アクチュエータはエレベータのサーボモータである
請求項１又は請求項２に記載の無線操縦飛行機。
【請求項4】
前記第１アクチュエータはエレベータのサーボモータであり、前記第２アクチュエータはエルロンのサーボモータである
請求項１又は請求項２に記載の無線操縦飛行機。
【請求項5】
無線送信されてくる操作信号として、第１アクチュエータに対する第１操作信号と、第２アクチュエータに対する第２操作信号と、第３アクチュエータに対する第３操作信号を受信する無線操縦飛行機に用いられる演算処理装置であって、ＰＩＤ制御により前記第１アクチュエータに対する動作信号を生成することができる第１アクチュエータ制御部を備え、
前記第１アクチュエータ制御部は、前記ＰＩＤ制御の積分制御量をフィルタリングするハイパスフィルタを有し、前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数が、前記第２操作信号又は前記第３操作信号の操作値に応じたダンピングレートで可変設定されることで、前記第２操作信号又は前記第３操作信号の操作値に応じて前記ＰＩＤ制御における積分制御量を低減させる構成とされている
演算処理装置。
【請求項6】
無線送信されてくる操作信号として、第１アクチュエータに対する第１操作信号と、第２アクチュエータに対する第２操作信号と、第３アクチュエータに対する第３操作信号を受信する無線操縦飛行機に用いられる演算処理装置であって、ＰＩＤ制御により前記第１アクチュエータに対する動作信号を生成することができる第１アクチュエータ制御部を備え、
前記第１アクチュエータ制御部は、前記第２操作信号又は前記第３操作信号を検知した場合に前記ＰＩＤ制御から積分要素を用いない制御に切り替える構成とされている
演算処理装置。
【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及び無線操縦飛行機に用いられる演算処理装置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。下記特許文献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、エルロン、ラダー、エレベータを駆動して機体の姿勢や飛行方向を制御するものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１６－０５２４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
無線操縦飛行機において、飛行中の機体の安定性を保つために、例えば角速度検出部（ジャイロ）を搭載して、ヨー軸、ピッチ軸、ロール軸のそれぞれの軸回りの回転を検出し、それに応じてエルロン、ラダー、エレベータを駆動するものがある。
この場合にＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential）制御、即ちＰ（比例要素）、Ｉ（積分要素）、Ｄ（微分要素）を含む制御を行うことで、機体の姿勢保持力を強化できる。
この場合にＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential）制御、即ちＰ（比例要素）、Ｉ（積分要素）、Ｄ（微分要素）を含む制御を行うことで、機体の姿勢保持力を強化できる。
【0005】
ところがＰＩＤ制御を行うことで飛行動作が不自然になり、操縦が難しくなることがある。例えばラダーについてＰＩＤ制御を行うと、直進飛行時のいわゆる風見鶏効果を打ち消すために旋回後の直進飛行の進路調整が難しくなったり、操縦者が意図しないコースをたどったりする。
このような事象を考慮し、本発明はＰＩＤ制御による姿勢保持力は維持しつつ、不自然な動作が生じないようにすることを目的とする。
このような事象を考慮し、本発明はＰＩＤ制御による姿勢保持力は維持しつつ、不自然な動作が生じないようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明に係る無線操縦飛行機は、無線送信されてくる操作信号として、第１アクチュエータに対する第１操作信号と、第２アクチュエータに対する第２操作信号と、第３アクチュエータに対する第３操作信号を受信する受信部と、ＰＩＤ制御により前記第１アクチュエータに対する動作信号を生成することができる第１アクチュエータ制御部を備え、前記第１アクチュエータ制御部は、前記ＰＩＤ制御の積分制御量をフィルタリングするハイパスフィルタを有し、前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数が、前記第２操作信号又は前記第３操作信号の操作値に応じたダンピングレートで可変設定されることで、前記第２操作信号又は前記第３操作信号の操作値に応じて前記ＰＩＤ制御における積分制御量を低減させる構成とされている。
本発明に係る演算処理装置は、少なくとも上記の第１アクチュエータ制御部を備えるものである。
例えばラダー、エルロン、エレベータについての各アクチュエータを有する無線操縦飛行機などにおいてＰＩＤ制御を行うことを考える。この場合に、或るアクチュエータ（第２アクチュエータ又は第３アクチュエータ）に対する操作信号を受信したときに、他のアクチュエータ（第１アクチュエータ）に対するＰＩＤ制御の積分要素（Ｉ項による制御量）を低減させる。
本発明に係る演算処理装置は、少なくとも上記の第１アクチュエータ制御部を備えるものである。
例えばラダー、エルロン、エレベータについての各アクチュエータを有する無線操縦飛行機などにおいてＰＩＤ制御を行うことを考える。この場合に、或るアクチュエータ（第２アクチュエータ又は第３アクチュエータ）に対する操作信号を受信したときに、他のアクチュエータ（第１アクチュエータ）に対するＰＩＤ制御の積分要素（Ｉ項による制御量）を低減させる。
【0007】
また本発明に係る無線操縦飛行機は、同様に前記受信部と、前記第１アクチュエータ制御部を備える構成において、前記第１アクチュエータ制御部は、前記第２操作信号又は前記第３操作信号を検知した場合に前記ＰＩＤ制御から積分要素を用いない制御に切り替える構成とされるものでもよい。
本発明に係る演算処理装置としても、このような第１アクチュエータ制御部を備えるものでもよい。
例えば或るアクチュエータ（第２又は第３アクチュエータ）に対する操作信号を受信したときに、他のアクチュエータ（第１アクチュエータ）に対するＰＩＤ制御を停止させ、Ｐ制御又はＰＤ制御とする。
本発明に係る演算処理装置としても、このような第１アクチュエータ制御部を備えるものでもよい。
例えば或るアクチュエータ（第２又は第３アクチュエータ）に対する操作信号を受信したときに、他のアクチュエータ（第１アクチュエータ）に対するＰＩＤ制御を停止させ、Ｐ制御又はＰＤ制御とする。
【0008】
これらの構成において、前記第１アクチュエータはラダーのサーボモータであり、前記第２アクチュエータはエルロンのサーボモータ、前記第３アクチュエータはエレベータのサーボモータであることが考えられる。
例えば旋回時は、エルロン、エレベータを操作するが、その際にラダーに関して積分要素を低減又はカットする。
例えば旋回時は、エルロン、エレベータを操作するが、その際にラダーに関して積分要素を低減又はカットする。
【0009】
またこれらの構成において、前記第１アクチュエータは、エレベータのサーボモータであり、前記第２アクチュエータは、エルロンのサーボモータであることが考えられる。
例えば着陸時におけるエルロン操作の際にエレベータに関して積分要素を低減又はカットする。
例えば着陸時におけるエルロン操作の際にエレベータに関して積分要素を低減又はカットする。
【発明の効果】
【0010】
本発明の無線操縦飛行機又は演算処理装置によれば、第１アクチュエータについてＰＩＤ制御が行われているときに、第２又は第３アクチュエータに対する操作が行われた場合に、第１アクチュエータについてＰＩＤ制御の積分要素が低減されるか、カットされる。これにより一時的に強固な姿勢制御を弱め、旋回等の動作における不自然さを解消でき、また操縦を容易化できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の実施の形態の飛行操縦システムの説明図である。
【図2】実施の形態の無線操縦飛行機の構成のブロック図である。
【図3】第１の実施の形態のラダー制御部の構成のブロック図である。
【図4】第１の実施の形態のエレベータ制御部の構成のブロック図である。
【図5】第２の実施の形態のラダー制御部の構成のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
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．第１の実施の形態＞
＜４．第２の実施の形態＞
＜５．まとめ及び変形例＞
＜１．飛行操縦システムの概要＞
＜２．無線操縦飛行機の構成＞
＜３．第１の実施の形態＞
＜４．第２の実施の形態＞
＜５．まとめ及び変形例＞
【0013】
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。
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。
【0014】
＜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。
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。
【0015】
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。
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。
【0016】
＜２．無線操縦飛行機の構成＞
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２１、ラダー・サーボモータ２２、及び演算処理装置５０を有している。
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２１、ラダー・サーボモータ２２、及び演算処理装置５０を有している。
【0017】
受信部１０は、操縦機器２から受信した操縦者の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や制御モードに関する操作信号等の変調信号を受信し、復調した操作信号を演算処理装置５０に供給する。
【0018】
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２１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２２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。
エレベータ・サーボモータ２１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２２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。
【0019】
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から供給された操作信号をデコードし、認識した各種操作信号内容の情報を演算部５３に出力する。
受信処理部５１は、受信部１０から供給された操作信号をデコードし、認識した各種操作信号内容の情報を演算部５３に出力する。
【0020】
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ＪＲ）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ＪＰ）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ＪＹ）を検出するヨー軸角速度センサを有している。具体的には角速度検出部５２は、いわゆる３軸ジャイロセンサにより構成することができる。
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ＪＲ、ピッチ軸角速度ＪＰ、及びヨー軸角速度ＪＹを演算部５３に出力する。
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ＪＲ、ピッチ軸角速度ＪＰ、及びヨー軸角速度ＪＹを演算部５３に出力する。
【0021】
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、モード制御部５４、エルロン制御部５６、エレベータ制御部５７、ラダー制御部５８としての演算機能を有する。
【0022】
モード制御部５４は、例えばノーマル制御モードとＰＩＤ制御モードの切替制御を行う。この例では、ノーマル制御モードは、例えばＰ（比例要素）及びＤ（微分要素）を用いた制御とする。或いは、ノーマル制御モードは、例えばＰ（比例要素）のみを用いた制御としてもよい。即ち本実施の形態の場合、ノーマル制御モードは、Ｉ（積分要素）を用いない制御であるとする。
一方、ＰＩＤ制御モードは、Ｐ（比例要素）、Ｉ（積分要素）、Ｄ（微分要素）を含む制御を行うモードである。
ノーマル制御モードとＰＩＤ制御モードは、ユーザが操縦機器２を用いたモード操作により切り替えることができる。
モード制御部５４はユーザのモード操作信号に応じてモード制御信号ｍｏｄをエルロン制御部５６、エレベータ制御部５７、ラダー制御部５８に出力する。
一方、ＰＩＤ制御モードは、Ｐ（比例要素）、Ｉ（積分要素）、Ｄ（微分要素）を含む制御を行うモードである。
ノーマル制御モードとＰＩＤ制御モードは、ユーザが操縦機器２を用いたモード操作により切り替えることができる。
モード制御部５４はユーザのモード操作信号に応じてモード制御信号ｍｏｄをエルロン制御部５６、エレベータ制御部５７、ラダー制御部５８に出力する。
【0023】
エルロン制御部５６は、操縦者のエルロン操作量やロール軸角速度ＪＲに応じてＰＩＤ制御モード又はノーマル制御モードでエルロン動作信号Ｄａｉｌを生成し、エルロン・サーボモータ２０に供給してエルロン６を動作させる。
エレベータ制御部５７は、操縦者のエレベータ操作量やピッチ軸角速度ＪＰに応じてＰＩＤ制御モード又はノーマル制御モードでエレベータ動作信号Ｄｅｌｅを生成し、エレベータ・サーボモータ２１に供給してエレベータ７を動作させる。
ラダー制御部５８は、操縦者のラダー操作量やヨー軸角速度ＪＹに応じてＰＩＤ制御モード又はノーマル制御モードでラダー動作信号Ｄｒｕｄを生成し、ラダー・サーボモータ２２に供給してラダー８を動作させる。
エレベータ制御部５７は、操縦者のエレベータ操作量やピッチ軸角速度ＪＰに応じてＰＩＤ制御モード又はノーマル制御モードでエレベータ動作信号Ｄｅｌｅを生成し、エレベータ・サーボモータ２１に供給してエレベータ７を動作させる。
ラダー制御部５８は、操縦者のラダー操作量やヨー軸角速度ＪＹに応じてＰＩＤ制御モード又はノーマル制御モードでラダー動作信号Ｄｒｕｄを生成し、ラダー・サーボモータ２２に供給してラダー８を動作させる。
【0024】
＜３．第１の実施の形態＞
第１の実施の形態として、第１アクチュエータの制御を行う第１アクチュエータ制御部が、第２，第３アクチュエータ制御部に対する操作信号に応じて、ＰＩＤ制御の積分要素を低減させる構成を説明する。
第１の実施の形態として、第１アクチュエータの制御を行う第１アクチュエータ制御部が、第２，第３アクチュエータ制御部に対する操作信号に応じて、ＰＩＤ制御の積分要素を低減させる構成を説明する。
【0025】
図３は第１アクチュエータ制御部の例としてのラダー制御部５８を示している。つまりラダー・サーボモータ２２を第１アクチュエータと考えた場合である。
ラダー制御部５８は、角速度指令値生成部３１、偏差演算部３２、Ｐ制御演算部３３、Ｄ制御演算部３４、Ｉ制御演算部３５、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）３６，３７、合成部３８、ラダー動作信号生成部３９Ｒ、ダンピングレート生成部４０Ｒ、モードスイッチ４１を有する。
ラダー制御部５８は、角速度指令値生成部３１、偏差演算部３２、Ｐ制御演算部３３、Ｄ制御演算部３４、Ｉ制御演算部３５、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）３６，３７、合成部３８、ラダー動作信号生成部３９Ｒ、ダンピングレート生成部４０Ｒ、モードスイッチ４１を有する。
【0026】
操縦機器２から送信され、受信部１０で復調され、受信処理部５１でデコードされたラダー操作信号Ｓｒｕｄは角速度指令値生成部３１に入力される。操縦機器２では、例えばポテンショメータによるラダー操作レバー等の操作量をエンコードし、変調して無線送信するものとされる。従って復調・デコードされて入力されるラダー操作信号Ｓｒｕｄは、ラダー操作の操作量を表す情報となっている。この情報を角速度指令値生成部３１において角速度情報Ｊｒｕｄに変換する。
【0027】
この角速度情報Ｊｒｕｄと、角速度検出部５２からのヨー軸角速度ＪＹは偏差演算部３２に供給される。偏差演算部３２では角速度情報Ｊｒｕｄとヨー軸角速度ＪＹの偏差Ｒｅｒｒが求められる。
【0028】
ユーザがＰＩＤ制御モードを選択する操作を行った場合、モード制御部５４からのモード制御信号ｍｏｄによりモードスイッチ４１がオンとされている。これにより、偏差演算部３２で求められた偏差Ｒｅｒｒは、Ｐ制御演算部３３、Ｄ制御演算部３４、Ｉ制御演算部３５のそれぞれに供給される。
【0029】
Ｐ制御演算部３３は、例えば偏差Ｒｅｒｒに所定の比例ゲインＰｇａｉｎを乗じることにより時点ｔの比例制御量Ｐｔを得る。即ちＰｔ＝Ｒｅｒｒ・Ｐｇａｉｎとされる。
【0030】
Ｄ制御演算部３４は、例えば偏差Ｒｅｒｒを微分して得られる微分値に所定の微分ゲインＤｇａｉｎを乗じることにより時点ｔの微分制御量Ｄｔを得る。但し、得られた微分制御量Ｄｔは、ＨＰＦ３６において所定のカットオフ周波数でフィルタリングされることでダンピングされる。微分要素による応答を過大にしないためである。
【0031】
Ｉ制御演算部３５は、例えば偏差Ｒｅｒｒを積分して得られる積分値に所定の積分ゲインＩｇａｉｎを乗じることにより時点ｔの積分制御量Ｉｔを得る。但し、得られた積分制御量Ｉｔは、ＨＰＦ３７において、ダンピングレート生成部４０Ｒにより設定されたダンピングレートＤＰＲに応じたＨＰＦ係数（カットオフ周波数）でフィルタリングされることでダンピングされる。
従ってＩｔ＝Ｒｅｒｒ・Ｉｇａｉｎ＋ΣＩｔ－１・Ｉｄａｍｐとされる。
但し「Ｉｔ－１」は１サンプル前のＩ制御量、「Ｉｄａｍｐ」はダンピングレートＤＰＲに応じて可変設定されるＨＰＦ３７のフィルタ係数である。
ＨＰＦ３７は、Ｉ制御によりオフセットが無限時間残るため、これをリセットするために設けられている。
従ってＩｔ＝Ｒｅｒｒ・Ｉｇａｉｎ＋ΣＩｔ－１・Ｉｄａｍｐとされる。
但し「Ｉｔ－１」は１サンプル前のＩ制御量、「Ｉｄａｍｐ」はダンピングレートＤＰＲに応じて可変設定されるＨＰＦ３７のフィルタ係数である。
ＨＰＦ３７は、Ｉ制御によりオフセットが無限時間残るため、これをリセットするために設けられている。
【0032】
このように或る時点ｔにおいて得られる比例要素（比例制御量Ｐｔ）、微分要素（微分制御量Ｄｔ）、積分要素（積分制御量Ｉｔ）は、合成部３８で合成され、合成制御量がラダー動作信号生成部３９Ｒに供給される。
ラダー動作信号生成部３９Ｒは、合成制御量に応じたラダー動作信号Ｄｒｕｄを生成し、ラダー・サーボモータ２２に出力する。
ラダー動作信号生成部３９Ｒは、合成制御量に応じたラダー動作信号Ｄｒｕｄを生成し、ラダー・サーボモータ２２に出力する。
【0033】
ユーザがノーマル制御モードを指示した場合、モード制御信号ｍｏｄにより、モードスイッチ４１がオフとされる。これにより、偏差演算部３２で求められた偏差Ｒｅｒｒは、Ｉ制御演算部３５には供給されず、Ｐ制御演算部３３、Ｄ制御演算部３４のそれぞれに供給される。
この場合、比例要素（比例制御量Ｐｔ）と微分要素（微分制御量Ｄｔ）が合成部３８で合成され、ラダー動作信号生成部３９Ｒは、合成制御量に応じたラダー動作信号Ｄｒｕｄを生成し、ラダー・サーボモータ２２に出力する。
この場合、比例要素（比例制御量Ｐｔ）と微分要素（微分制御量Ｄｔ）が合成部３８で合成され、ラダー動作信号生成部３９Ｒは、合成制御量に応じたラダー動作信号Ｄｒｕｄを生成し、ラダー・サーボモータ２２に出力する。
【0034】
なお、ノーマル制御モードでは比例要素（比例制御量Ｐｔ）のみに基づいてラダー動作信号Ｄｒｕｄが生成されるものとしてもよい。
【0035】
このようなラダー制御部５８で、ＰＩＤ制御モードにおいてＨＰＦ３７により積分制御量Ｉｔがダンピングされることについて説明する。
ダンピングレート生成部４０Ｒには、ラダー操作信号Ｓｒｕｄが入力され、ラダー操作量に応じてダンピングレートを設定することで、上述のようにオフセット分をリセットしていくが、さらにダンピングレート生成部４０Ｒには、エルロン操作信号Ｓａｉｌ、エレベータ操作信号Ｓｅｌｅも入力される。
ダンピングレート生成部４０Ｒには、ラダー操作信号Ｓｒｕｄが入力され、ラダー操作量に応じてダンピングレートを設定することで、上述のようにオフセット分をリセットしていくが、さらにダンピングレート生成部４０Ｒには、エルロン操作信号Ｓａｉｌ、エレベータ操作信号Ｓｅｌｅも入力される。
【0036】
例えばダンピングレート生成部４０Ｒは、ラダー操作信号Ｓｒｕｄに対応するダンピングレートＤＰＲ（Ｓｒｕｄ）に、エルロン操作信号Ｓａｉｌに対応するダンピングレートＤＰＲ（Ｓａｉｌ）、エレベータ操作信号Ｓｅｌｅに対応するダンピングレートＤＰＲ（Ｓｅｌｅ）を乗算した値を、実際にＨＰＦ３７に設定するダンピングレートＤＰＲとする。
即ちＨＰＦ３７に設定するダンピングレートＤＰＲは、
ＤＰＲ＝ＤＰＲ（Ｓｒｕｄ）・ＤＰＲ（Ｓａｉｌ）・ＤＰＲ（Ｓｅｌｅ）
とする。
即ちＨＰＦ３７に設定するダンピングレートＤＰＲは、
ＤＰＲ＝ＤＰＲ（Ｓｒｕｄ）・ＤＰＲ（Ｓａｉｌ）・ＤＰＲ（Ｓｅｌｅ）
とする。
【0037】
これによりエレベータ操作量やエルロン操作量に応じてラダー制御における積分制御量Ｉｔのダンピング量が大きくなるようにする。
このようにすることで、ＰＩＤ制御モードで角速度検出部５２によって検出されるヨー軸角速度ＪＹに応じてラダー制御されているときに、旋回のためにエルロン操作やエレベータ操作が行われた場合に、積分要素の影響が、より迅速に低減されるようにする。
このようにすることで、ＰＩＤ制御モードで角速度検出部５２によって検出されるヨー軸角速度ＪＹに応じてラダー制御されているときに、旋回のためにエルロン操作やエレベータ操作が行われた場合に、積分要素の影響が、より迅速に低減されるようにする。
【0038】
具体的に、旋回時のユーザの操作は次のようになる。
（１）エルロン操作を行って目的角まで機体を傾ける。
（２）目的角になったら、エルロン操作をニュートラルに戻す。
（３）正面であればエレベータ操作としてアップ方向操作をし、背面であればエレベータ操作としてダウン方向操作をする。
（４）目的の進行方向に機体が向いたら、エレベータ操作をニュートラルに戻す。
（５）エルロン操作を行って、機体を水平状態に戻す。
（１）エルロン操作を行って目的角まで機体を傾ける。
（２）目的角になったら、エルロン操作をニュートラルに戻す。
（３）正面であればエレベータ操作としてアップ方向操作をし、背面であればエレベータ操作としてダウン方向操作をする。
（４）目的の進行方向に機体が向いたら、エレベータ操作をニュートラルに戻す。
（５）エルロン操作を行って、機体を水平状態に戻す。
【0039】
このような一連の操作の過程で、エルロン操作又はエレベータ操作が行われた際に、ダンピングレートＤＰＲがその操作量に応じて高くなり、ＨＰＦ３７のカットオフ周波数が上げられる。例えばこれにより事実上、積分制御量Ｉｔが無効化され、一時的にＰＤ制御が行われる状態（ノーマル制御モードと同様の状態）となる。これによりユーザが感じる操作感が、ノーマル制御モードのときの操作感に近づく。
【0040】
旋回のためにエルロン６、エレベータ７についての操作をしたときに、ラダー８がヨー軸角速度ＪＹに基づいて制御されるが、ＰＩＤ制御を行っていると、ラダー８が積分制御量Ｉｔの影響で戻りにくい。するとエルロン操作とエレベータ操作による旋回が、ユーザの意図しない不自然な動きになる。
これを解消するには、上記の（１）から（５）の操作過程でラダー操作を行う必要がある。
これに対して図３の構成の場合、エルロン操作とエレベータ操作により、積分制御量Ｉｔが低減され、結果としてラダー８は、ヨー軸角速度ＪＹにより駆動されても比較的早く元の状態に戻る。これにより、旋回動作が安定することになる。
これを解消するには、上記の（１）から（５）の操作過程でラダー操作を行う必要がある。
これに対して図３の構成の場合、エルロン操作とエレベータ操作により、積分制御量Ｉｔが低減され、結果としてラダー８は、ヨー軸角速度ＪＹにより駆動されても比較的早く元の状態に戻る。これにより、旋回動作が安定することになる。
【0041】
ＰＩＤ制御を行っている状態で、操縦者がエルロン６、エレベータ７を操作して旋回させるときには、操縦者がラダー８を微妙且つ正確に操作することで、不自然な動作とならないようにすることはできるが、このラダー操作はベテランパイロットでも極めて難しいものである。
一方でエルロン６、エレベータ７を操作して旋回するときに、ラダー８の制御に関して積分要素が自動的に低減されることで、旋回時の不自然な動きがなくなる。これにより、操縦者が思っている方向やコースで旋回できないといった事象を解消できる。
従って、ＰＩＤ制御により安定した飛行を行いながら、旋回時には、その旋回の操作を困難にすることなく安定した旋回飛行を行うことができるようになる。
一方でエルロン６、エレベータ７を操作して旋回するときに、ラダー８の制御に関して積分要素が自動的に低減されることで、旋回時の不自然な動きがなくなる。これにより、操縦者が思っている方向やコースで旋回できないといった事象を解消できる。
従って、ＰＩＤ制御により安定した飛行を行いながら、旋回時には、その旋回の操作を困難にすることなく安定した旋回飛行を行うことができるようになる。
【0042】
次に、同じく第１の実施の形態として、第１アクチュエータの制御を行う第１アクチュエータ制御部が、第２，第３アクチュエータ制御部に対する操作信号に応じて、ＰＩＤ制御の積分要素を低減させる構成を、エレベータ制御部５７の例で説明する。
【0043】
図４は第１アクチュエータ制御部の例としてのエレベータ制御部５７を示している。つまりエレベータ・サーボモータ２１を第１アクチュエータと考えた場合である。
エレベータ制御部５７は、上述のラダー制御部５８とほぼ同様の構成であり、異なる点は次のようになる。
エレベータ制御部５７は、上述のラダー制御部５８とほぼ同様の構成であり、異なる点は次のようになる。
【0044】
角速度指令値生成部３１には、エレベータ操作信号Ｓｅｌｅが入力され、これを角速度情報Ｊｅｌｅに変換する。
この角速度情報Ｊｅｌｅと、角速度検出部５２からのピッチ軸角速度ＪＰが偏差演算部３２に供給される。偏差演算部３２では角速度情報Ｊｅｌｅとヨー軸角速度ＪＹの偏差Ｒｅｒｒが求められる。
この角速度情報Ｊｅｌｅと、角速度検出部５２からのピッチ軸角速度ＪＰが偏差演算部３２に供給される。偏差演算部３２では角速度情報Ｊｅｌｅとヨー軸角速度ＪＹの偏差Ｒｅｒｒが求められる。
【0045】
ＰＩＤ制御モードでは、モードスイッチ４１がオンとされているため、偏差演算部３２で求められた偏差Ｒｅｒｒは、Ｐ制御演算部３３、Ｄ制御演算部３４、Ｉ制御演算部３５のそれぞれに供給される。
そして比例制御量Ｐｔ、微分制御量Ｄｔ、積分制御量Ｉｔが合成部３８で合成され、エレベータ動作信号生成部３９Ｅは、合成制御量に応じたエレベータ動作信号Ｄｅｌｅを生成し、エレベータ・サーボモータ２１に出力する。
そして比例制御量Ｐｔ、微分制御量Ｄｔ、積分制御量Ｉｔが合成部３８で合成され、エレベータ動作信号生成部３９Ｅは、合成制御量に応じたエレベータ動作信号Ｄｅｌｅを生成し、エレベータ・サーボモータ２１に出力する。
【0046】
ノーマル制御モードでは、モードスイッチ４１がオフとされ、偏差演算部３２で求められた偏差Ｒｅｒｒは、Ｐ制御演算部３３、Ｄ制御演算部３４のそれぞれに供給される。
そして比例制御量Ｐｔ、微分制御量Ｄｔが合成部３８で合成され、エレベータ動作信号生成部３９Ｅは、合成制御量に応じたエレベータ動作信号Ｄｅｌｅを生成し、エレベータ・サーボモータ２１に出力する。
そして比例制御量Ｐｔ、微分制御量Ｄｔが合成部３８で合成され、エレベータ動作信号生成部３９Ｅは、合成制御量に応じたエレベータ動作信号Ｄｅｌｅを生成し、エレベータ・サーボモータ２１に出力する。
【0047】
このようなエレベータ制御部５７で、ＰＩＤ制御モードにおいてＨＰＦ３７により積分制御量Ｉｔがダンピングされる。
ダンピングレート生成部４０Ｅには、エレベータ操作信号Ｓｅｌｅが入力され、エレベータ操作量に応じてダンピングレートを設定するが、さらにダンピングレート生成部４０Ｅには、エルロン操作信号Ｓａｉｌも入力される。
そして例えばダンピングレート生成部４０Ｅは、エレベータ操作信号Ｓｅｌｅに対応するダンピングレートＤＰＲ（Ｓｅｌｅ）に、エルロン操作信号Ｓａｉｌに対応するダンピングレートＤＰＲ（Ｓａｉｌ）を乗算した値を、実際にＨＰＦ３７に設定するダンピングレートＤＰＲとする。
即ちＨＰＦ３７に設定するダンピングレートＤＰＲは、
ＤＰＲ＝ＤＰＲ（Ｓｅｌｅ）・ＤＰＲ（Ｓａｉｌ）
とする。
ダンピングレート生成部４０Ｅには、エレベータ操作信号Ｓｅｌｅが入力され、エレベータ操作量に応じてダンピングレートを設定するが、さらにダンピングレート生成部４０Ｅには、エルロン操作信号Ｓａｉｌも入力される。
そして例えばダンピングレート生成部４０Ｅは、エレベータ操作信号Ｓｅｌｅに対応するダンピングレートＤＰＲ（Ｓｅｌｅ）に、エルロン操作信号Ｓａｉｌに対応するダンピングレートＤＰＲ（Ｓａｉｌ）を乗算した値を、実際にＨＰＦ３７に設定するダンピングレートＤＰＲとする。
即ちＨＰＦ３７に設定するダンピングレートＤＰＲは、
ＤＰＲ＝ＤＰＲ（Ｓｅｌｅ）・ＤＰＲ（Ｓａｉｌ）
とする。
【0048】
これによりエルロン操作量に応じてエレベータ制御における積分制御量Ｉｔのダンピング量が大きくなるようにしている。
このようにすることで、例えば着陸時にエルロン操作量に応じてエレベータのＰＩＤ制御における積分制御量Ｉｔを低下させることで、エレベータ７に積分要素に起因するオフセットが残らず、失速しにくくなるという効果を得ることができる。
このようにすることで、例えば着陸時にエルロン操作量に応じてエレベータのＰＩＤ制御における積分制御量Ｉｔを低下させることで、エレベータ７に積分要素に起因するオフセットが残らず、失速しにくくなるという効果を得ることができる。
【0049】
＜４．第２の実施の形態＞
第２の実施の形態として、第１アクチュエータの制御を行う第１アクチュエータ制御部が、第２，第３アクチュエータ制御部に対する操作信号に応じて、ＰＩＤ制御の積分要素をカットする構成説明する。
図５は第１アクチュエータ制御部の例としてのラダー制御部５８を示している。
図５の構成は、図３の例と次の点が異なる。
第２の実施の形態として、第１アクチュエータの制御を行う第１アクチュエータ制御部が、第２，第３アクチュエータ制御部に対する操作信号に応じて、ＰＩＤ制御の積分要素をカットする構成説明する。
図５は第１アクチュエータ制御部の例としてのラダー制御部５８を示している。
図５の構成は、図３の例と次の点が異なる。
【0050】
ダンピングレート生成部４０Ｒには、ラダー操作信号Ｓｒｕｄが入力され、ラダー操作量に応じてダンピングレートＤＰＲを設定する。
即ちＨＰＦ３７に設定するダンピングレートＤＰＲは、
ＤＰＲ＝ＤＰＲ（Ｓｒｕｄ）となる。
即ちＨＰＦ３７に設定するダンピングレートＤＰＲは、
ＤＰＲ＝ＤＰＲ（Ｓｒｕｄ）となる。
【0051】
図５の場合、モードスイッチ４１を制御するモード切替部４２が設けられる。モード切替部４２は、モード制御信号ｍｏｄに応じて、モードスイッチ４１をオン／オフする。
またモード切替部４２には、エルロン操作信号Ｓａｉｌ、エレベータ操作信号Ｓｅｌｅも入力される。そしてモード切替部４２は、ＰＩＤ制御モードのときにエルロン操作信号Ｓａｉｌ又はエレベータ操作信号Ｓｅｌｅを検知した場合に、モードスイッチ４１をオフとする制御を行う。
またモード切替部４２には、エルロン操作信号Ｓａｉｌ、エレベータ操作信号Ｓｅｌｅも入力される。そしてモード切替部４２は、ＰＩＤ制御モードのときにエルロン操作信号Ｓａｉｌ又はエレベータ操作信号Ｓｅｌｅを検知した場合に、モードスイッチ４１をオフとする制御を行う。
【0052】
従って、例えば旋回時などに上述の（１）から（５）の操作によりエルロン６やエレベータ７が駆動されているときには、一時的に積分制御量ＩｔがカットされたＰＤ制御の状態となる。
つまりＰＩＤ制御モード中に、ラダー８に関して、エルロン操作やエレベータ操作に応じて一時的にノーマル制御モードとする。
これによっても、図３の構成例と同様に、旋回中に不自然な動作を起こすことがないようにされる。
つまりＰＩＤ制御モード中に、ラダー８に関して、エルロン操作やエレベータ操作に応じて一時的にノーマル制御モードとする。
これによっても、図３の構成例と同様に、旋回中に不自然な動作を起こすことがないようにされる。
【0053】
なお、ノーマル制御モードをＰＤ制御ではなくＰ制御とし、ＰＩＤ制御モード中に、ラダー８に関して、エルロン操作やエレベータ操作に応じて一時的にＰ制御が行われる状態としてもよい。
【0054】
また、図５のモードスイッチ４１は、Ｉ制御演算部３５及びＨＰＦ３７の入力側と出力側のスイッチを同時にオン／オフするものとしたが、例えばエルロン操作信号Ｓａｉｌ又はエレベータ操作信号Ｓｅｌｅを検知した場合の制御としては、例えばモードスイッチ４１における出力側のスイッチのみをオフとする制御を行うようにしてもよい。つまり積分制御量の演算は継続させながら、一時的に積分要素を反映させないようにする例である。
【0055】
【0056】
＜５．まとめ及び変形例＞
以上説明したように、第１の実施の形態の無線操縦飛行機１は、無線送信されてくる操作信号として、第１アクチュエータに対する第１操作信号と、第２アクチュエータに対する第２操作信号と、第３アクチュエータに対する第３操作信号を受信する受信部１０と、ＰＩＤ制御により第１アクチュエータに対する動作信号を生成することができる第１アクチュエータ制御部を備える。そして第１アクチュエータ制御部は、第２操作信号又は第３操作信号の操作値に応じてＰＩＤ制御における積分要素を低減させる構成とされている。
ＰＩＤ制御を行うことで、飛行中の機体の安定性などが向上されるが、特定の動作において、不自然な動作になってしまうことがある。特定の動作のためのラダー８、エルロン６、エレベータ７についての各アクチュエータのいずれかの操作がおこなわれたとき（舵を打ったとき）に、舵が打たれていないアクチュエータのＰＩＤ制御において積分要素を低減させることで、その時点の飛行動作において不自然な状態を解消できるようになる。
以上説明したように、第１の実施の形態の無線操縦飛行機１は、無線送信されてくる操作信号として、第１アクチュエータに対する第１操作信号と、第２アクチュエータに対する第２操作信号と、第３アクチュエータに対する第３操作信号を受信する受信部１０と、ＰＩＤ制御により第１アクチュエータに対する動作信号を生成することができる第１アクチュエータ制御部を備える。そして第１アクチュエータ制御部は、第２操作信号又は第３操作信号の操作値に応じてＰＩＤ制御における積分要素を低減させる構成とされている。
ＰＩＤ制御を行うことで、飛行中の機体の安定性などが向上されるが、特定の動作において、不自然な動作になってしまうことがある。特定の動作のためのラダー８、エルロン６、エレベータ７についての各アクチュエータのいずれかの操作がおこなわれたとき（舵を打ったとき）に、舵が打たれていないアクチュエータのＰＩＤ制御において積分要素を低減させることで、その時点の飛行動作において不自然な状態を解消できるようになる。
【0057】
図３の例では、第１アクチュエータはラダー・サーボモータ２２であり、第２アクチュエータはエルロン・サーボモータ２０、第３アクチュエータはエレベータ・サーボモータ２１であるとした。
また図４の例では、第１アクチュエータは、エレベータ・サーボモータ２１であり、第２アクチュエータは、エルロン・サーボモータ２０であるとした。
これらそれぞれの場合で、ＰＩＤ制御における積分要素の低減を行うことで、不自然な飛行動作を解消したり、着陸の安定性を上げたりすることができる。
なお、第１アクチュエータをエルロン・サーボモータ２０とする例も考えられる。
また図４の例では、第１アクチュエータは、エレベータ・サーボモータ２１であり、第２アクチュエータは、エルロン・サーボモータ２０であるとした。
これらそれぞれの場合で、ＰＩＤ制御における積分要素の低減を行うことで、不自然な飛行動作を解消したり、着陸の安定性を上げたりすることができる。
なお、第１アクチュエータをエルロン・サーボモータ２０とする例も考えられる。
【0058】
第２の実施の形態では、第１アクチュエータ制御部は、第２操作信号又は第３操作信号を検知した場合にＰＩＤ制御から積分要素を用いない制御に切り替える構成とする例を述べた。
舵が打たれていないアクチュエータについて一時的にＰＩＤ制御を行わないようにすること、つまり積分要素をカットすることでも、不自然な飛行動作を解消できるようになる。
舵が打たれていないアクチュエータについて一時的にＰＩＤ制御を行わないようにすること、つまり積分要素をカットすることでも、不自然な飛行動作を解消できるようになる。
【0059】
図５の例では、第１アクチュエータはラダー・サーボモータ２２であり、第２アクチュエータはエルロン・サーボモータ２０、第３アクチュエータはエレベータ・サーボモータ２１であるとした。
これに限らず、第１アクチュエータは、エレベータ・サーボモータ２１であり、第２アクチュエータは、エルロン・サーボモータ２０である例も好適である。
さらに第１アクチュエータをエルロン・サーボモータ２０とする例も考えられる。
これに限らず、第１アクチュエータは、エレベータ・サーボモータ２１であり、第２アクチュエータは、エルロン・サーボモータ２０である例も好適である。
さらに第１アクチュエータをエルロン・サーボモータ２０とする例も考えられる。
【0060】
なお、以上の本実施の形態の効果は、ヘリコプタ等の回転翼を持つ飛行体よりも、固定翼のいわゆる模型飛行機において顕著に得られる。
【0061】
また実施の形態の演算処理装置５０は、本発明請求項に挙げた演算処理装置の例となる。このような演算処理装置５０を提供することで、機体の姿勢制御に優れた無線操縦飛行機の実現が容易化される。
【符号の説明】
【0062】
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
１０ 受信部
２０ エルロン・サーボモータ
２１ エレベータ・サーボモータ
２２ ラダー・サーボモータ
３１ 角速度指令値生成部
３２ 偏差演算部
３３ Ｐ制御演算部
３４ Ｄ制御演算部
３５ Ｉ制御演算部
３６，３７ ＨＰＦ
３８ 合成部
３９Ｒ ラダー動作信号生成部
３９Ｅ エレベータ動作信号生成部
４０Ｒ，４０Ｅ ダンピングレート生成部
４１ モードスイッチ
４２ モード切替部
５０ 演算処理装置
５６ エルロン制御部
５７ エレベータ制御部
５８ ラダー制御部
２ 操縦機器
６ エルロン
７ エレベータ
８ ラダー
１０ 受信部
２０ エルロン・サーボモータ
２１ エレベータ・サーボモータ
２２ ラダー・サーボモータ
３１ 角速度指令値生成部
３２ 偏差演算部
３３ Ｐ制御演算部
３４ Ｄ制御演算部
３５ Ｉ制御演算部
３６，３７ ＨＰＦ
３８ 合成部
３９Ｒ ラダー動作信号生成部
３９Ｅ エレベータ動作信号生成部
４０Ｒ，４０Ｅ ダンピングレート生成部
４１ モードスイッチ
４２ モード切替部
５０ 演算処理装置
５６ エルロン制御部
５７ エレベータ制御部
５８ ラダー制御部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】