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JPH09101822A - Posture stabilization device - Google Patents
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JPH09101822A - Posture stabilization device - Google Patents

Posture stabilization device

Info

Publication number
JPH09101822A
JPH09101822A JP7260542A JP26054295A JPH09101822A JP H09101822 A JPH09101822 A JP H09101822A JP 7260542 A JP7260542 A JP 7260542A JP 26054295 A JP26054295 A JP 26054295A JP H09101822 A JPH09101822 A JP H09101822A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
posture
control
signal
moving object
target value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP7260542A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tadayoshi Kato
忠義 加藤
Seiji Kuroki
聖司 黒木
Susumu Takezawa
進 竹沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP7260542A priority Critical patent/JPH09101822A/en
Publication of JPH09101822A publication Critical patent/JPH09101822A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Feedback Control In General (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 運動物体の姿勢の乱れの原因である外乱に関
する知識や情報が全く無い場合でも汎用的,適応的な外
乱補償を実現し、運動物体の高精度の姿勢制御/安定化
を達成する。 【解決手段】 制御目標信号発生部2からの制御目標値
を処理して得られる少なくとも1つの二次的信号を入力
され、その入力信号に対し学習機能アルゴリズムを用い
た信号合成操作を施すことにより得られる信号を、補助
制御信号として、主制御論理部4から主アクチュエータ
5に対する制御信号にフィードフォワード的に印加する
学習制御部6を、主制御論理部4に対して並列的にそな
えて構成する。
(57) 【Abstract】 PROBLEM TO BE SOLVED: To realize general-purpose and adaptive disturbance compensation even when there is no knowledge or information about the disturbance that causes the disturbance of the posture of the moving object, and to perform highly accurate posture control of the moving object. Achieve stabilization. SOLUTION: At least one secondary signal obtained by processing a control target value from a control target signal generator 2 is input, and the input signal is subjected to a signal combining operation using a learning function algorithm. A learning control unit 6 that applies the obtained signal as a supplemental control signal to the control signal for the main actuator 5 from the main control logic unit 4 in a feedforward manner is provided in parallel with the main control logic unit 4. .

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】(目次) 発明の属する技術分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段(図1〜図3) 発明の実施の形態 (a)第1実施形態の説明(図4,図5) (b)第2実施形態の説明(図6) (c)第3実施形態の説明(図7) (d)具体的な適用例とそのシミュレーション結果の説
明(図8〜図13) (e)その他 発明の効果
(Technical Field of the Invention) [Technical Field of the Invention] [Prior art] [Problems to be solved by the invention] Means for solving the problems (FIGS. 1 to 3) Embodiments of the invention (a) Description of the first embodiment ( (FIGS. 4 and 5) (b) Description of second embodiment (FIG. 6) (c) Description of third embodiment (FIG. 7) (d) Description of specific application example and simulation result thereof (FIGS. 8 to 8) (Fig. 13) (e) Other effects of the invention

【0002】[0002]

【発明の属する技術分野】本発明は、運動物体の姿勢を
安定化させるための装置に関し、特に、運動物体の姿勢
に悪影響を及ぼす外乱が作用する環境下で外乱の特性
(パラメータ,大きさ,時間的/周波数的特性)が未知
である場合に、その運動物体の姿勢を高精度に制御また
は安定化するための装置に関する。ここで、運動物体と
は、例えば、人工衛星,宇宙船,船舶,潜水艦,航空機
等で、その姿勢が重要な制御目的となっている対象を指
している。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for stabilizing the posture of a moving object, and more particularly to the characteristics (parameter, size, The present invention relates to a device for controlling or stabilizing the posture of a moving object with high accuracy when the temporal / frequency characteristics are unknown. Here, the moving object refers to, for example, an artificial satellite, a spacecraft, a ship, a submarine, an aircraft, etc., whose posture is an important control purpose.

【0003】[0003]

【従来の技術】従来、運動物体に作用する外乱の制御の
ために幾つかの手法が採られている。外乱の力学的特性
が確定している場合は、その外乱の数学モデルを用いて
計算しフィードフォワード補償を施すことにより、外乱
の影響を相殺できる。人工衛星や宇宙船の例で言えば搭
載アンテナやマニピュレータアームを駆動する場合はこ
の手法が採用されている。しかし、このような手法を採
用するためには可動体の質量や慣性モーメント,重心位
置,モーメントアーム長などの正確な事前知識が要求さ
れる上に、これらの慣性負荷が変化する場合は、その都
度、外乱の数学モデルを変更する必要がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, some methods have been adopted for controlling disturbances acting on a moving object. When the mechanical characteristics of the disturbance have been determined, the influence of the disturbance can be canceled by performing calculation using a mathematical model of the disturbance and performing feedforward compensation. In the case of artificial satellites and spacecraft, this method is used to drive the onboard antenna and manipulator arm. However, in order to adopt such a method, accurate prior knowledge such as the mass of the movable body, the moment of inertia, the position of the center of gravity, and the moment arm length is required, and when these inertial loads change, It is necessary to change the mathematical model of the disturbance each time.

【0004】一方、多くの自然環境外乱は、その力学的
特性は不確定である。そのため、高精度の姿勢制御/安
定化を実現しようとすると、オンボードでこれらの外乱
を推定・補償する必要がある。このための手法として
は、外乱推定オブザーバやカルマンフィルタがある。両
手法とも、外乱を含む制御系全体の動力学の数学モデル
をオンボード計算機の中に用意し、姿勢センサによる観
測値と同数学モデルによる予測値が一致するように数学
モデルの状態変数を更新していく。
On the other hand, the mechanical characteristics of many natural environmental disturbances are uncertain. Therefore, in order to realize highly accurate attitude control / stabilization, it is necessary to estimate and compensate for these disturbances onboard. As a method for this, there are a disturbance estimation observer and a Kalman filter. In both methods, a mathematical model of the dynamics of the entire control system including disturbance is prepared in the on-board computer, and the state variables of the mathematical model are updated so that the observed values of the attitude sensor and the predicted values of the same mathematical model match. I will do it.

【0005】この場合、外乱も状態変数の中に含めるの
で、外乱の動力学的状態方程式を構成する必要がある。
例えば、ステップ状外乱でその大きさ未知の場合は外乱
状態変数の時間に関する一階微分がゼロ、ランプ状外乱
でその初期値と勾配が未知の場合は時間の2階微分がゼ
ロ、正弦波状外乱の場合はその周波数を既知として調和
振動の方程式に従う、という具合に外乱の状態方程式を
構成する。このような状態変数を使ったフィルタの出力
は数学モデルが実際の動力学を正しく表現していればそ
れぞれの物理量の真値に収束するので、外乱の完全な実
時間補償も可能になる。
In this case, since the disturbance is also included in the state variables, it is necessary to construct the dynamic state equation of the disturbance.
For example, if the magnitude of the step disturbance is unknown, the first derivative with respect to time of the disturbance state variable is zero, if the initial value and the gradient of the ramp disturbance are unknown, the second derivative of time is zero, and the sinusoidal disturbance is In the case of, the state equation of the disturbance is constructed in such a way that the frequency is known and follows the equation of harmonic vibration. The output of the filter using such state variables converges to the true value of each physical quantity if the mathematical model correctly represents the actual dynamics, and thus complete real-time compensation of disturbance is also possible.

【0006】しかし、特に自然環境外乱の場合は個々の
外乱要因の動力学モデルは不正確にしか分からないのが
一般的である上に、総合外乱の動力学モデルを精度よく
構成することはかなり困難である。このため、モデル化
の誤差が大であると、このようなアプローチによる補償
法はあまり有効ではなくなる。また、実際の制御系全体
を模擬した動力学的数学モデルをオンボード計算機の中
に構成しなければならないため、搭載ソフトウエアの規
模や処理時間がかさむ心配がある。
However, in particular, in the case of natural environment disturbance, it is general that the dynamic model of each disturbance factor can be known only inaccurately, and it is quite difficult to accurately construct the dynamic model of total disturbance. Have difficulty. Therefore, if the modeling error is large, the compensation method by such an approach becomes less effective. Moreover, since a dynamic mathematical model simulating the entire actual control system must be configured in the on-board computer, there is a concern that the scale of the installed software and the processing time will increase.

【0007】次に、人工的な外乱の他例として、運動物
体の増速用推進機関の作動中に姿勢に悪影響を及ぼす外
乱が発生する場合がある。例として、人工衛星や宇宙船
の軌道変更時に軌道変更用スラスタのシステム重心に対
するミスアライメントやオフセットが存在する場合を挙
げることができる。この場合、スラスタの推力や上記の
ミスアライメントおよびオフセット,重心位置等を正確
に知ることは不可能な上に時間的にも変動する場合があ
るので、姿勢への擾乱を抑えるためにはオンボード実時
間で補償することが望ましい。これに対しても、上述と
同様の手法を適用することが可能であるが、既述の課題
は避けられない。
Next, as another example of the artificial disturbance, a disturbance that adversely affects the posture may occur during the operation of the propulsion engine for accelerating the moving object. As an example, there may be a case where there is misalignment or offset with respect to the system center of gravity of the thruster for changing the orbit when the orbit of the artificial satellite or spacecraft is changed. In this case, it is impossible to know the thruster thrust, the above misalignment and offset, the position of the center of gravity, etc. accurately, and it may fluctuate over time. It is desirable to compensate in real time. The same method as described above can be applied to this as well, but the problems described above cannot be avoided.

【0008】外乱抑制の別のアプローチとして、H∞制
御等のいわゆるロバスト制御系を使用する手法がある。
これは、制御対象を含む閉ループに対して感度関数を周
波数の重みを付けて小さくし、同時に閉ループ系を安定
化するような制御器を求めようとするものである。この
手法では、外乱の周波数特性に関する事前知識を必要と
することや、制御則設計アルゴリズムが複雑なこと、一
般的に制御器の次数が高くなるなどの課題がある。
Another approach to disturbance suppression is to use a so-called robust control system such as H∞ control.
This is to seek a controller that stabilizes the closed loop system by simultaneously weighting the sensitivity function of the closed loop including the controlled object to reduce the weight. This method has the problems that it requires prior knowledge about the frequency characteristics of the disturbance, that the control law design algorithm is complicated, and that the order of the controller is generally high.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
技術では、外乱を補償しようとすると、外乱の数学モデ
ル、あるいは外乱に関しての事前知識を制御器の設計に
取り込む必要があった。そのため、仮定した外乱の力学
的特性と実際の外乱の特性とが異なる場合には、外乱補
償効果が大きく減少するおそれがあった。また、特定の
外乱モデルに対して制御器を設計するので、汎用的には
使用できないという課題もあった。
As described above, in the prior art, when attempting to compensate for a disturbance, it was necessary to incorporate a mathematical model of the disturbance or prior knowledge about the disturbance into the design of the controller. Therefore, when the assumed mechanical characteristics of the disturbance and the actual characteristics of the disturbance are different, the disturbance compensation effect may be significantly reduced. In addition, since the controller is designed for a specific disturbance model, there is a problem that it cannot be used for general purposes.

【0010】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、運動物体の姿勢の乱れの原因である外乱に関
する知識や情報が全く無い場合でも汎用的,適応的な外
乱補償を実現し、運動物体の高精度の姿勢制御/安定化
を達成できるようにした、姿勢安定化装置を提供するこ
とを目的とする。
The present invention was devised in view of such problems, and realizes general and adaptive disturbance compensation even when there is no knowledge or information about the disturbance that causes the disturbance of the posture of the moving object. An object of the present invention is to provide a posture stabilization device capable of achieving highly accurate posture control / stabilization of a moving object.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】図1は第1の発明の原理
ブロック図で、この図1において、1は姿勢安定化対象
の運動物体、2はこの運動物体1の姿勢の制御目標値を
発生する制御目標信号発生部、3は運動物体1の姿勢を
検出する姿勢センサ、4はフィードバックされた姿勢セ
ンサ3の出力値の制御目標値からの偏差に基づいて制御
信号を発生する主制御論理部、5はこの主制御論理部4
からの制御信号に基づいて所定のトルクを発生し運動物
体1に作用させる主アクチュエータであり、本発明の姿
勢安定化装置は、これらの構成要素により、運動物体1
の姿勢が制御目標信号発生部2からの制御目標値となる
ように制御することで、運動物体1の姿勢を安定化させ
るものである。
FIG. 1 is a block diagram of the principle of the first invention. In FIG. 1, 1 is a moving object whose posture is to be stabilized, and 2 is a control target value of the posture of the moving object 1. A generated control target signal generator 3 is a posture sensor that detects the posture of the moving object 1, and 4 is a main control logic that generates a control signal based on the deviation of the fed back output value of the posture sensor 3 from the control target value. And 5 are the main control logic unit 4
The posture stabilizing device of the present invention is a main actuator which generates a predetermined torque based on a control signal from the moving object 1 and acts on the moving object 1.
The posture of the moving object 1 is stabilized by controlling so that the posture becomes the control target value from the control target signal generator 2.

【0012】そして、第1の発明では、学習制御部6
が、主制御論理部4に対して並列的にそなえられてい
る。この学習制御部6は、制御目標信号発生部2からの
制御目標値を処理して得られる少なくとも1つの二次的
信号を入力され、その入力信号に対し学習機能アルゴリ
ズムを用いた信号合成操作を施すことにより得られる信
号を、補助制御信号として、主制御論理部4から主アク
チュエータ5に対する制御信号にフィードフォワード的
に印加するものである(請求項1)。このとき、学習制
御部6を、ニューラルネットワークにより構成してもよ
く、この場合、ニューラルネットワークのシナプス結合
荷重の調整を、主制御論理部4からの制御信号に基づい
て行なう(請求項2)。
In the first invention, the learning control section 6
Are provided in parallel to the main control logic unit 4. The learning control unit 6 receives at least one secondary signal obtained by processing the control target value from the control target signal generation unit 2 and performs a signal combining operation using a learning function algorithm on the input signal. The signal obtained by the application is applied as a supplementary control signal from the main control logic unit 4 to the control signal for the main actuator 5 in a feedforward manner (claim 1). At this time, the learning control unit 6 may be configured by a neural network, and in this case, the adjustment of the synaptic connection weight of the neural network is performed based on the control signal from the main control logic unit 4 (claim 2).

【0013】図2は第2の発明の原理ブロック図で、こ
の図2に示すように、第2の発明も図1に示した第1の
発明とほぼ同様に構成されているが(既述と同一の符号
は同一部分を示している)、この第2の発明では、学習
制御部6Aと補助アクチュエータ7とが、主制御論理4
および主アクチュエータ5に対して並列的にそなえられ
ている。
FIG. 2 is a block diagram of the principle of the second invention. As shown in FIG. 2, the second invention has substantially the same structure as that of the first invention shown in FIG. In the second invention, the learning control section 6A and the auxiliary actuator 7 are connected to the main control logic 4 by the same reference numerals.
And the main actuator 5 in parallel.

【0014】ここで、学習制御部6Aは、制御目標信号
発生部2からの制御目標値を処理して得られる少なくと
も1つの二次的信号を入力され、その入力信号に対し学
習機能アルゴリズムを用いた信号合成操作を施すことに
より得られる信号を、補助制御信号として補助アクチュ
エータ7へ出力するものである。また、補助アクチュエ
ータ7は、学習制御部6Aからの補助制御信号に基づい
て所定のトルクを発生し、このトルクを、主アクチュエ
ータ5が発生するトルクにフィードフォワードトルクと
して印加し運動物体1に作用させるものである。
Here, the learning control unit 6A receives at least one secondary signal obtained by processing the control target value from the control target signal generation unit 2, and applies a learning function algorithm to the input signal. The signal obtained by performing the above-described signal combining operation is output to the auxiliary actuator 7 as an auxiliary control signal. Further, the auxiliary actuator 7 generates a predetermined torque based on the auxiliary control signal from the learning control section 6A, and applies this torque to the torque generated by the main actuator 5 as feedforward torque to act on the moving object 1. It is a thing.

【0015】なお、このときも、学習制御部6Aをニュ
ーラルネットワークにより構成してもよく、この場合、
ニューラルネットワークのシナプス結合荷重の調整を、
制御目標信号発生部2からの制御目標値と姿勢センサ3
からの出力値との差である姿勢制御誤差信号に基づいて
行なう(請求項4)。図3は第3の発明の原理ブロック
図で、この図3に示すように、第2の発明も図1に示し
た第1の発明とほぼ同様に構成されており(既述と同一
の符号は同一部分を示している)、この第3の発明で
も、学習制御部6Bが、主制御論理部4に対して並列的
にそなえられているが、この第3の発明の学習制御部6
Bは、制御目標信号発生部2からの制御目標値および姿
勢センサ3の出力値を入力信号とし、その入力信号に対
し学習機能アルゴリズムを用いた信号合成操作を施すこ
とにより得られる信号を、補助制御信号として、主制御
論理部4から主アクチュエータ5に対する制御信号にフ
ィードフォワード的に印加している(請求項5)。
At this time also, the learning control section 6A may be constructed by a neural network. In this case,
Adjust the synaptic connection weight of the neural network,
Control target value from control target signal generator 2 and attitude sensor 3
It is performed based on the attitude control error signal which is the difference from the output value from (Claim 4). FIG. 3 is a block diagram of the principle of the third invention. As shown in FIG. 3, the second invention is also configured almost similarly to the first invention shown in FIG. In the third invention also, the learning control section 6B is provided in parallel with the main control logic section 4, but the learning control section 6 of the third invention is also shown.
B uses the control target value from the control target signal generator 2 and the output value of the attitude sensor 3 as input signals, and supplements the signals obtained by subjecting the input signals to signal combining operation using a learning function algorithm. As a control signal, the control signal from the main control logic unit 4 to the main actuator 5 is applied in a feedforward manner (claim 5).

【0016】なお、このときも、学習制御部6Bをニュ
ーラルネットワークにより構成してもよく、この場合、
ニューラルネットワークのシナプス結合荷重の調整を、
制御目標信号発生部2からの制御目標値と姿勢センサ3
からの出力値との差である姿勢制御誤差信号に基づいて
行なう(請求項6)。上述した第1〜第3の発明の姿勢
安定化装置では、外乱が作用する環境下での運動物体1
の姿勢を安定化させるために、外乱のパラメータや時間
的/周波数的特性等、外乱の構造に関する事前知識や情
報を使用せず、制御目標信号発生部2からの制御目標値
や姿勢センサ3により得られる運動物体1の姿勢角や姿
勢角速度情報と、学習制御部6,6A,6Bの学習機能
アルゴリズムとを用いて、実際に運動物体1に作用して
いる外乱を実時間で適応的に推定する。
At this time also, the learning control section 6B may be constructed by a neural network. In this case,
Adjust the synaptic connection weight of the neural network,
Control target value from control target signal generator 2 and attitude sensor 3
It is performed based on the attitude control error signal, which is the difference from the output value from (6). In the posture stabilizing device of the first to third inventions described above, the moving object 1 under the environment in which the disturbance acts
In order to stabilize the posture of the robot, it is possible to use the control target value from the control target signal generator 2 and the posture sensor 3 without using the prior knowledge or information about the structure of the disturbance such as the parameters of the disturbance and the temporal / frequency characteristics. Using the obtained attitude angle and attitude angular velocity information of the moving object 1 and the learning function algorithm of the learning control units 6, 6A, 6B, the disturbance actually acting on the moving object 1 is adaptively estimated in real time. To do.

【0017】そして、その結果を、主制御論理部4から
主アクチュエータ5に対して出力される制御信号に補助
制御信号としてフィードフォワード的に追加したり(請
求項1,2,5,6)、補助アクチュエータ7により主
アクチュエータ5が発生するトルクにフィードフォワー
ドトルクとして付与し運動物体1に作用させたり(請求
項3,4)することで、未知外乱による運動物体1への
姿勢擾乱効果を実時間で相殺・補償することができる。
Then, the result is added to the control signal output from the main control logic unit 4 to the main actuator 5 as an auxiliary control signal in a feedforward manner (claims 1, 2, 5, 6). The torque generated by the main actuator 5 by the auxiliary actuator 7 is applied as a feedforward torque to act on the moving object 1 (Claims 3 and 4), whereby the posture disturbance effect on the moving object 1 due to an unknown disturbance is generated in real time. Can be offset and compensated with.

【0018】つまり、本発明により、主アクチュエータ
5に作用する外乱や、運動物体1に作用する外乱や、姿
勢センサ3に作用する外乱を、その事前情報を一切用い
ることなく補償することができるのである。
That is, according to the present invention, the disturbance acting on the main actuator 5, the disturbance acting on the moving object 1, and the disturbance acting on the posture sensor 3 can be compensated without using any prior information. is there.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。 (a)第1実施形態の説明 図4は本発明の第1実施形態としての姿勢安定化装置の
制御系全体構成を示すブロック図で、図中、既述の符号
と同一の符号は同一部分を示しているので、その詳細な
説明は省略する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (A) Description of First Embodiment FIG. 4 is a block diagram showing the overall configuration of a control system of a posture stabilizing device as a first embodiment of the present invention. In the figure, the same symbols as those already described are the same parts. , The detailed description thereof will be omitted.

【0020】この第1実施形態は、図1にて前述した第
1の発明に対応するもので、図4に示すように、点線で
囲んだ部分が、本発明により新たに追加された第1実施
形態の特徴的な部分である。この点線領域内に示すよう
に、第1実施形態では、学習制御部6が、主制御論理部
4に対して並列的にそなえられている。第1実施形態で
は、制御目標信号発生部2からの制御目標値R(t) に、
比例,微分,積分の各操作を施して学習制御部6(ニュ
ーロアルゴリズム)への入力信号を合成していてる。こ
こで、比例,微分,積分の各利得定数(比例利得KP,
分利得KD,積分利得KI ) を変えることにより、外乱補
償性能を調整できるようにしている。また、本発明で対
象とする外乱の発生箇所を、図4に外乱1,外乱2,外
乱3として示している。外乱1は、主アクチュエータ5
に作用する外乱であり、外乱2は、運動物体1に作用す
る外乱であり、外乱3は、姿勢センサ3に作用する外乱
である。
This first embodiment corresponds to the first invention described above with reference to FIG. 1, and as shown in FIG. 4, a portion surrounded by a dotted line is a first addition newly added by the present invention. It is a characteristic part of the embodiment. As shown in the dotted line area, the learning control unit 6 is provided in parallel with the main control logic unit 4 in the first embodiment. In the first embodiment, the control target value R (t) from the control target signal generator 2 is
Input signals to the learning control unit 6 (neuro-algorithm) are synthesized by performing operations of proportional, differential and integral. Here, the disturbance compensation performance can be adjusted by changing the gain constants of proportional, differential and integral (proportional gain K P, differential gain K D, integral gain K I ). Further, the locations of the disturbances targeted by the present invention are shown as disturbance 1, disturbance 2, and disturbance 3 in FIG. Disturbance 1 is the main actuator 5
The disturbance 2 is a disturbance acting on the moving object 1, and the disturbance 3 is a disturbance acting on the attitude sensor 3.

【0021】そして、第1実施形態の学習制御部6は、
前述のごとく比例,微分,積分の各操作を施された二次
的信号R1,2,3 を入力され、これらの入力信号R1,
2,3 に対して学習機能アルゴリズムとしてのニュー
ロアルゴリズムを用いた信号合成操作を施すことにより
得られる信号sを、補助制御信号として、主制御論理部
4から主アクチュエータ5に対する制御信号にフィード
フォワード的に印加するものである。
Then, the learning control section 6 of the first embodiment is
The secondary signals R 1, R 2 and R 3 that have been subjected to the proportional, differential and integral operations as described above are input, and these input signals R 1, R 2 and R 3 are input .
A signal s obtained by subjecting R 2 and R 3 to a signal combining operation using a neuro algorithm as a learning function algorithm is fed from the main control logic unit 4 to a control signal for the main actuator 5 as an auxiliary control signal. It is applied in a forward manner.

【0022】このとき、学習制御部6は、例えば図5に
示すようなニューラルネットワークにより構成され、そ
のニューラルネットワークのシナプス結合荷重の調整
を、主制御論理部4からの制御信号εに基づいて行な
う。また、教師信号tとしては、本来は外乱の時間関数
を与えるべきところであるが、未知と仮定しているた
め、ここでは、ゼロを与えている。
At this time, the learning control section 6 is composed of, for example, a neural network as shown in FIG. 5, and adjusts the synapse coupling weight of the neural network based on the control signal ε from the main control logic section 4. . Further, as the teacher signal t, originally, a time function of disturbance should be given, but since it is assumed that it is unknown, zero is given here.

【0023】学習機能アルゴリズムは、時間の経過とと
もに、あるいは動作の回数を重ねるにつれて所望の動作
が達成されるように、ある決められた法則に従ってその
構成要素のパラメータを変化させるアルゴリズムであ
る。本実施形態では、学習機能アルゴリズムとして、汎
用性の高いニューロアルゴリズム(ニューラルネットワ
ーク)を採用した。
The learning function algorithm is an algorithm that changes the parameters of its constituent elements according to a predetermined law so that a desired motion is achieved with the passage of time or as the number of motions increases. In this embodiment, a neuro algorithm (neural network) having high versatility is adopted as the learning function algorithm.

【0024】ニューラルネットワークは、図5に示すよ
うに、多層多数のニューロンをシナプス結合で結合した
もので、第1層の複数の入力関数にそれぞれの重みを付
けて和をとり、その結果を各ニューロンで非線形関数f
で変換するという操作を各層毎に繰り返して出力s(制
御信号)を得る、入力の非線形写像機能をもつものであ
る。
As shown in FIG. 5, the neural network is a combination of a large number of multi-layered neurons by synaptic connection. A plurality of input functions in the first layer are weighted and summed, and the result is Nonlinear function f in neuron
It has an input non-linear mapping function that obtains an output s (control signal) by repeating the operation of converting in each layer.

【0025】今、ある時間信号を教師信号tとしてニュ
ーラルネットワークにこれを学習させるために、ニュー
ラルネットワークの出力信号sと上記教師信号tとの偏
差が時間的に常に減少するように各シナプス結合の重み
を調整してやると、最終的には与えられた入力関数に対
して常に教師信号に近い信号を出力するようになる。こ
の効果が、所謂学習機能である。
Now, in order to make the neural network learn a certain time signal as the teacher signal t, the difference between the output signal s of the neural network and the teacher signal t is always reduced in time so that each synapse connection is made. When the weights are adjusted, a signal close to the teacher signal will always be output for the given input function. This effect is a so-called learning function.

【0026】ニューロアルゴリズムは、中間層のニュー
ロンの数を増加すると任意の教師信号tを近似できるこ
とが知られている。そこで、これを広範囲の外乱に対し
て汎用的にその時間的構造をオンライン学習するために
適用することができる。なお、一般的に運動物体1に作
用する姿勢外乱はその姿勢や角速度に依存することか
ら、第1実施形態では、制御目標値R(t) に線形処理を
施した複数の2次信号R1,2,3 を合成してこれらを
ニューラルネットワーク(学習制御部6)に入力してい
る。また、シナプス結合荷重は、制御された運動物体1
の姿勢角θ(t) ,姿勢角速度等の発生を常に抑制するよ
うに、時間調節を自動的に行なう。
It is known that the neuro algorithm can approximate an arbitrary teacher signal t by increasing the number of neurons in the hidden layer. Therefore, this can be applied to general-purpose online learning of its temporal structure for a wide range of disturbances. Since the posture disturbance acting on the moving object 1 generally depends on the posture and the angular velocity, in the first embodiment, a plurality of secondary signals R 1 obtained by linearly processing the control target value R (t). , R 2 and R 3 are combined and input to the neural network (learning control unit 6). In addition, the synapse coupling load is controlled by the moving object 1
The time is automatically adjusted so as to always suppress the occurrence of the posture angle θ (t), the posture angular velocity, and the like.

【0027】上述のごとく構成された本発明の第1実施
形態では、外乱1〜3が作用する環境下での運動物体1
の姿勢を安定化させるために、外乱1〜3のパラメータ
や時間的/周波数的特性等、外乱1〜3の構造に関する
事前知識や情報を使用せず、制御目標信号発生部2から
の制御目標値R(t) と学習制御部6のニューロアルゴリ
ズムとを用いて、実際に運動物体1に作用している外乱
1〜3が実時間で適応的に推定される。
In the first embodiment of the present invention constructed as described above, the moving object 1 under the environment in which the disturbances 1 to 3 act.
In order to stabilize the posture of the control target, the control target from the control target signal generator 2 is not used without using prior knowledge or information about the structure of the disturbances 1 to 3 such as parameters of the disturbances 1 to 3 and temporal / frequency characteristics. The disturbances 1 to 3 actually acting on the moving object 1 are adaptively estimated in real time using the value R (t) and the neuro algorithm of the learning control unit 6.

【0028】そして、その結果が、主制御論理部4から
主アクチュエータ5に対して出力される制御信号εに補
助制御信号sとしてフィードフォワード的に追加され、
未知外乱による運動物体1への姿勢擾乱効果を、その事
前情報を一切用いることなく実時間で相殺・補償するこ
とができる。このように、本発明の第1実施形態によれ
ば、運動物体1に作用する自然環境外乱または人工的な
外乱を、学習制御部6の学習機能アルゴリズムを用いて
実時間で学習と推定を行ない、その結果を主制御論理部
4が発生するアクチュエータ制御信号εに補助制御信号
sとしてフィードフォワード的に加えることにより、運
動物体1に作用する外乱が姿勢に及ぼす悪影響を相殺
し、高精度に姿勢制御/安定化を行なうことができる。
Then, the result is added to the control signal ε output from the main control logic unit 4 to the main actuator 5 as an auxiliary control signal s in a feedforward manner,
The posture disturbance effect on the moving object 1 due to an unknown disturbance can be offset and compensated in real time without using any prior information. As described above, according to the first embodiment of the present invention, the natural environment disturbance or the artificial disturbance acting on the moving object 1 is learned and estimated in real time by using the learning function algorithm of the learning control unit 6. By adding the result as a feedforward to the actuator control signal ε generated by the main control logic unit 4 as an auxiliary control signal s, the adverse effect of the disturbance acting on the moving object 1 on the posture is offset, and the posture is accurately adjusted. Control / stabilization can be performed.

【0029】特に、学習機能アルゴリズムを用いるの
で、外乱1〜3の力学的特性に関する事前知識を一切用
いることなく、広範囲の外乱に対して適応的に対応する
ことができる。また、従来技術で外乱補償機能を制御則
の設計に取り込もうとすると、そうでない場合に比べ主
制御論理部4そのものが大きな変更を受けるに対して、
本実施形態では、外乱補償機能は専用の学習制御部6の
学習機能アルゴリズムに担わせるので、既存の主制御論
理部4に変更を伴うことなく対応できる利点もある。
In particular, since the learning function algorithm is used, it is possible to adaptively respond to a wide range of disturbances without using any prior knowledge about the mechanical characteristics of the disturbances 1 to 3. Further, when the disturbance compensation function is incorporated into the design of the control law by the conventional technology, the main control logic unit 4 itself undergoes a large change as compared with the case where it is not.
In the present embodiment, since the disturbance compensation function is carried out by the learning function algorithm of the dedicated learning control unit 6, there is also an advantage that the existing main control logic unit 4 can be supported without any change.

【0030】(b)第2実施形態の説明 図6は本発明の第2実施形態としての姿勢安定化装置の
制御系全体構成を示すブロック図で、図中、既述の符号
と同一の符号は同一部分を示しているので、その詳細な
説明は省略する。この第2実施形態は、図2にて前述し
た第2の発明に対応するもので、図6に示すように、点
線で囲んだ部分が、本発明により新たに追加された第2
実施形態の特徴的な部分である。この点線領域内に示す
ように、第2実施形態では、学習制御部6Aおよび補助
アクチュエータ7が、主制御論理部4および主アクチュ
エータ5に対して並列的にそなえられている。
(B) Description of Second Embodiment FIG. 6 is a block diagram showing the overall configuration of a control system of a posture stabilizing device according to a second embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those mentioned above are used. Indicate the same part, and detailed description thereof will be omitted. This second embodiment corresponds to the second invention described above with reference to FIG. 2, and as shown in FIG. 6, a portion surrounded by a dotted line is a second addition newly added by the present invention.
It is a characteristic part of the embodiment. As shown in the dotted line area, in the second embodiment, the learning control unit 6A and the auxiliary actuator 7 are provided in parallel with the main control logic unit 4 and the main actuator 5.

【0031】そして、第2実施形態の学習制御部6A
は、第1実施形態の場合と同様、比例,微分,積分の各
操作を施された二次的信号R1,2,3 を入力され、こ
れらの入力信号R1,2,3 に対して学習機能アルゴリ
ズムとしてのニューロアルゴリズムを用いた信号合成操
作を施すことにより得られる信号sを、補助制御信号と
して補助アクチュエータ7へ出力するものである。ま
た、補助アクチュエータ7は、学習制御部6Aからの補
助制御信号sに基づいて所定のトルクを発生し、このト
ルクを、主アクチュエータ5が発生するトルクにフィー
ドフォワードトルクとして印加し運動物体1に作用させ
るものである。
Then, the learning control section 6A of the second embodiment.
In the same manner as in the first embodiment, the secondary signals R 1, R 2 and R 3 subjected to the operations of proportional, differential and integral are input, and these input signals R 1, R 2 and R are input. A signal s obtained by subjecting 3 to a signal combining operation using a neuro algorithm as a learning function algorithm is output to the auxiliary actuator 7 as an auxiliary control signal. Further, the auxiliary actuator 7 generates a predetermined torque based on the auxiliary control signal s from the learning control unit 6A, applies this torque to the torque generated by the main actuator 5 as feedforward torque, and acts on the moving object 1. It is what makes me.

【0032】このとき、第2実施形態においても、学習
制御部6Aは、例えば図5に示すようなニューラルネッ
トワークによって構成され、そのニューラルネットワー
クのシナプス結合荷重の調整を、制御目標信号発生部2
からの制御目標値R(t) と姿勢センサ3からの出力値と
の差である姿勢制御誤差信号に対して線形フィルタG
(s)の操作(例えば比例および微分の操作)を施した
ものに基づいて行なう。
At this time, also in the second embodiment, the learning control section 6A is constituted by a neural network as shown in FIG. 5, for example, and the control target signal generating section 2 adjusts the synaptic coupling weight of the neural network.
A linear filter G is applied to the attitude control error signal which is the difference between the control target value R (t) from the attitude sensor and the output value from the attitude sensor 3.
It is performed based on the operation (s) (for example, proportional and derivative operations).

【0033】上述のごとく構成された本発明の第2実施
形態によっても、前述した第1実施形態と全く同様の作
用効果を得ることができる。 (c)第3実施形態の説明 図7は本発明の第3実施形態としての姿勢安定化装置の
制御系全体構成を示すブロック図で、図中、既述の符号
と同一の符号は同一部分を示しているので、その詳細な
説明は省略する。
According to the second embodiment of the present invention constructed as described above, it is possible to obtain the same effect as that of the first embodiment. (C) Description of Third Embodiment FIG. 7 is a block diagram showing the overall configuration of a control system of a posture stabilizing device as a third embodiment of the present invention, in which the same reference numerals as those used above denote the same parts. , The detailed description thereof will be omitted.

【0034】この第3実施形態は、図3にて前述した第
3の発明に対応するもので、図7に示すように、点線で
囲んだ部分が、本発明により新たに追加された第3実施
形態の特徴的な部分である。この点線領域内に示すよう
に、第1実施形態と同様、第3実施形態では、学習制御
部6Bが、主制御論理部4に対して並列的にそなえられ
ている。
This third embodiment corresponds to the third invention described above with reference to FIG. 3, and as shown in FIG. 7, a portion surrounded by a dotted line is a third addition newly added by the present invention. It is a characteristic part of the embodiment. As shown in the dotted region, in the third embodiment, the learning control unit 6B is provided in parallel with the main control logic unit 4 as in the first embodiment.

【0035】そして、第3実施形態の学習制御部6B
は、制御目標信号発生部2からの制御目標値R(t) と、
姿勢センサ3の出力値に対して比例,微分の各操作を施
して得られた二次的信号とを入力信号とし、これらの入
力信号R1,2,3 に対して学習機能アルゴリズムとし
てのニューロアルゴリズムを用いた信号合成操作を施す
ことにより得られる信号sを、補助制御信号として、主
制御論理部4から主アクチュエータ5に対する制御信号
にフィードフォワード的に印加するものである。
Then, the learning control section 6B of the third embodiment.
Is the control target value R (t) from the control target signal generator 2,
An input signal is a secondary signal obtained by performing proportional and derivative operations on the output value of the posture sensor 3, and a learning function algorithm is applied to these input signals R 1, R 2 and R 3 . The signal s obtained by performing the signal synthesizing operation using the neuro-algorithm is applied as a supplemental control signal from the main control logic unit 4 to the control signal for the main actuator 5 in a feedforward manner.

【0036】このとき、第3実施形態においても、学習
制御部6Bは例えば図5に示すようなニューラルネット
ワークによって構成されており、そのニューラルネット
ワークのシナプス結合荷重の調整を、制御目標信号発生
部2からの制御目標値R(t)と姿勢センサ3からの出力
値との差である姿勢制御誤差信号に対し所定操作〔G
(s)〕を施したものに基づいて行なう。
At this time, also in the third embodiment, the learning control unit 6B is constituted by a neural network as shown in FIG. 5, for example, and the control target signal generation unit 2 adjusts the synaptic coupling weight of the neural network. A predetermined operation [G] for the attitude control error signal which is the difference between the control target value R (t) from the attitude sensor 3 and the output value from the attitude sensor 3.
(S)] is applied.

【0037】上述のごとく構成された本発明の第3実施
形態によっても、前述した第1実施形態と全く同様の作
用効果を得ることができる。 (d)具体的な適用例とそのシミュレーション結果の説
明 以下に、本発明、特に第1実施形態の作用効果につい
て、より具体的に示すために、計算機シミュレーション
を行なった結果を説明する。
According to the third embodiment of the present invention constructed as described above, it is possible to obtain the same effect as that of the first embodiment. (D) Description of Specific Application Examples and Simulation Results Thereof In the following, the results of computer simulation will be described in order to more specifically show the effects of the present invention, particularly the first embodiment.

【0038】図8は第1実施形態を人工衛星のホイール
制御系へ適用した例を示すブロック図で、この図8で
は、人工衛星のホイールによる定常姿勢制御に第1実施
形態の装置を適用したものが示されている。図8に示す
姿勢安定化装置は、運動物体としての人工衛星(衛星ダ
イナミックス)11の姿勢を安定化させるためのもの
で、制御目標信号発生部12,姿勢センサ13,姿勢制
御論理部14,リアクションホイール15および学習制
御部16から構成されている。これらの符号12〜16
で示す構成要素は、それぞれ、第1実施形態(図4)の
制御目標信号発生部2,姿勢センサ3,姿勢制御論理部
4,主アクチュエータ5および学習制御部6に対応して
いる。
FIG. 8 is a block diagram showing an example in which the first embodiment is applied to a wheel control system of an artificial satellite. In this FIG. 8, the apparatus of the first embodiment is applied to the steady attitude control by the wheel of the artificial satellite. Things are shown. The attitude stabilizing device shown in FIG. 8 is for stabilizing the attitude of an artificial satellite (satellite dynamics) 11 as a moving object, and includes a control target signal generator 12, an attitude sensor 13, an attitude control logic unit 14, It is composed of a reaction wheel 15 and a learning control unit 16. These codes 12 to 16
The components indicated by are corresponding to the control target signal generation unit 2, the posture sensor 3, the posture control logic unit 4, the main actuator 5, and the learning control unit 6 of the first embodiment (FIG. 4), respectively.

【0039】そして、図9(a)〜(c)は図8に示す
適用例のシミュレーション結果を示すグラフで、図9
(a)は、人工衛星11に作用する例えば軌道周期の外
乱トルクを示し、図9(b)は、外乱補償措置を採らな
い場合の人工衛星11の姿勢角応答を示し、図9(c)
は、図8に示す装置による外乱補償を行なった場合の人
工衛星11の姿勢角応答を示している。
9A to 9C are graphs showing simulation results of the application example shown in FIG.
(A) shows the disturbance torque of an orbital period which acts on the artificial satellite 11, FIG.9 (b) shows the attitude angle response of the artificial satellite 11 when a disturbance compensation measure is not taken, FIG.9 (c)
8 shows the attitude angle response of the artificial satellite 11 when the disturbance compensation is performed by the device shown in FIG.

【0040】この図9(b)と図9(c)とを比較して
も明らかなように、図9(a)に示すような外乱トルク
が作用した場合、図8に示す装置による外乱補償を行な
うことにより、定常的姿勢安定化が達成されていること
が分かる。また、図10は第1実施形態を人工衛星のス
ラスタ制御系へ適用した例を示すブロック図で、この図
10に示す姿勢安定化装置は、図8に示したものと同
様、運動物体としての人工衛星(衛星ダイナミックス)
11の姿勢を安定化させるためのもので、制御目標信号
発生部12,姿勢センサ13,姿勢制御論理部14,ス
ラスタ15Aおよび学習制御部16から構成されてい
る。
As is clear from a comparison between FIGS. 9B and 9C, when the disturbance torque as shown in FIG. 9A acts, the disturbance compensation by the device shown in FIG. 8 is performed. It can be seen that steady posture stabilization is achieved by performing. 10 is a block diagram showing an example in which the first embodiment is applied to a thruster control system of an artificial satellite. The attitude stabilizing device shown in FIG. 10 has a structure similar to that shown in FIG. Artificial satellite (satellite dynamics)
It is for stabilizing the posture of 11, and is composed of a control target signal generating unit 12, a posture sensor 13, a posture control logic unit 14, a thruster 15A and a learning control unit 16.

【0041】これらの符号12〜16で示す構成要素
も、それぞれ、第1実施形態(図4)の制御目標信号発
生部2,姿勢センサ3,姿勢制御論理部4,主アクチュ
エータ5および学習制御部6に対応している。なお、ス
ラスタ15Aは、所定のスラスタ変調則に従って制御さ
れる。そして、図11(a)〜(c)は図10に示す適
用例のシミュレーション結果を示すグラフである。ここ
では、図11(a)に示すように、例えば軌道制御推力
の重心オフセットにより、人工衛星11に対してステッ
プ状の擾乱トルクが作用したものと想定する。
The components indicated by the reference numerals 12 to 16 are also respectively included in the control target signal generator 2, the attitude sensor 3, the attitude control logic unit 4, the main actuator 5 and the learning controller of the first embodiment (FIG. 4). It corresponds to 6. The thruster 15A is controlled according to a predetermined thruster modulation rule. 11A to 11C are graphs showing simulation results of the application example shown in FIG. Here, as shown in FIG. 11A, it is assumed that a stepwise disturbance torque acts on the artificial satellite 11 due to, for example, the center of gravity offset of the orbit control thrust.

【0042】図11(b)は、外乱補償措置を採らない
場合の人工衛星11の姿勢角応答を示し、図11(c)
は、図10に示す装置による外乱補償を行なった場合の
人工衛星11の姿勢角応答を示している。この図11
(b)と図11(c)とを比較しても明らかなように、
図11(a)に示すような外乱トルクが作用した場合、
図10に示す装置による外乱補償を行なうことにより、
速やかな姿勢安定化が達成されていることが分かる。
FIG. 11B shows the attitude angle response of the artificial satellite 11 when no disturbance compensation measure is taken, and FIG.
10 shows the attitude angle response of the artificial satellite 11 when the disturbance compensation is performed by the device shown in FIG. This FIG.
As is clear from a comparison between (b) and FIG. 11 (c),
When a disturbance torque as shown in FIG. 11 (a) acts,
By performing the disturbance compensation by the device shown in FIG.
It can be seen that quick posture stabilization has been achieved.

【0043】さて、図12(a),(b)は人工衛星搭
載のマニピュレータアームによる負荷移動の例を示す図
で、ここで示す例では、人工衛星11に搭載した2リン
ク型のマニピュレータアーム20が負荷21を把持しな
がら各関節を動かし、図12(a)に示す状態と図12
(b)に示す状態とを交互に周期的に繰り返した場合を
想定している。スラスタ制御系は、図10に示すものと
同じものを用いる。
12 (a) and 12 (b) are diagrams showing an example of load movement by the manipulator arm mounted on the artificial satellite. In the example shown here, the two-link type manipulator arm 20 mounted on the artificial satellite 11 is used. Moves each joint while gripping the load 21, and the state shown in FIG.
It is assumed that the state shown in (b) is alternately repeated periodically. The same thruster control system as that shown in FIG. 10 is used.

【0044】通常、このような場合、各関節の角度と角
速度、負荷21やマニピュレータアーム20の各リンク
の質量,慣性モーメント,重心位置等の情報に基づいて
衛星本体に作用する外乱トルクや外乱角運動量を計算
し、それを用いてフィードフォワード補償を行なってい
る。しかし、ここでは、本発明の有効性と汎用性を強調
するため、これらの情報を一切使用せず、学習制御部1
6のニューロアルゴリズムにより未知外乱の補償を行な
わせた。
Normally, in such a case, the disturbance torque or disturbance angle acting on the satellite body is calculated based on the information such as the angle and angular velocity of each joint, the load 21, the mass of each link of the manipulator arm 20, the moment of inertia, the position of the center of gravity, and the like. We calculate the momentum and use it to perform feedforward compensation. However, here, in order to emphasize the effectiveness and versatility of the present invention, the learning control unit 1 is not used at all.
The unknown disturbance was compensated by the neuro algorithm of No. 6.

【0045】図13(a)〜(c)はそのシミュレーシ
ョン結果を示すグラフで、図13(a)は、マニピュレ
ータアーム20の運動により発生する外乱角運動量を示
し、図13(b)は、外乱補償措置を採らない場合の衛
星本体の応答を示し、図13(c)は、図10に示す装
置による外乱補償を行なった場合の衛星本体の応答を示
している。
13 (a) to 13 (c) are graphs showing the simulation results, FIG. 13 (a) shows the disturbance angular momentum generated by the movement of the manipulator arm 20, and FIG. 13 (b) shows the disturbance. FIG. 13C shows the response of the satellite body when no compensation measure is taken, and FIG. 13C shows the response of the satellite body when the disturbance compensation is performed by the device shown in FIG.

【0046】この図13(b)と図13(c)とを比較
しても明らかなように、図13(a)に示すような外乱
角運動量が発生した場合も、図10に示す装置による外
乱補償を行なうことにより、速やか且つ定常的な姿勢安
定化が達成されていることが分かる。この場合、外乱の
発生原因を未知として外乱推定オブザーバやカルマンフ
ィルタを用いても、外乱が単純な動力学モデルでは表現
できないため、それをうまく推定/補償することは困難
と予想される。一方、学習制御部16の学習機能アルゴ
リズム(ニューロアルゴリズム)を使用すれば、適応的
に補償できていることが、図13(c)の結果から明確
である。
As is apparent from a comparison between FIGS. 13B and 13C, even when the disturbance angular momentum as shown in FIG. 13A occurs, the apparatus shown in FIG. It can be seen that quick and steady posture stabilization is achieved by performing the disturbance compensation. In this case, even if a disturbance estimation observer or a Kalman filter is used with the cause of the disturbance unknown and the disturbance cannot be represented by a simple dynamic model, it is expected to be difficult to estimate / compensate it well. On the other hand, it is clear from the result of FIG. 13C that adaptive compensation can be performed by using the learning function algorithm (neuro algorithm) of the learning control unit 16.

【0047】(e)その他 なお、上述した各実施形態では、学習機能アルゴリズム
としてニューロアルゴリズムを用いた場合について説明
しているが、本発明は、これに限定されるものではな
い。また、上述した各実施形態や各適用例では、本発明
を人工衛星の姿勢制御/安定化に適用した場合について
説明しているが、本発明は、これに限定されるものでは
なく、宇宙船,船舶,潜水艦,航空機等の各種運動物体
の姿勢制御/安定化に適用することがで、いずれの場合
も、上述した各実施形態や各適用例と同様の作用効果を
得ることができる。
(E) Others In each of the above-described embodiments, the case where the neuro algorithm is used as the learning function algorithm has been described, but the present invention is not limited to this. Further, in each of the embodiments and application examples described above, the case where the present invention is applied to the attitude control / stabilization of an artificial satellite is described, but the present invention is not limited to this, and the spacecraft is not limited thereto. The present invention can be applied to attitude control / stabilization of various moving objects such as ships, submarines, and aircrafts, and in any case, the same operational effects as those of the above-described embodiments and application examples can be obtained.

【0048】さらに、上述した各適用例では、第1実施
形態についてのみ説明しているが、第2実施形態や第3
実施形態についても同様に適用され、同様の結果が得ら
れることは言うまでもない。
Further, in each of the application examples described above, only the first embodiment is described, but the second embodiment and the third embodiment.
It goes without saying that the same applies to the embodiments and similar results can be obtained.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の姿勢安定
化装置によれば、運動物体に作用している未知の姿勢外
乱の影響を実時間で学習しそれを補償することができ、
従来技術に比べて適応性,汎用性に優れており、運動物
体の姿勢の乱れの原因である外乱に関する知識や情報が
全く無い場合でも、運動物体の高精度の姿勢制御/安定
化を達成できる効果がある。
As described in detail above, according to the posture stabilizing device of the present invention, the influence of an unknown posture disturbance acting on a moving object can be learned in real time and compensated for,
It excels in adaptability and versatility as compared with the conventional technology, and can achieve highly accurate posture control / stabilization of a moving object even if there is no knowledge or information about the disturbance that causes the disturbance of the posture of the moving object. effective.

【0050】また、従来技術で外乱補償機能を制御則の
設計に取り込もうとすると、そうでない場合に比べ主制
御論理部そのものが大きな変更を受けるに対して、本発
明では、外乱補償機能は専用の学習制御部の学習機能ア
ルゴリズムに担わせるので、既存の主制御論理部に変更
を伴うことなく対応できるという効果もある。
Further, when the disturbance compensation function is incorporated into the design of the control law in the prior art, the main control logic unit itself undergoes a large change as compared with the case where it is not, whereas in the present invention, the disturbance compensation function is dedicated. Since it is assigned to the learning function algorithm of the learning control unit, there is an effect that the existing main control logic unit can be dealt with without any change.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1の発明の原理ブロック図である。FIG. 1 is a principle block diagram of the first invention.

【図2】第2の発明の原理ブロック図である。FIG. 2 is a principle block diagram of the second invention.

【図3】第3の発明の原理ブロック図である。FIG. 3 is a principle block diagram of the third invention.

【図4】本発明の第1実施形態としての姿勢安定化装置
の制御系全体構成を示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing an overall configuration of a control system of the posture stabilizing device as the first embodiment of the present invention.

【図5】ニューロアルゴリズムを説明するための図であ
る。
FIG. 5 is a diagram for explaining a neuro algorithm.

【図6】本発明の第2実施形態としての姿勢安定化装置
の制御系全体構成を示すブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram showing an overall configuration of a control system of a posture stabilizing device as a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3実施形態としての姿勢安定化装置
の制御系全体構成を示すブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram showing the overall configuration of a control system of a posture stabilizing device as a third embodiment of the present invention.

【図8】第1実施形態を人工衛星のホイール制御系へ適
用した例を示すブロック図である。
FIG. 8 is a block diagram showing an example in which the first embodiment is applied to a wheel control system of an artificial satellite.

【図9】(a)〜(c)は図8に示す適用例のシミュレ
ーション結果を示すグラフである。
9A to 9C are graphs showing simulation results of the application example shown in FIG.

【図10】第1実施形態を人工衛星のスラスタ制御系へ
適用した例を示すブロック図である。
FIG. 10 is a block diagram showing an example in which the first embodiment is applied to a thruster control system of an artificial satellite.

【図11】(a)〜(c)は図10に示す適用例のシミ
ュレーション結果を示すグラフである。
11A to 11C are graphs showing simulation results of the application example shown in FIG.

【図12】(a),(b)は人工衛星搭載のマニピュレ
ータアームによる負荷移動の例を示す図である。
12 (a) and 12 (b) are diagrams showing an example of load movement by a manipulator arm mounted on an artificial satellite.

【図13】(a)〜(c)は図12に示す適用例につい
て第1実施形態を適用した場合のシミュレーション結果
を示すグラフである。
13A to 13C are graphs showing simulation results when the first embodiment is applied to the application example shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 運動物体 2 制御目標信号発生部 3 姿勢センサ 4 主制御論理部 5 主アクチュエータ 6,6A,6B 学習制御部 7 補助アクチュエータ 11 人工衛星(衛星ダイナミックス,運動物体) 12 制御目標信号発生部 13 姿勢センサ 14 姿勢制御論理部 15 リアクションホイール(主アクチュエータ) 15A スラスタ(主アクチュエータ) 16 学習制御部(学習機能アルゴリズム) 20 マニピュレータアーム 21 負荷 1 Moving Object 2 Control Target Signal Generator 3 Attitude Sensor 4 Main Control Logic 5 Main Actuator 6, 6A, 6B Learning Controller 7 Auxiliary Actuator 11 Artificial Satellite (Satellite Dynamics, Moving Object) 12 Control Target Signal Generator 13 Attitude Sensor 14 Attitude control logic unit 15 Reaction wheel (main actuator) 15A Thruster (main actuator) 16 Learning control unit (learning function algorithm) 20 Manipulator arm 21 Load

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G05D 1/08 G05D 1/08 A ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location G05D 1/08 G05D 1/08 A

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 運動物体の姿勢の制御目標値を発生する
制御目標信号発生部と、 該運動物体の姿勢を検出する姿勢センサと、 フィードバックされた姿勢センサの出力値の前記制御目
標値からの偏差に基づいて制御信号を発生する主制御論
理部と、 該主制御論理部からの制御信号に基づいて所定のトルク
を発生し該運動物体に作用させる主アクチュエータとを
そなえ、 該運動物体の姿勢が前記制御目標値となるように制御す
ることにより、該運動物体の姿勢を安定化させる姿勢安
定化装置において、 前記制御目標値を処理して得られる少なくとも1つの二
次的信号を入力され、その入力信号に対し学習機能アル
ゴリズムを用いた信号合成操作を施すことにより得られ
る信号を、補助制御信号として、該主制御論理部から該
主アクチュエータに対する制御信号にフィードフォワー
ド的に印加する学習制御部が、該主制御論理部に対して
並列的にそなえられていることを特徴とする、姿勢安定
化装置。
1. A control target signal generator for generating a control target value of the posture of a moving object, a posture sensor for detecting the posture of the moving object, and a feedback target output value of the posture sensor from the control target value. A main control logic unit that generates a control signal based on the deviation, and a main actuator that generates a predetermined torque based on the control signal from the main control logic unit and acts on the moving object By controlling so as to be the control target value, in a posture stabilizing device for stabilizing the posture of the moving object, at least one secondary signal obtained by processing the control target value is input, A signal obtained by subjecting the input signal to a signal combining operation using a learning function algorithm is used as an auxiliary control signal from the main control logic unit to the main actuator. Learning control unit for applying a feedforward manner to a control signal to, characterized in that are provided in parallel with respect to the main control logic unit, posture stabilization system.
【請求項2】 該学習制御部をニューラルネットワーク
により構成し、該ニューラルネットワークのシナプス結
合荷重の調整を、該主制御論理部からの制御信号に基づ
いて行なうことを特徴とする、請求項1記載の姿勢安定
化装置。
2. The learning control unit is configured by a neural network, and the adjustment of the synaptic connection weight of the neural network is performed based on a control signal from the main control logic unit. Posture stabilization device.
【請求項3】 運動物体の姿勢の制御目標値を発生する
制御目標信号発生部と、 該運動物体の姿勢を検出する姿勢センサと、 フィードバックされた姿勢センサの出力値の前記制御目
標値からの偏差に基づいて制御信号を発生する主制御論
理部と、 該主制御論理部からの制御信号に基づいて所定のトルク
を発生し該運動物体に作用させる主アクチュエータとを
そなえ、 該運動物体の姿勢が前記制御目標値となるように制御す
ることにより、該運動物体の姿勢を安定化させる姿勢安
定化装置において、 前記制御目標値を処理して得られる少なくとも1つの二
次的信号を入力され、その入力信号に対し学習機能アル
ゴリズムを用いた信号合成操作を施すことにより得られ
る信号を、補助制御信号として出力する学習制御部と、 該学習制御部からの補助制御信号に基づいて所定のトル
クを発生し、このトルクを、該主アクチュエータが発生
するトルクにフィードフォワードトルクとして印加し該
運動物体に作用させる補助アクチュエータとが、前記の
主制御論理部および主アクチュエータに対して並列的に
そなえられていることを特徴とする、姿勢安定化装置。
3. A control target signal generator for generating a control target value of the posture of a moving object, a posture sensor for detecting the posture of the moving object, and a feedback target output value of the posture sensor from the control target value. A main control logic unit that generates a control signal based on the deviation, and a main actuator that generates a predetermined torque based on the control signal from the main control logic unit and acts on the moving object By controlling so as to be the control target value, in a posture stabilizing device for stabilizing the posture of the moving object, at least one secondary signal obtained by processing the control target value is input, A learning control unit that outputs a signal obtained by performing a signal combining operation using a learning function algorithm on the input signal, and a learning control unit from the learning control unit. An auxiliary actuator that generates a predetermined torque based on the auxiliary control signal and applies this torque as a feedforward torque to the torque generated by the main actuator to act on the moving object is the main control logic unit and the main control unit. An attitude stabilizing device, which is provided in parallel with an actuator.
【請求項4】 該学習制御部をニューラルネットワーク
により構成し、該ニューラルネットワークのシナプス結
合荷重の調整を、前記制御目標値と該姿勢センサからの
出力値との差である姿勢制御誤差信号に基づいて行なう
ことを特徴とする、請求項3記載の姿勢安定化装置。
4. The learning control unit is configured by a neural network, and the adjustment of the synapse coupling load of the neural network is adjusted based on a posture control error signal which is a difference between the control target value and an output value from the posture sensor. The posture stabilizing device according to claim 3, wherein the posture stabilizing device is performed as follows.
【請求項5】 運動物体の姿勢の制御目標値を発生する
制御目標信号発生部と、 該運動物体の姿勢を検出する姿勢センサと、 フィードバックされた姿勢センサの出力値の前記制御目
標値からの偏差に基づいて制御信号を発生する主制御論
理部と、 該主制御論理部からの制御信号に基づいて所定のトルク
を発生し該運動物体に作用させる主アクチュエータとを
そなえ、 該運動物体の姿勢が前記制御目標値となるように制御す
ることにより、該運動物体の姿勢を安定化させる姿勢安
定化装置において、 前記制御目標値および該姿勢センサの出力値を入力信号
とし、その入力信号に対し学習機能アルゴリズムを用い
た信号合成操作を施すことにより得られる信号を、補助
制御信号として、該主制御論理部から該主アクチュエー
タに対する制御信号にフィードフォワード的に印加する
学習制御部が、該主制御論理部に対して並列的にそなえ
られていることを特徴とする、姿勢安定化装置。
5. A control target signal generation unit for generating a control target value of the posture of a moving object, a posture sensor for detecting the posture of the moving object, and a feedback target output value of the posture sensor from the control target value. A main control logic unit that generates a control signal based on the deviation, and a main actuator that generates a predetermined torque based on the control signal from the main control logic unit and acts on the moving object In the posture stabilizing device for stabilizing the posture of the moving object by controlling so that the control target value becomes the control target value, the control target value and the output value of the posture sensor are input signals, and A signal obtained by performing a signal synthesizing operation using a learning function algorithm is used as an auxiliary control signal from the main control logic unit to the main actuator. Learning control unit for applying a feed-forward manner, characterized in that are provided in parallel with respect to the main control logic unit, posture stabilization system.
【請求項6】 該学習制御部をニューラルネットワーク
により構成し、該ニューラルネットワークのシナプス結
合荷重の調整を、前記制御目標値と該姿勢センサからの
出力値との差である姿勢制御誤差信号に基づいて行なう
ことを特徴とする、請求項5記載の姿勢安定化装置。
6. The learning control unit is configured by a neural network, and the adjustment of the synapse coupling load of the neural network is adjusted based on a posture control error signal which is a difference between the control target value and an output value from the posture sensor. The posture stabilizing device according to claim 5, wherein the posture stabilizing device is performed as follows.
JP7260542A 1995-10-06 1995-10-06 Posture stabilization device Withdrawn JPH09101822A (en)

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