A Study on Generation of Deformed Route Maps using Octilinear Grid
Ppt minagawa
1. PID制御に基づく屋内飛行船ロボットの
飛行制御システムの開発
- Indoor Balloon Robot Control System based on PID controller -
複合情報学専攻 複雑系工学講座
調和系工学研究室 修士二年 皆川 良弘
Harmonious Systems Engineering Lab.
2. 背景
屋内飛行船ロボット
Balloon Hardware Device
T-Engine System
CPU : M32104 (216 MHz)
SDRAM :16MB
Input Signal Control Signal
・高さ:80cm
・直径:94cm Camera Sensor Propellers
160 ×144 [pixel] y
θ
z
y x
x
z
位置の取得[Kadota,2004]: x(t),y(t), z(t), θ(t)
3m×3m 速度の取得: vx ( t ), vy ( t ), vz ( t ), (t )
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4. 動作設計
飛行船ロボットの状態量:
S (t ) ( x ( t ), y ( t ), z ( t ), ( t ), vx ( t ), vy ( t ), vz ( t ), ( t ))
三次元座標 角度 各軸の速度 角速度
飛行中の全状態量を
指定することは困難
A
B
Harmonious Systems Engineering Lab.
5. 動作設計
( A i , SA i )
実行可能な飛行単位に分割
A ( A i , SA i )
B
継続時間
目標状態量: A i ( ox i , oy i , oz i , o i , ovx i , ovy i , ovz i , o i) : oct i , ocr i
終了条件を規定: SA i ( sx i , sy i , sz i , s i , svx i , svy i , svz i , s i) 回転回数
終了条件
* :目標値を指定しない
ox i
given :目標値を指定する | S (t ) A i | SA i
Harmonious Systems Engineering Lab.
7. 目標状態量への制御
制御軸−X軸、Y軸、Z軸、θ軸
目標速度
X軸: ( ox i , ovx i ) evx ( t )
位置・速度の制御は evy ( t )
Y軸: ( oy i , ovy i )
Z軸: ( oz i , ovz ) 速度の制御に集約可能 evz ( t )
i
Θ軸: ( o i ,o i ) e (t )
目標速度の計算:X軸
0 .0 oxi *, ovxi *
x ( x (t ) ox i ) oxi given , ovx i *
evx (t )
ovx i oxi *, ovxi given
max( x ( x (t ) ox i ), ovx i ) oxi given , ovx i given
α:比例定数
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8. PID制御
飛行船ロボットの研究に広く利用 [Kawamura,2005],[鈴木,2006]
d x (t ) d x (t T) y
X軸 : mx (t ) KPx d x (t ) KI x d x (t ) KDx x1
T Y
d y (t ) d y (t T) 2
Y軸 : m y (t ) KPy d y (t ) KI y d y (t ) KDy 4
T 3
d (t ) d z (t T)
Z軸 : mz (t ) KPz d z (t ) KI z d z (t ) KDz z
T X
d (t ) d (t T)
Θ軸 : m (t ) KP d (t ) KI d (t ) KD
T Z
m(t) : プロペラ推力 KP : Propotiona l gain
d(t) : v (t ) ev (t ),目標速度との偏差 KI : Integral gain
ΔT : サンプリング時間 ( 0.3[sec]) KD : Derivative gain
5 6 Y
プロペラ出力
m1 (t ) m y (t ) m (t ) m 2 (t ) m x (t ) m (t ) m 5 (t ) m z (t )
m 3 (t ) m y (t ) m (t ) m 4 (t ) m x (t ) m (t ) m 6 (t ) m z (t )
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10. 結果
PID制御パラメータのチューニング e
T
( v (t ) ev (t )) 2
目標速度への追従性に関する指標 t 1
ステップ応答法により計算されたパラメータを基にチューニング
ex ey ez e e (ex , e y , ez , e )
パラメータ設定1 141388.1 138857.3 62518.1 30.23 最適パラメータ
パラメータ設定2 84163.3 86860.8 36390.5 26.08
X軸 Y軸 Z軸 Θ軸
パラメータ設定3 77961.8 87239.4 58574.1 26.77
KP 0.8 0.8 1.2 10.0
パラメータ設定4 83201.1 91771.9 55488.3 31.46 KI 0.01 0.01 0.2 0.3
パラメータ設定5 79597.3 83620.2 44229.0 28.03 KD 0.5 0.5 0.5 3.0
目標状態量に到達したときの時間:5回平均
平均:40.7[sec]、標準偏差:13.9
安定して目標状態量を達成
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