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Precision Pilot Model

精密パイロットモデルを表現する

ライブラリ:
Aerospace Blockset / Pilot Models

説明

Precision Pilot Model ブロックは、人間のパイロット行動の数学的モデル [1] で説明されているパイロットモデルを表します。このパイロットモデルは、航空機を制御する際の人間の行動のいくつかの側面を表す単一入力単一出力 (SISO) モデルです。人間のパイロットモデルをモデリングする場合、Tustin Pilot Model ブロックと Crossover Pilot Model ブロックよりも高い精度を得るためにこのブロックを使用します。

このブロックは非線形動作をします。ブロックを線形化する場合 (たとえば、linmod 関数のいずれかを使用)、Pade 近似の順序を変更する必要がある場合があります。Precision Pilot Model ブロックの実装には、Pade order (for linearization) パラメータがデフォルトで 2 に設定された Transport Delay ブロックが組み込まれています。この値を変更するには、set_param 関数を使用します。例:

set_param(gcb,'pade','3')

このブロックは、Crossover Pilot Model ブロックの拡張です。これは、アルゴリズムで説明されている方程式を実装します。

端子

入力

すべて展開する

x com — 信号コマンド
スカラー

パイロットモデルが制御する信号コマンド。スカラーとして指定されます。

データ型: double

x — パイロットによる信号制御
スカラー

パイロットモデルが制御する信号。スカラーとして指定します。

データ型: double

出力

すべて展開する

u — 航空機の指揮
スカラー

航空機コマンド。スカラーとして返されます。

データ型: double

パラメーター

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Type of control — 航空機の動力学制御
`Proportional` (既定値) | `Rate or velocity` | `加速度` | `Second order`

航空機の動力学制御。これらの値に応じてイコライザーの形状が変化します。詳細については、[2]を参照してください。決定を下す際の参考として、この表にオプションと関連するダイナミクスを示します。

オプション（制御要素伝達関数）	制御要素の伝達関数 (Y_c)	パイロットの伝達関数 (Y_p)
比例 (プロポーショナル)	$K_{c}$	ラグリード、T_I >> T_L
速度または速度	$\frac{K_{c}}{s}$	1
加速度	$\frac{K_{c}}{s^{2}}$	リードラグ、T_L >> T_I
2番目の注文	$\frac{K_{c} ω_{n}^{2}}{s^{2} + 2 ζ ω_{n} s + ω_{n}^{2}}$	ω _m << 2/τ の場合は進み遅れ。ラグリード if ω _m >> 2/τ。

この表は、制御オプションのリストで使用される変数を定義します。

可変	説明
か _c	航空機のゲイン。
T_I	遅延定数。
T_L	リード定数。
ζ	航空機の減衰比。
ω _n	航空機の固有振動数。

プログラムでの使用

ブロックパラメーター: sw_popup

型: 文字ベクトル

値: 'Proportion' | 'Rate or velocity' | 'Acceleration' | 'Second order'

既定の設定: 'Proportion'

Pilot gain — パイロットゲイン
`1` (既定値) | スカラー

パイロットゲイン。double スカラーとして指定されます。

プログラムでの使用

ブロックパラメーター: Kp

型: 文字ベクトル

値: double スカラー

既定の設定: '1'

Pilot time delay(s) — パイロット時間遅延
`0.1` (既定値) | スカラー

合計パイロット時間遅延。秒単位で double スカラーとして指定されます。この値は通常 0.1 秒から 0.2 秒の範囲です。

プログラムでの使用

ブロックパラメーター: time_delay

型: 文字ベクトル

値: double スカラー

既定の設定: '0.1'

Equalizer lead constant — イコライザーリード定数
`1` (既定値) | スカラー

イコライザーリード定数。double スカラーとして指定されます。

依存関係

このパラメータを有効にするには、Type of control を Proportional、Acceleration、または Second order に設定します。

プログラムでの使用

ブロックパラメーター: TL

型: 文字ベクトル

値: double スカラー

既定の設定: '1'

Equalizer lag constant — イコライザーラグ定数
`5` (既定値) | スカラー

イコライザーの遅延定数。double スカラーとして指定されます。

依存関係

このパラメータを有効にするには、Type of control を Proportional、Acceleration、または Second order に設定します。

プログラムでの使用

ブロックパラメーター: TI

型: 文字ベクトル

値: double スカラー

既定の設定: '5'

Lag constant for neuromuscular system — 遅延定数
`0.1` (既定値) | スカラー

神経筋システムの遅延定数。double スカラーとして指定されます。

プログラムでの使用

ブロックパラメーター: TN1

型: 文字ベクトル

値: double スカラー

既定の設定: 0.1

Undamped natural frequency neuromuscular system (rad/s) — 減衰のない固有振動数
`20` (既定値) | スカラー

神経筋系の非減衰固有周波数。rad/s 単位で二重スカラーとして指定されます。

プログラムでの使用

ブロックパラメーター: nat_freq

型: 文字ベクトル

値: double スカラー

既定の設定: 20

Damping neuromuscular system — 神経筋系の減衰
`0.7` (既定値) | スカラー

減衰神経筋システム。二重スカラーとして指定されます。

プログラムでの使用

ブロックパラメーター: damp

型: 文字ベクトル

値: double スカラー

既定の設定: 0.7

Controlled element undamped natural frequency (rad/s) — 制御要素の非減衰固有振動数
`15` (既定値) | スカラー

制御要素の非減衰固有振動数。rad/s 単位の二重スカラーとして指定されます。

依存関係

このパラメータを有効にするには、Type of control を Second order に設定します。

プログラムでの使用

ブロックパラメーター: omega_m

型: 文字ベクトル

値: double スカラー

既定の設定: 15

アルゴリズム

このブロックは、モデルを計算する際に、パイロットの神経筋のダイナミクスも考慮します。このブロックは次の式を実装します。

$Y_{p} = K_{p} e^{- τ s} (\frac{T_{L} s + 1}{T_{I} s + 1})) [\frac{1}{(T_{N 1} s + 1) (\frac{s^{2}}{ω_{N}^{2}} + \frac{2 ζ_{N}}{ω_{N}} s + 1)}],$

ここで、

可変	説明
K _p	パイロットゲイン。
τ	パイロットの遅延時間。
T _L	イコライザー項の時間進み定数。
T _I	時間遅れ定数。
T _N1	神経筋系の時間定数。
ω _N	神経筋システムの非減衰周波数。
ζ _N	神経筋系の減衰比。

人間の固有振動数と減衰率のサンプル値は、それぞれ 20 rad/s と 0.7 です。リードラグ項を含む項はイコライザー形式です。この形式は制御対象システムの特性に応じて変化します。モデルの一貫した動作は、クロスオーバー周波数以外のさまざまな周波数範囲で発生する可能性があります。

参照

[1] McRuer, D. T., Krendel, E., Mathematical Models of Human Pilot Behavior. Advisory Group on Aerospace Research and Development AGARDograph 188, Jan. 1974.

[2] McRuer, D. T., Graham, D., Krendel, E., and Reisener, W., Human Pilot Dynamics in Compensatory Systems. Air Force Flight Dynamics Lab. AFFDL-65-15. 1965.

拡張機能

すべて展開する

C/C++ コード生成
Simulink® Coder™ を使用して C および C++ コードを生成します。

バージョン履歴

R2012b で導入

参考

Crossover Pilot Model | Tustin Pilot Model | Transport Delay | linmod

Precision Pilot Model

説明

端子

入力

x com — 信号コマンド スカラー

x — パイロットによる信号制御 スカラー

出力

u — 航空機の指揮 スカラー

パラメーター

Type of control — 航空機の動力学制御 Proportional (既定値) | Rate or velocity | 加速度 | Second order

プログラムでの使用

Pilot gain — パイロットゲイン 1 (既定値) | スカラー

プログラムでの使用

Pilot time delay(s) — パイロット時間遅延 0.1 (既定値) | スカラー

プログラムでの使用

Equalizer lead constant — イコライザーリード定数 1 (既定値) | スカラー

依存関係

プログラムでの使用

Equalizer lag constant — イコライザーラグ定数 5 (既定値) | スカラー

依存関係

プログラムでの使用

Lag constant for neuromuscular system — 遅延定数 0.1 (既定値) | スカラー

プログラムでの使用

Undamped natural frequency neuromuscular system (rad/s) — 減衰のない固有振動数 20 (既定値) | スカラー

プログラムでの使用

Damping neuromuscular system — 神経筋系の減衰 0.7 (既定値) | スカラー

プログラムでの使用

Controlled element undamped natural frequency (rad/s) — 制御要素の非減衰固有振動数 15 (既定値) | スカラー

依存関係

プログラムでの使用

アルゴリズム

参照

拡張機能

C/C++ コード生成 Simulink® Coder™ を使用して C および C++ コードを生成します。

バージョン履歴

参考

x com — 信号コマンド
スカラー

x — パイロットによる信号制御
スカラー

u — 航空機の指揮
スカラー

Type of control — 航空機の動力学制御
`Proportional` (既定値) | `Rate or velocity` | `加速度` | `Second order`

Pilot gain — パイロットゲイン
`1` (既定値) | スカラー

Pilot time delay(s) — パイロット時間遅延
`0.1` (既定値) | スカラー

Equalizer lead constant — イコライザーリード定数
`1` (既定値) | スカラー

Equalizer lag constant — イコライザーラグ定数
`5` (既定値) | スカラー

Lag constant for neuromuscular system — 遅延定数
`0.1` (既定値) | スカラー

Undamped natural frequency neuromuscular system (rad/s) — 減衰のない固有振動数
`20` (既定値) | スカラー

Damping neuromuscular system — 神経筋系の減衰
`0.7` (既定値) | スカラー

Controlled element undamped natural frequency (rad/s) — 制御要素の非減衰固有振動数
`15` (既定値) | スカラー

C/C++ コード生成
Simulink® Coder™ を使用して C および C++ コードを生成します。