【要約】学生ロケットで動翼を作ってみたーソフトウェア編ー [Qiita_Trend] | Summary by TechDistill
> Source: Qiita_Trend
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// Problem
学生団体CREATEは、ロケットの飛行制御において、センサーのノイズやタイミングの不確実性という課題に直面した。激しい振動や気圧変化が発生する環境下で、正確なイベント検知と安定した姿勢制御を行う必要がある。具体的には以下の問題に取り組んでいる。
- ・センサーのノイズによる離床検知の誤作動。
- ・エンジン燃焼終了後の動翼制御開始タイミングの決定。
- ・機体のロール角と動翼角度を同期させた精密な姿勢制御。
// Approach
CREATEは、離床検知の精度向上と姿勢制御の安定化のため、以下のアルゴリズムを実装した。
- ・離床検知：加速度の2乗和（4G^2を50回連続）または気圧の減少（0.05hPaを5回連続）で判定。
- ・パラシュート開放：気圧の上昇（1秒間連続）または離床から17秒経過を条件とする。
- ・動翼制御：状態変数（ロール角、動翼角、各角速度）を用いた現代制御理論を適用。
- ・アクチュエータ駆動：計算された入力をPWM制御によりDCモータへ伝達。
// Result
CREATEは、現代制御理論と自作エンコーダを組み合わせることで、動翼による姿勢制御を実現した。これにより、機体のロール角に基づいた動的な姿勢制御が可能となった。具体的な成果は以下の通りである。
- ・状態方程式 $\dot{x} = Ax + Bu$ を用いた最適制御の実施。
- ・角速度計とエンコーダによる、ロール角および動翼角度の正確なフィードバック。
- ・センサーの平均化処理による、過酷な飛行環境下での検知精度の確保。
Senior Engineer Insight
> センサーの平均化処理による「1秒の検知遅延」を許容しつつ、判定の堅牢性を高める設計は、実機運用における現実的な判断である。一方で、現代制御の適用において、モデルの精度が機体の安定性に直結する。組み込み環境におけるリアルタイム性と、物理モデルの複雑さのバランスが、このシステムの成否を分ける。