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WO2014129168A1 - 空間安定装置、空間安定方法、及び空間安定プログラム記憶媒体 - Google Patents

空間安定装置、空間安定方法、及び空間安定プログラム記憶媒体 Download PDF

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WO2014129168A1
WO2014129168A1 PCT/JP2014/000795 JP2014000795W WO2014129168A1 WO 2014129168 A1 WO2014129168 A1 WO 2014129168A1 JP 2014000795 W JP2014000795 W JP 2014000795W WO 2014129168 A1 WO2014129168 A1 WO 2014129168A1
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WO
WIPO (PCT)
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signal
angle
angular velocity
outputting
target
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.)
Ceased
Application number
PCT/JP2014/000795
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
大晃 清水
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.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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 NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to US14/766,882 priority Critical patent/US10073472B2/en
Priority to EP14754500.8A priority patent/EP2960623A4/en
Priority to JP2015501328A priority patent/JP5962842B2/ja
Publication of WO2014129168A1 publication Critical patent/WO2014129168A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D19/00—Control of mechanical oscillations, e.g. of amplitude, of frequency, of phase
    • G05D19/02—Control of mechanical oscillations, e.g. of amplitude, of frequency, of phase characterised by the use of electric means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • G01C21/18—Stabilised platforms, e.g. by gyroscope
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B15/00—Systems controlled by a computer
    • G05B15/02—Systems controlled by a computer electric

Definitions

  • the present invention relates to a space stabilization device, a space stabilization method, and a space stabilization program storage medium, and more particularly to a space stabilization device, a space stabilization method, and a space stabilization program storage for stabilizing a plurality of control objects connected in series in a freely rotatable manner. It relates to the medium.
  • the fixed portion and one or more controlled objects are connected in series via a connecting portion having one rotating shaft, and the rotation angle of the connecting portion is controlled.
  • the space stabilization device of Patent Document 1 includes an outer gimbal, an inner gimbal, an outer torquer, an inner torquer, an outer servo amplifier, and an inner servo amplifier that are control targets.
  • the outer torquer drives the rotation of the outer gimbal relative to the fixed part.
  • Inner Toluca drives the rotation of the inner gimbal relative to the outer gimbal.
  • the outer servo amplifier outputs a drive signal for the outer torquer.
  • the inner servo amplifier outputs an inner torque driving signal.
  • the outer gimbal is connected to the fixed portion so as to be rotatable around one rotation shaft.
  • the inner gimbal is connected to the outer gimbal so as to be rotatable around one rotation axis, and is fixed to the payload.
  • the rotation axis direction of the outer gimbal is the same as the rotation axis direction of the inner gimbal.
  • Patent Document 1 describes two configurations (hereinafter referred to as “configuration 1” and “configuration 2”).
  • Configuration 1 includes an inner inertia sensor that detects the rotation angle of the inner gimbal around the rotation axis relative to the inertial system, and an angle sensor that detects the rotation angle of the inner gimbal relative to the outer gimbal, in addition to the above configuration.
  • Configuration 2 includes, in addition to Configuration 1, an outer inertia sensor that detects a rotation angle of the outer gimbal around the rotation axis with respect to the inertia system.
  • the space stabilizer of Patent Document 1 operates as follows.
  • the inner servo amplifier inputs the output of the inner inertia sensor, drives the inner torquer based on the output of the inner inertia sensor, and controls the rotation angle of the inner gimbal relative to the outer gimbal.
  • the outer servo amplifier inputs the output of the angle sensor, drives the outer torquer based on the output of the angle sensor, and controls the rotation angle of the outer gimbal relative to the fixed portion.
  • the outer servo amplifier inputs the outputs of the outer inertial sensor and the angle sensor, drives the outer torquer based on the outputs of the outer inertial sensor and the angle sensor, and controls the rotation angle of the outer gimbal relative to the fixed portion.
  • the inner gimbal has feedback from the inner inertial sensor, and thus is spatially stabilized using the inner servo amplifier.
  • the outer gimbal further has feedback from the outer inertia sensor, so that the outer servo amplifier is used to further stabilize the space and improve the spatial stability.
  • An object of the present invention is to provide a space stabilizing device, a space stabilizing method, and a space stable program storage medium that can realize high space stability with one inertial sensor.
  • the space stabilizer includes a first control object that is connected to a movable body so as to be rotatable around a first rotation axis, and a second control axis around the first control object.
  • An inertia detection unit that outputs a first measured angular velocity signal including one or more components of the two components, and an angular velocity evaluation signal that is an evaluation related to the first angle of the first controlled object with respect to the moving object or an angular velocity detected.
  • First angular velocity detection means for outputting, first command generation means for outputting a target angle signal of the first angle, and output of a target angle signal of the second angle of the second control object with respect to the first control object
  • a second command generating means for performing a signal based on the angular velocity evaluation signal and the first A signal based on the first measurement angular velocity signal
  • a first addition means for adding a signal based on the measurement angular velocity signal and outputting a second measurement angular velocity signal, a signal based on the target angle signal of the first angle, and a signal based on the first measurement angular velocity signal
  • the first control means for controlling the first angle, the signal based on the target angle signal of the second angle, and the signal based on the second measured angular velocity signal, the second angle
  • a second control means for controlling.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a space stabilizer 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • the fixed portion to which the space stabilization device 100 is attached and the payload that is the final space stabilization target are connected to each other so as to be rotatable around one rotation axis via two connection portions.
  • the rotation axis of the connection portion closer to the fixed portion is referred to as a “first rotation axis”
  • the rotation axis of the connection portion closer to the payload is referred to as a “second rotation axis”.
  • the space stabilizer 100 of the present embodiment includes a first control object 103, a first angle detector 104, a first controller 105, a first driver 106, a first command generator 107, and an inertial sensor 108.
  • the first control object 103 is connected to a fixed part (not shown) to which the space stabilizer 100 is attached so as to be rotatable around one rotating shaft (first rotating shaft).
  • the first angle detector 104 is a first angle detector in the claims, and is an angle around the first rotation axis of the first controlled object 103 with respect to the fixed portion (hereinafter referred to as “first angle”). Output a signal.
  • the first controller 105 is a first control means in the claims, and receives a signal for controlling the first control object 103 by inputting a target angle and a signal of the current angle or angular velocity detected or estimated. Output to the first driver 106.
  • the first driver 106 inputs a signal for controlling the first angle, and drives the rotation (first angle) of the first controlled object 103 around the first rotation axis.
  • the coordinate system fixed to the fixed part is referred to as “fixed part coordinate system” or “coordinate system 0”.
  • fixed part is the object to which the space stabilizer 100 is attached, and fixing
  • the first controller 105 may directly control the first control object 103.
  • the first controller 105 inputs the target angle and the signal of the current angle or angular velocity detected or estimated, and inputs the first control.
  • the object 103 is controlled. Further, when the first controller 105 directly controls the first control object 103, the space driver 100 does not include the first driver 106.
  • the first command generator 107 is a first command generation means in claims, and outputs a signal of a target angle of the first angle.
  • the target angle of the first angle output from the first command generator 107 may be held in advance by the first trajectory generator 125.
  • the first trajectory generator 125 follows the preset target angle and the angular trajectory and the angular velocity trajectory to reach the target angle. Output a signal.
  • the first command generator 107 is not included in the space stabilizer 100.
  • the inertial sensor 108 is an inertia detection means in claims, and is an angular velocity (hereinafter, “swing angular velocity”) of three components of an orthogonal coordinate system (hereinafter referred to as “inertial sensor coordinate system”) fixed to the inertial sensor 108. Output a signal. Note that the inertial sensor 108 is fixed to a fixed portion, and the inertial sensor coordinate system coincides with the coordinate system 0.
  • the second control object 113 is connected to the first control object 103 so as to be rotatable around one rotation axis (second rotation axis).
  • the controlled object may be a fixed part of another space stabilizer.
  • the second angle detector 114 is a second angle detection means in the claims, and is an angle around the second rotation axis of the second control target 113 with respect to the first control target 103 (hereinafter referred to as “second angle”). .) Signal is output.
  • the second controller 115 is the second control means in the claims, and receives a signal for controlling the second control object 113 by inputting the target angle and the signal of the current angle or angular velocity detected or estimated. Output to the second driver 116.
  • the second driver 116 inputs an angle signal for controlling the second angle, and drives the rotation (second angle) around the second rotation axis of the second control target 113 with respect to the first control target 103.
  • the second controller 115 may directly control the second control target 113.
  • the second controller 115 inputs the target angle and the signal of the current angle or angular velocity detected or estimated to input the second control.
  • the target 113 is controlled.
  • the space driver 100 does not include the second driver 116.
  • the second command generator 117 is a second command generation means in the claims, and outputs a signal of a target angle of the second angle.
  • the target angle of the second angle output from the second command generator 117 may be held in advance by the second controller 115.
  • the second controller 115 inputs a signal of the current angle or angular velocity detected or estimated according to the preset target angle. Then, a signal for controlling the second control target 113 is output to the second driver 116. Further, when the target angle of the second angle is held in advance by the second controller 115, the second command generator 117 is not included in the space stabilizer 100.
  • the first angular velocity detector 118 is a first angular velocity detector in the claims, and outputs a signal of a control target angular velocity that is a temporal change rate of the first angle.
  • the first angular velocity detector 118 may receive the first angle signal output from the first angle detector 104 and time-differentiate and output the first angle signal.
  • the first angular velocity detector 118 constitutes a state estimator inside the first controller 105, and the angular velocity is derived from a signal for controlling the first angle and the first control object 103 that is the output of the first controller 105. May be generated, and the angular velocity estimated value signal may be output.
  • the first adder 122 is the first adding means in the claims, and outputs a signal obtained by adding two input signals.
  • the first adder 122 outputs a signal added for each component when each set of input signals includes a plurality of components. When there is only one input signal for a certain component and addition cannot be performed, the first adder 122 outputs the input signal as it is for that component.
  • the first coordinate converter 123 is the first coordinate conversion means in the claims, and inputs signals of the shaking angular velocity, the first angle, and the second angle in the inertial sensor coordinate system. Then, the first coordinate converter 123 performs the first operation from the inertial sensor coordinate system of the angular velocity of oscillation in the coordinate system fixed to the first control target 103 (hereinafter referred to as “first coordinate system” or “coordinate system 1”).
  • first coordinate system A signal of three components (hereinafter referred to as “the Euler angle component of the oscillation angular velocity in the first coordinate system”) by the Euler angle of rotation to the coordinate system is output.
  • the signal component fed back to the first controller 105 is a component of one first angle among the three components of the output.
  • the second coordinate converter 124 is the second coordinate conversion means in the claims, and inputs the Euler angle component of the fluctuation angular velocity in the first coordinate system and the signal of the second angle. Then, the second coordinate converter 124 moves from the first coordinate system of the oscillation angular velocity in the coordinate system fixed to the second controlled object 113 (hereinafter referred to as “second coordinate system” or “coordinate system 2”) from the first coordinate system.
  • a signal of three components hereinafter referred to as “the Euler angle component of the oscillation angular velocity in the second coordinate system” by the Euler angle of rotation to the coordinate system is output.
  • the signal component fed back to the second controller 115 is one second angle component of the three output components.
  • the first trajectory generator 125 is a first trajectory generating means in the claims, which receives a target angle signal and outputs an angular trajectory signal and an angular velocity trajectory signal for reaching the target angle.
  • “Orbit” means a temporal change process.
  • the first subtractor 126 is the first subtracting means in the claims, and outputs a signal obtained by subtracting the other from one of the two input signals.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of a hardware configuration of the space stabilizer 100. As shown in FIG.
  • the computer 907 of the space stabilizer 100 transmits and receives data to and from the first driver 106, the first angle detector 104, the second driver 116, the second angle detector 114, the inertial sensor 108, and the first angular velocity detector 118.
  • the computer 907 includes a storage device 901, a CPU (Central Processing Unit) 903, a keyboard 904, a monitor 905, and an I / O (Input / Output) 908, which are connected via an internal bus 906.
  • a CPU Central Processing Unit
  • a keyboard 904 a monitor 905
  • I / O Input / Output
  • the I / O 908 is connected to the first driver 106, the first angle detector 104, the second driver 116, the second angle detector 114, the inertial sensor 108, and the first angular velocity detector 118.
  • the I / O 908 transmits and receives data to and from the computer 907, the first driver 106, the first angle detector 104, the second driver 116, the second angle detector 114, the inertial sensor 108, and the first angular velocity detector 118.
  • the storage device 901 stores an operation program for the first controller 105 of the CPU 903 and the like.
  • the CPU 903 controls the entire computer 907, executes an operation program stored in the storage device 901, executes a program such as the first controller 105 and transmits / receives data via the I / O 908.
  • the computer 907 may include only the CPU 903 and operate using the storage device 901, the memory 902, the keyboard 904, the monitor 905, and the I / O 908 provided outside.
  • the first controller 105 inputs a target angle trajectory signal from the first trajectory generator 125 and a first angle current angle signal from the first angle detector 104 regarding the first angle.
  • the first controller 105 inputs a first angle component signal of the Euler angle component of the fluctuation angular velocity in the first coordinate system of the inertial sensor 108 output.
  • the first controller 105 generates a signal for controlling the first controlled object 103 so that the difference between the target angle trajectory and the current angle becomes zero.
  • the first controller 105 receives the first angular component of the oscillation angular velocity from the first coordinate converter 123 as a negative feedback, subtracts it from the target angle trajectory, and outputs a control signal so as to cancel the oscillation angle. To do. As a result, the angle of the first controlled object 103 is controlled so that the space is stabilized with respect to the inertial space.
  • the first coordinate converter 123 inputs signals of three components of the inertial sensor coordinate system of the angular velocity output of the inertial sensor 108. Further, the first coordinate converter 123 receives a first angle signal from the first angle detector 104 and a second angle signal from the second angle detector 114. The first coordinate converter 123 outputs a signal obtained by converting the angular velocity output of the inertial sensor 108 into the Euler angle component of the first coordinate system. Of the output components, the output of the first angle component is fed back to the first controller 105.
  • the first subtractor 126 subtracts the signal of the target angular velocity trajectory from the first trajectory generator 125 from the signal of the current angular velocity from the first angular velocity detector 118 to obtain the current angular velocity from the differential of the first angle.
  • the deviation signal of the target angular velocity is output.
  • the first adder 122 receives the signal of the current angular velocity deviation of the first angle from the first subtractor 126 and the signal obtained by converting the fluctuation angular velocity from the first coordinate converter 123 into the Euler angle component of the first coordinate system.
  • the Euler angle component signal of the first coordinate system of the angular velocity (hereinafter referred to as “first residual oscillation angular velocity”) about the first angle is output.
  • the second coordinate converter 124 inputs the Euler angle component signal in the first coordinate system of the first residual oscillation angular velocity.
  • the second coordinate converter 124 receives a second angle signal from the second angle detector 114.
  • the second coordinate converter 124 outputs a signal obtained by converting the first residual oscillation angular velocity into the Euler angle component of the second coordinate system. Of the output components, the output of the second angle component is fed back to the second controller 115.
  • the second controller 115 receives a target angle signal from the second command generator 117 and a second angle current angle signal from the second angle detector 114 for the second angle. Note that the target angle is not an angular trajectory.
  • the second controller 115 inputs the second angle component signal of the Euler angle component of the first residual oscillation angular velocity in the first coordinate system.
  • the second controller 115 generates a signal for controlling the second control target 113 so that the difference between the target angle and the current angle becomes zero.
  • the second controller 115 inputs the second angle component of the first residual oscillation angular velocity from the second coordinate converter 124 as a negative feedback, subtracts it from the target angle, and controls to cancel the residual oscillation angle. Output a signal. As a result, the angle of the second controlled object 113 is controlled so as to stabilize the space relative to the inertial space.
  • Equation 1 An example of coordinate transformation from the coordinate system i to the coordinate system k is expressed by Equation 1. [Equation 1]
  • the rotation angle, pitch angle, and yaw angle of the rotation of the coordinate system 1 with respect to the coordinate system 0 are ⁇ 1 , ⁇ 1 , and ⁇ 1
  • the rotation roll angle, pitch angle, and yaw of the coordinate system 2 with respect to the coordinate system 1 The expression by the angle is represented by ⁇ 2 , ⁇ 2 , and ⁇ 2 .
  • the coordinate conversion from the coordinate system 0 to the coordinate system 1 and the coordinate conversion from the coordinate system 1 to the coordinate system 2 are expressed by Equations 2 and 3, respectively. [Equation 2] [Equation 3]
  • the rotation axis of the yaw angle of the rotation of the coordinate system 1 with respect to the coordinate system 0 coincides with the direction of the first rotation axis
  • the first angle is represented by ⁇ 11 .
  • the result of rotating the coordinate system 1 by the first angle ⁇ 11 is the same as that of the coordinate system 2, and the rotation axis of the rotation yaw angle of the coordinate system 2 is coincident with the direction of the second rotation axis.
  • angle shall be represented by [psi 22.
  • the angular velocity in the inertial sensor coordinate system is represented by [ ⁇ x ⁇ y ⁇ z ] T.
  • the output of the first coordinate converter 123 is [ ⁇ x1 ⁇ y1 ⁇ z1 ] T
  • the output of the first adder 122 is [ ⁇ xa1 ⁇ ya1 ⁇ za1 ] T
  • the output of the second coordinate converter 124 is It is assumed that [ ⁇ x2 ⁇ y2 ⁇ z2 ] T.
  • the first coordinate converter 123 converts the input into the output according to Equation 4 to Equation 5.
  • the angular velocity in the inertial sensor coordinate system is converted into the angular velocity in the coordinate system 1.
  • the second coordinate converter 124 converts the input into the output according to Equation 6.
  • the angular velocity in the coordinate system 1 is converted into the angular velocity in the coordinate system 2.
  • one of the three axes of the inertial sensor coordinate system (z-axis) is made to coincide with the direction of the first rotation axis is shown.
  • the first coordinate converter 123 and the second coordinate converter 124 are respectively the following relational expressions of Euler angles using a 1-2-3 Euler angle sequence in addition to Equations 4 to 5 and 6. Coordinate conversion using Equations 7 and 8 may be performed. The case where one of the three axes of the inertial sensor coordinate system (z-axis) is made to coincide with the direction of the first rotation axis is shown. [Equation 7] [Equation 8]
  • the space stabilizer 100 can achieve high space stability with a single inertial sensor.
  • Both the first controller 105 and the second controller 115 first use the output of the inertial sensor 108 to output a control command signal so that the first controller 105 cancels the oscillation angle.
  • the angle of the first controlled object 103 is controlled so that the space is stabilized with respect to the inertial space.
  • the second controller 115 outputs a control command signal so as to cancel the residual rocking angle that could not be removed by the first controlled object 103.
  • the angle of the second controlled object 113 is controlled so as to stabilize the space relative to the inertial space.
  • the angular trajectory output from the first trajectory generator 125 is the target angle.
  • the first controller 105 receives the first angle that is the output of the first angle detector 104 as the current angle, and generates a control signal that controls the first angle of the first control target 103. The angle control is implemented.
  • the output of the second command generator 117 is the target angle.
  • the second controller 115 receives the second angle that is the output of the second angle detector 114 as the current angle, and generates an angle control that generates a control signal for controlling the second angle of the second control object 113. carry out.
  • the above embodiment is not limited to angle control, and the angular velocity output from the first trajectory generator 125 may be a target angular velocity.
  • the first controller 105 inputs the angular velocity obtained by differentiating the first angle, which is the output of the first angle detector 104, as a current angular velocity, and generates a control signal for controlling the first angular velocity of the first control target 103.
  • the angular velocity control may be performed.
  • the output of the second command generator 117 may be a target angular velocity.
  • the second controller 115 receives the angular velocity obtained by differentiating the second angle, which is the output of the second angle detector 114, as a current angular velocity, and generates a control signal for controlling the second angular velocity of the second control target 113.
  • the angular velocity control may be performed.
  • FIG. 3 shows a space stabilizer having a reduced configuration, which is another example of the present invention.
  • the target angle of the first angle output from the first command generator 107 may be held in advance by the first trajectory generator 125.
  • the first trajectory generator 125 follows the preset target angle and the angular trajectory and the angular velocity trajectory to reach the target angle. Output a signal.
  • the first command generator 107 is not included in the space stabilizer.
  • the target angle of the second angle output from the second command generator 117 may be held in advance by the second controller 115.
  • the second controller 115 inputs a signal of the current angle or angular velocity detected or estimated according to the preset target angle. Then, a signal for controlling the second control target 113 is output to the second driver 116.
  • the second command generator 117 is not included in the space stabilizer.
  • the first controller 105 may directly control the first control object 103.
  • the first controller 105 inputs the target angle and the signal of the current angle or angular velocity detected or estimated, and inputs the first control.
  • the object 103 is controlled.
  • the space stabilizing device does not include the first driver 106.
  • the second controller 115 may directly control the second control target 113.
  • the second controller 115 inputs the target angle and the signal of the current angle or angular velocity detected or estimated to input the second control.
  • the target 113 is controlled.
  • the space driver does not include the second driver 116.
  • first command generator 107 the second command generator 117, the first driver 106, or the second driver 116 may be added to the space stabilization device of FIG.
  • FIG. 8 shows a space stabilizer having a minimum configuration, which is another example of the present invention.
  • the first driver 106 and the first angle detector 104 can be omitted.
  • the second driver 116 and the second angle detector 114 can be omitted.
  • the first trajectory generator 125 and the first subtractor can be omitted.
  • the first coordinate converter 123 can be omitted. That is, when the inertial sensor 108 is fixed to the first control object 103, the first coordinate converter 123 can be omitted.
  • the second coordinate converter 124 can be omitted.
  • the first rotation axis in which the first control object 103 is rotatably connected to the fixed portion and the second rotation axis in which the second control object 113 is rotatably connected to the first control object 103 coincide with each other.
  • the second coordinate converter 124 can be omitted.
  • the space stabilizer 100 having the minimum configuration according to the present invention includes the first controlled object 103, the second controlled object 113, the inertial sensor 108, the first angular velocity detector 118, and the first command generation. , A second command generator 117, a first adder 122, a first controller 105, and a second controller 115.
  • the first control object 103 is connected to the moving body so as to be rotatable around the first rotation axis.
  • the second control object 113 is connected to the first control object 103 so as to be rotatable around the second rotation axis.
  • the inertial sensor 108 measures at least one of the angular velocities of the moving body and the first control target 103, and is one or more of three components of an orthogonal coordinate system fixed to either the moving body or the first control target 103. It is an inertia detection means in a claim which outputs the 1st measurement angular velocity signal containing these ingredients.
  • the first angular velocity detector 118 is a first angular velocity detection means in the claim that outputs an angular velocity evaluation signal that is an evaluation or a detected angular velocity related to the first angle of the first controlled object 103 with respect to the moving body. .
  • the first command generator 107 is a first command generation means in the claims that outputs a target angle signal of the first angle.
  • the second command generator 117 is a second command generation means in the claims that outputs a target angle signal of the second angle of the second control target 113 with respect to the first control target 103.
  • the first adder 122 is the first addition means in the claim, which adds a signal based on the angular velocity evaluation signal and a signal based on the first measurement angular velocity signal and outputs a second measurement angular velocity signal. .
  • the first controller controls the first angle based on a signal based on the target angle signal of the first angle and a signal based on the first measured angular velocity signal. Means.
  • the second controller in the claim wherein the second controller 115 controls the second angle based on a signal based on the target angle signal of the second angle and a signal based on the second measured angular velocity signal.
  • Means. (Second Embodiment)
  • the configuration of the space stabilizer in the second embodiment of the present invention is the same as that of the space stabilizer 100 in the first embodiment shown in FIG. Descriptions common to the first embodiment and the present embodiment are omitted, and only differences of the present embodiment from the first embodiment will be described.
  • the inertial sensor 108 is fixed to the fixed portion, but in the present embodiment, the inertial sensor 108 is fixed to the first control target 103. Therefore, the first controller 105 inputs the signal of the first angular component of the angular velocity obtained by converting the oscillation angular velocity, which is the output of the inertial sensor 108, into the Euler angular component in the first coordinate system.
  • the first coordinate converter 123 converts the input into an output according to Equation 9.
  • Equation 9 the angular velocity in the inertial sensor coordinate system is converted into the angular velocity in the coordinate system 1.
  • the first coordinate converter 123 may perform coordinate conversion using the following equation 10 which is a relational expression of Euler angle time differentiation using a 1-2-3 Euler angle sequence in addition to equation 9. , Equation 10 is the same as Equation 9. [Equation 10]
  • one of the three axes of the inertial sensor coordinate system coincides with the directions of the first rotation axis and the second rotation axis. If so, the operation is performed using only the output of one component obtained by replacing the remaining two axes of the three axes of the inertial sensor coordinate system with zero.
  • the space stabilizer in the present embodiment can achieve high space stability with one inertial sensor.
  • Both the first controller 105 and the second controller 115 first use the output of the inertial sensor 108 to output a control command signal so that the first controller 105 cancels the oscillation angle.
  • the angle of the first controlled object 103 is controlled so that the space is stabilized with respect to the inertial space.
  • the second controller 115 outputs a control command signal so as to cancel the residual rocking angle that could not be removed by the first controlled object 103.
  • the angle of the second controlled object 113 is controlled so as to stabilize the space relative to the inertial space.
  • the inertial sensor 108 is fixed to the fixed portion, but in the present embodiment, the inertial sensor 108 is fixed to the second control target 113. Therefore, the first controller 105 inputs an angular velocity signal obtained by converting the fluctuation angular velocity in the inertial sensor coordinate system into the Euler angle component in the first coordinate system by the first coordinate converter 123.
  • the first coordinate converter 123 converts the input into the output according to Equation 11. As a result, the angular velocity in the inertial sensor coordinate system is converted into the angular velocity in the coordinate system 1.
  • the space stabilizer in the present embodiment can achieve high space stability with one inertial sensor.
  • Both the first controller 105 and the second controller 115 first use the output of the inertial sensor 108 to output a control command signal so that the first controller 105 cancels the oscillation angle.
  • the angle of the first controlled object 103 is controlled so that the space is stabilized with respect to the inertial space.
  • the second controller 115 outputs a control command signal so as to cancel the residual rocking angle that could not be removed by the first controlled object 103.
  • the angle of the second controlled object 113 is controlled so as to stabilize the space relative to the inertial space.
  • the first coordinate converter 123 may perform coordinate conversion using the following Expression 12, which is a relational expression of Euler angle time differentiation using a 1-2-3 Euler angle sequence in addition to Expression 11. [Equation 12]
  • FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the space stabilizer in the fourth embodiment of the present invention. Descriptions common to the first embodiment and the present embodiment are omitted, and only the differences of the present embodiment from the first embodiment of the present invention will be described.
  • the space stabilizer 100 of the present embodiment further includes a first integrator 109 and a second integrator 119 with respect to the configuration of the first embodiment shown in FIG.
  • the first integrator 109 outputs a signal obtained by integrating the input signal with time. Specifically, the Euler angle component of the swing angular velocity described later is integrated and converted into a first angle component signal of the swing angle.
  • the second integrator 119 outputs a signal obtained by integrating the input signal with time.
  • the first controller 105 inputs the first angle component signal of the fluctuation angle obtained by converting the Euler angle component of the fluctuation angular velocity of the output of the inertial sensor 108 in the first coordinate system into an angle by the first integrator 109.
  • the first controller 105 receives the first angle component of the swing angle from the first integrator 109 as a negative feedback, subtracts it from the target angle trajectory, and outputs a control signal so as to cancel the swing angle. .
  • the angle of the first controlled object 103 is controlled so that the space is stabilized with respect to the inertial space.
  • the second controller 115 inputs a second angle component signal of the residual rocking angle obtained by converting the Euler angle component of the first residual rocking angular velocity in the first coordinate system into an angle by the second integrator 119.
  • the second controller 115 receives the second angle component of the residual oscillation angle from the second integrator 119 as a negative feedback, subtracts it from the target angle, and outputs a control signal so as to cancel the residual oscillation angle. To do. As a result, the angle of the second controlled object 113 is controlled so as to stabilize the space relative to the inertial space.
  • the space stabilizer in this embodiment can achieve high space stability with a single inertial sensor.
  • Both the first controller 105 and the second controller 115 first use the output obtained by converting the output of the inertial sensor 108 into an angle by the first integrator 109 and the second integrator 119, and then the first controller 105.
  • a control command signal is output so as to cancel the oscillation angle at.
  • the angle of the first controlled object 103 is controlled so that the space is stabilized with respect to the inertial space.
  • the second controller 115 outputs a control command signal from the second controller 115 so as to cancel the residual fluctuation angle that could not be removed by the first controlled object 103.
  • the angle of the second controlled object 113 is controlled so as to stabilize the space relative to the inertial space.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the space stabilizer in the fifth embodiment of the present invention. Descriptions common to the fourth embodiment and the present embodiment are omitted, and only differences of the present embodiment from the fourth embodiment of the present invention will be described.
  • the space stabilizer 100 of this embodiment is different from the configuration of the fourth embodiment shown in FIG. 4 in that a first phase compensator 110, a second phase compensator 120, a third phase compensator 127, Fourth phase compensator 129, first amplifier 111, second amplifier 121, third amplifier 128, fourth amplifier 130, first angle detector 104, first controller 105, and first driver 106 and a first command generator 107 are further provided.
  • the first phase compensator 110, the second phase compensator 120, the third phase compensator 127, and the fourth phase compensator 129 perform, for example, a filtering process indicated by a transfer function shown in Equation 13 on each input signal ( F 1 and f 2 in Equation 13 indicate frequencies that can be arbitrarily set by the user), and output signals in which the phase of each input signal is changed according to a preset frequency value.
  • Equation 13 a filtering process indicated by a transfer function shown in Equation 13 on each input signal ( F 1 and f 2 in Equation 13 indicate frequencies that can be arbitrarily set by the user), and output signals in which the phase of each input signal is changed according to a preset frequency value.
  • the first amplifier 111, the second amplifier 121, the third amplifier 128, and the fourth amplifier 130 each output a signal in which the gain of each input signal is changed according to a preset value.
  • the second phase compensator 120 and the second amplifier 121 are inserted between the output of the second coordinate converter 124, the second integrator 119, and the second controller 115. Therefore, the phase (the delay from the output of the inertial sensor 108 to the second angle) and the gain (the second angle of the oscillation angle) of the Euler angle component of the first residual oscillation angular velocity or the second angle component signal of the residual oscillation angle in the first coordinate system. The ratio of the component amplitude to the second angular amplitude) can be adjusted.
  • a third phase compensator 127 and a third amplifier 128 are inserted between the output of the first coordinate converter 123 and the first controller 105. Therefore, it is possible to adjust the phase (delay) and gain of the Euler angle component signal of the oscillation angular velocity in the first coordinate system of the inertia sensor 108 output.
  • the first controller 105 performs control (proportional control) using the feedback of the detected angle signal with the first angle component signal of the fluctuation angle as a target.
  • the first controller 105 further performs control (differential control) using the feedback of the detected angular velocity signal, which is the time derivative of the detected angle, targeting the Euler angular component signal of the fluctuation angular velocity in the first coordinate system. Therefore, the first controller 105 can improve the spatial stability responsiveness.
  • the first controller 105 can receive a signal having an optimum phase and gain characteristic. is there.
  • a fourth phase compensator 129 and a fourth amplifier 130 are inserted between the output of the second coordinate converter 124 and the second controller 115. Therefore, it is possible to adjust the phase (delay) and gain of the Euler angle component signal of the first residual oscillation angular velocity in the first coordinate system with respect to the second controller 115.
  • the second controller 115 performs control (proportional control) using the feedback of the detected angle signal with the second angle component signal of the residual swing angle as a target.
  • the second controller 115 further performs control (differential control) using the feedback of the detected angular velocity signal targeting the Euler angle component signal of the first residual oscillation angular velocity in the first coordinate system. Therefore, the second controller 115 can improve the spatial stability response.
  • the second controller 115 can receive a signal having optimum phase and gain characteristics. Is possible.
  • the space stabilizer in this embodiment can improve the responsiveness of space stability.
  • the first reason is that both the first controller 105 and the second controller 115 use the first phase compensator 110 and the first amplifier 111 or the second phase compensator 120 and the second amplifier 121. This is because it is possible to receive an optimal gain swing angle and residual swing angle signal without delay.
  • the second reason is that both the first controller 105 and the second controller 115 use the third phase compensator 127 and the third amplifier 128, or the fourth phase compensator 129 and the fourth amplifier 130. This is because it is possible to receive the oscillation angular velocity and the first residual oscillation angular velocity signal having the optimum gain without delay.
  • the space stabilizer in the present embodiment may be configured without the third phase compensator 127, the third amplifier 128, the fourth phase compensator 129, and the fourth amplifier 130. In this case, both the first controller 105 and the second controller 115 can receive the optimum gain swing angle and residual swing angle signals without delay.
  • the space stabilizer in the present embodiment may be configured without the first phase compensator 110 and the first amplifier 111, the second phase compensator 120, and the second amplifier 121. In this case, both the first controller 105 and the second controller 115 can receive the oscillation angular velocity and the first residual oscillation angular velocity signal with the optimum gain without delay.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the space stabilizer in the sixth embodiment of the present invention. Descriptions common to the first embodiment of the present invention and the fifth embodiment of the present invention and the present embodiment are omitted, and only differences of the present embodiment will be described.
  • the space stabilizer 100 of this embodiment is different from the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1 in that the third amplifier 128, the third phase compensator 127, and the third phase compensator 127 of the fifth embodiment shown in FIG. 4 amplifier 130 and a fourth phase compensator 129 are further provided.
  • the third amplifier 128, the third phase compensator 127, the fourth amplifier 130, and the fourth phase compensator 129 are the third amplifier 128, the third phase compensator 127, the fourth phase compensator of the fifth embodiment shown in FIG. This is equivalent to the amplifier 130 and the fourth phase compensator 129.
  • a third phase compensator 127 and a third amplifier 128 are inserted between the output of the first coordinate converter 123 and the first controller 105. Therefore, it is possible to adjust the phase (delay) and gain of the Euler angle component signal of the oscillation angular velocity in the first coordinate system of the inertia sensor 108 output.
  • the first controller 105 targets the Euler angle component signal of the fluctuation angular velocity in the first coordinate system, and performs control (differential control) using the feedback of the detected angular velocity signal that is the time derivative of the detected angle. Responsiveness can be improved.
  • the first controller 105 can receive a signal having an optimum phase and gain characteristic. It is.
  • a fourth phase compensator 129 and a fourth amplifier 130 are inserted between the output of the second coordinate converter 124 and the second controller 115. Therefore, it is possible to adjust the phase (delay) and gain of the Euler angle component signal of the first residual oscillation angular velocity in the first coordinate system with respect to the second controller 115.
  • the second controller 115 performs control (differential control) using the detected angular velocity signal feedback targeting the Euler angle component signal of the first residual oscillation angular velocity in the first coordinate system, the spatial stability response is improved. it can.
  • the second controller 115 receives a signal having an optimum phase and gain characteristic. Is possible.
  • the space stabilizer in the present embodiment can further improve the responsiveness of space stability in addition to the effects in the first embodiment.
  • the reason is that both the first controller 105 and the second controller 115 use the third phase compensator 127 and the third amplifier 128 or the fourth phase compensator 129 and the fourth amplifier 130 to delay. This is because it is possible to receive the swing angular velocity of the optimum gain and the first residual swing angular velocity signal.
  • the space stabilizer 100 in the present embodiment may have a configuration without the third phase compensator 127 and the third amplifier 128 or the fourth phase compensator 129 and the fourth amplifier 130.
  • the inertial sensor 108 of the present embodiment is not limited to one that is fixed to the fixed portion as in the first embodiment. If the inertial sensor 108 outputs an angular velocity or angle signal, the third phase compensator 127, the fourth phase compensator 129, the third amplifier 128, or the fourth amplifier 130 may detect the phase (delay) of the signal. Gain can be adjusted. Therefore, the inertial sensor 108 of the present embodiment may be fixed to the first controlled object 103 as in the second embodiment, or may be fixed to the second controlled object 113 as in the third embodiment. Good.
  • the space stabilizer 100 is similar to the first embodiment in that the first integrator 109, the second integrator 119, the first amplifier 111, the second amplifier 121, the first phase compensator 110, and the second phase It is not limited to a configuration that does not include the compensator 120. If the signal path for outputting the feedback signal to the first controller 105 or the second controller 115 outputs angular velocity or angular velocity, the signal phase (delay) and gain can be adjusted. Alternatively, if the signal path for outputting the feedback signal to the first controller 105 or the second controller 115 inputs an angular velocity signal, the first integrator 109 or the second integrator 119 can be used to determine the angle.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the space stabilizer in the seventh embodiment of the present invention. Descriptions common to the first embodiment and the present embodiment are omitted, and only the differences of the present embodiment from the first embodiment of the present invention will be described.
  • the first control object 103 is connected to other objects so as to be rotatable about two axes with respect to the configuration of the first embodiment shown in FIG. 113 is rotatably connected to the first control object 103 in two axes.
  • first rotation axis one axis is referred to as a "first rotation axis” and the other axis is referred to as a "third rotation axis”.
  • second rotation axis one axis
  • the other axis is referred to as a “fourth rotation axis”. Note that the directions of the first rotating shaft and the second rotating shaft do not necessarily coincide with the directions of the third rotating shaft and the fourth rotating shaft.
  • the space stabilizer 100 of this embodiment is a part of the control system of the 3rd rotating shaft of the 1st control object 103 with respect to the structure of 1st Embodiment,
  • the third angle detector 131, the third controller 132, the third driver 133, the third command generator 134, and the third trajectory generator 135 are each a control system for the first rotation axis of the first control target 103.
  • the first angle detector 104, the first controller 105, the first driver 106, the first command generator 107, and the first trajectory generator 125 are the same functions.
  • the space stabilizer 100 of the present embodiment further includes a third angular velocity detector 136, a second adder 141, and a second subtractor 142 with respect to the configuration of the first embodiment.
  • the third angular velocity detector 136 outputs a signal of the control target angular velocity that is the temporal change rate of the third angle.
  • the third angular velocity detector 136 may receive the third angle signal output from the third angle detector 131 and time-differentiate and output the third angle signal. Further, the third angular velocity detector 136 constitutes a state estimator inside the third controller 132, and the angular velocity is derived from a signal for controlling the third angle and the first control object 103 that is the output of the third controller 132. May be generated, and the angular velocity estimated value signal may be output.
  • the second subtractor 142 has the same function as the first subtractor 126.
  • the second subtractor 142 subtracts the signal of the target angular velocity trajectory from the third trajectory generator 135 from the signal of the current angular velocity from the third angular velocity detector 136 to obtain the current angular velocity from the differential of the third angle.
  • the deviation signal of the target angular velocity is output.
  • the second adder 141 has the same function as that of the first adder 122, and the first angular velocity deviation signal from the first coordinate converter 123 and the third angular current velocity deviation signal from the second subtractor 142 are the first.
  • the signal converted into the Euler angle component of the coordinate system is added to output a signal of the Euler angle component of the first coordinate system of the residual oscillation angular velocity (hereinafter referred to as “third residual oscillation angular velocity”) about the third angle.
  • third residual oscillation angular velocity a signal of the Euler angle component of the first coordinate system of the residual oscillation angular velocity
  • the space stabilizer 100 of this embodiment is a part of the control system of the 4th rotating shaft of the 2nd control object 113 with respect to the structure of 1st Embodiment, 4th angle detector 137, 4th control. 138, a fourth driver 139, and a fourth command generator 140.
  • the fourth angle detector 137, the fourth controller 138, the fourth driver 139, and the fourth command generator 140 are each a second angle that is part of the control system of the second rotation axis of the second control target 113.
  • the detector 114, the second controller 115, the second driver 116, and the second command generator 117 have the same functions.
  • the inertial sensor 108 is fixed to the fixed part as in the first embodiment, and the inertial sensor coordinate system coincides with the coordinate system 0.
  • the first coordinate converter 123 converts the input into the output according to Equation 15 to Equation 16.
  • the third angle is represented by ⁇ 11 .
  • the angular velocity in the inertial sensor coordinate system is converted into the angular velocity in the coordinate system 1.
  • the second coordinate converter 124 converts the input into the output in accordance with Equations 17 to 18.
  • the fourth angle is assumed to be represented by theta 22. As a result, the angular velocity in the coordinate system 1 is converted into the angular velocity in the coordinate system 2.
  • [Equation 15] [Equation 16]
  • the first coordinate converter 123 and the second coordinate converter 124 are relational expressions for temporal differentiation of Euler angles using a 1-2-3 Euler angle sequence in addition to Expressions 15 to 16, and Expressions 17 to 18, respectively. You may perform coordinate conversion using the following several 19 and several 20. The case where two axes (y-axis and z-axis) of the three axes of the inertial sensor coordinate system coincide with the directions of the third rotation axis and the first rotation axis, respectively, is shown. [Equation 19] [Equation 20]
  • the space stabilizer in this embodiment can achieve high space stability with a single inertial sensor.
  • the first controller 105 and the third controller 132 first output a control command signal so as to cancel the swing angles of the first rotating shaft and the third rotating shaft.
  • the first controlled object 103 is controlled for the angles of the first and third rotation axes so as to stabilize the space relative to the inertial space.
  • the second controller 115 and the fourth controller 138 output a control command signal so as to cancel the residual fluctuation angle that could not be removed by the first control target 103.
  • the second controlled object 113 is controlled for the respective angles of the second rotating shaft and the fourth rotating shaft so as to stabilize the space relative to the inertial space.
  • the angular trajectory output from the first trajectory generator 125 is the target angle.
  • the first controller 105 receives the first angle that is the output of the first angle detector 104 as the current angle, and generates a control signal that controls the first angle of the first control target 103.
  • the angle control is implemented.
  • the second controller 115, the third controller 132, and the fourth controller 138 also perform angle control.
  • the above embodiment is not limited to the angle control, and the angular velocity output from the first trajectory generator 125 may be the target angular velocity.
  • the first controller 105 inputs the angular velocity obtained by differentiating the first angle, which is the output of the first angle detector 104, as a current angular velocity, and generates a control signal for controlling the first angular velocity of the first control target 103.
  • the angular velocity control may be performed.
  • the second controller 115, the third controller 132, and the fourth controller 138 may also perform angular velocity control.
  • the space stabilizer 100 includes the first integrator 109, the second integrator 119, the first amplifier 111, the second amplifier 121, the first phase compensator 110, and the second phase. It is not limited to a configuration that does not include the compensator 120. If the signal path for outputting the feedback signal to the first controller 105 or the second controller 115 outputs angular velocity or angular velocity, the signal phase (delay) and gain can be adjusted. Alternatively, if the signal path for outputting the feedback signal to the first controller 105 or the second controller 115 inputs an angular velocity signal, the first integrator 109 or the second integrator 119 can be used to determine the angle.
  • the space stabilizer 100 of this embodiment is similar to the fifth embodiment in that the first integrator 109, the second integrator 119, the first amplifier 111, the second amplifier 121, the first phase compensator 110, Alternatively, the second phase compensator 120 may be included.
  • the space stabilizer 100 of the present embodiment may include an integrator, an amplifier, or a phase compensator for configuring a signal path for outputting a feedback signal to the third controller 132 or the fourth controller 138. .
  • the configuration of the space stabilizer in the eighth embodiment of the present invention is the same as that of the space stabilizer in the seventh embodiment shown in FIG. 7 except for the configuration described below. Descriptions common to the seventh embodiment and the present embodiment are omitted, and only differences of the present embodiment from the seventh embodiment will be described.
  • the signal from the second angle detector 114 to the first coordinate converter 123 and the fourth angle detector 137 to the first coordinate converter 123 are used. And the signal from the first angle detector 104 to the first coordinate converter 123 are unnecessary.
  • the inertial sensor 108 is fixed to the fixed portion, but in the present embodiment, the inertial sensor 108 is fixed to the first control target 103. Therefore, the first controller 105 inputs the signal of the first angular component of the angular velocity obtained by converting the oscillation angular velocity, which is the output of the inertial sensor 108, into the Euler angular component in the first coordinate system.
  • the third controller 132 also receives a signal of the third angular component of the angular velocity obtained by converting the oscillation angular velocity, which is the output of the inertial sensor 108, into the Euler angular component in the first coordinate system.
  • the first coordinate converter 123 converts the input into an output according to Equation 21. As a result, the angular velocity in the inertial sensor coordinate system is converted into the angular velocity in the coordinate system 1. [Equation 21]
  • the first coordinate converter 123 may perform coordinate conversion using the following Expression 22 which is a relational expression of Euler angle time differentiation using 1-2-3 Euler angle sequence in addition to Expression 21. Equation 22 is the same as Equation 21. [Equation 22]
  • the space stabilizer in the present embodiment can achieve high space stability with one inertial sensor.
  • Both the first controller 105 and the third controller 132 use the output of the inertial sensor 108 to output a control command signal so as to cancel the oscillation angles of the first and third rotating shafts first.
  • the first controlled object 103 is controlled for the angles of the first and third rotation axes so as to stabilize the space relative to the inertial space.
  • both the second controller 115 and the fourth controller 138 output a control command signal so as to cancel the residual fluctuation angle that could not be removed by the first control target 103.
  • the second controlled object 113 is controlled for the respective angles of the second rotating shaft and the fourth rotating shaft so as to stabilize the space relative to the inertial space.
  • the configuration of the space stabilizer in the ninth embodiment of the present invention is the same as that of the space stabilizer in the seventh embodiment shown in FIG. Descriptions common to the seventh embodiment and the present embodiment are omitted, and only differences of the present embodiment from the seventh embodiment will be described.
  • the inertial sensor 108 is fixed to the fixed portion, but in the present embodiment, the inertial sensor 108 is fixed to the second control target 113. Therefore, the second controller 115 inputs a signal of the second angular component of the angular velocity obtained by converting the oscillation angular velocity that is the output of the inertial sensor 108 into the Euler angular component in the second coordinate system by the second coordinate converter 124. Further, the fourth controller 138 inputs a signal of the fourth angular component of the angular velocity obtained by converting the oscillation angular velocity, which is the output of the inertial sensor 108, into the Euler angular component in the second coordinate system. The second coordinate converter 124 converts the input into the output according to Equation 23. As a result, the angular velocity in the inertial sensor coordinate system is converted into the angular velocity in the coordinate system 2. [Equation 23]
  • the second coordinate converter 124 may perform coordinate conversion using the following Expression 24, which is a relational expression of Euler angle time differentiation using a 1-2-3 Euler angle sequence in addition to Expression 23. [Equation 24]
  • the space stabilizer in this embodiment can achieve high space stability with a single inertial sensor.
  • Both the first controller 105 and the third controller 132 use the output of the inertial sensor 108 to output a control command signal so as to cancel the oscillation angles of the first and third rotating shafts first.
  • the first controlled object 103 is controlled for the angles of the first and third rotation axes so as to stabilize the space relative to the inertial space.
  • both the second controller 115 and the fourth controller 138 output a control command signal so as to cancel the residual fluctuation angle that could not be removed by the first control target 103.
  • the second controlled object 113 is controlled for the respective angles of the second rotating shaft and the fourth rotating shaft so as to stabilize the space relative to the inertial space.
  • Appendix 1 A first controlled object that is rotatably connected to the moving body around a first rotation axis; A second control object connected to the first control object so as to be rotatable about a second rotation axis; The angular velocity of either the moving body or the first controlled object is measured and fixed to either the moving body or the first controlled object, and the first measured angular velocity signal of the first controlled object is output.
  • Inertia detection means for First angular velocity detection means for outputting an angular velocity evaluation signal which is an evaluation or a detected angular velocity relating to the first angle of the first control target with respect to the moving body; First command generation means for outputting a target angle signal of the first angle; Second command generation means for outputting a target angle signal of the second angle of the second control object with respect to the first control object; First addition means for adding a signal based on the angular velocity evaluation signal and a signal based on the first measurement angular velocity signal to output a second measurement angular velocity signal; First control means for controlling the first angle based on a signal based on the target angle signal of the first angle and a signal based on the first measured angular velocity signal; Second control means for controlling the second angle based on a signal based on a target angle signal of a second angle and a signal based on the second measured angular velocity signal; A space stabilizing device comprising: [Appendix 2] First angle detection means for detecting a first
  • the second measured angular velocity signal and the second angle detection signal are input, and the second measured angular velocity signal is converted into one or more Euler angular components including a component related to the second angle,
  • the space stabilizer according to any one of appendices 1 to 3, further comprising: a second coordinate conversion unit that outputs one or more components of a signal based on the second measurement angular velocity signal.
  • the first target angle signal output by the first command generation means is input, and corresponds to the first target angle signal and the angle trajectory that are the angular trajectory to the first target angle.
  • First trajectory generating means for outputting a signal based on a target angle signal of the first angle which is an angular velocity trajectory;
  • First subtracting means for subtracting a signal based on the target angle signal of the first angle from the angular velocity evaluation signal and outputting a deviation angular velocity signal;
  • the space stabilizer according to any one of supplementary notes 1 to 4, characterized by comprising: [Appendix 6] First integration means for time-integrating one component of the first measurement angular velocity signal and outputting one component of the first measurement angle signal to the first control means; Second integrating means for time-integrating one component of the second measured angular velocity signal and outputting one component of the second measured angular signal to the second control means;
  • a computer included in the space stabilization device including two control objects, One or more components of three components of an orthogonal coordinate system fixed to either the moving body or the first control object by measuring the angular velocity of either the moving body or the first control object.
  • Inertia detection means for outputting a first measurement angular velocity signal including; First angular velocity detection means for outputting an angular velocity evaluation signal which is an evaluation or a detected angular velocity relating to the first angle of the first control target with respect to the moving body; First command generation means for outputting a target angle signal of the first angle; Second command generation means for outputting a target angle signal of the second angle of the second control object with respect to the first control object; First addition means for adding a signal based on the angular velocity evaluation signal and a signal based on the first measurement angular velocity signal to output a second measurement angular velocity signal; First control means for controlling the first angle based on a signal based on the target angle signal of the first angle and a signal based on the first measured
  • An angular velocity evaluation signal which is an evaluation or a detected angular velocity related to the first angle of the first control target with respect to the moving body; Outputting a target angle signal of the first angle; Outputting a target angle signal of a second angle of the second control object with respect to the first control object; Adding a signal based on the angular velocity evaluation signal and a signal based on the first measured angular velocity signal to output a second measured angular velocity signal; Controlling the first angle based on a signal based on the target angle signal of the first angle and a signal based on the first measured angular velocity signal; Controlling the second angle based on a signal based on a target angle signal of a second angle and a signal based on the second measured angular velocity signal;
  • a space stabilization method comprising: [Appendix 11] The space stabilizer according to any one of appendices 1 to 8, wherein the inertia detection means is fixed to the movable body.
  • the first angular velocity detection unit further includes an estimation unit that estimates an angular velocity related to the first angle of the first control target, The space stabilizer according to any one of appendices 1 to 8, wherein the evaluation related to the first angle of the first control target with respect to the moving body is a signal based on an angular velocity estimated by the estimating means.
  • the first angular velocity detection unit further includes an estimation unit that estimates an angular velocity related to the first angle of the first control target, The space stabilizer according to any one of appendices 1 to 8, wherein the angular velocity evaluation signal which is the detected angular velocity is a signal based on the angular velocity estimated by the estimating means.
  • the space stabilizer described in appendices 1 to 8 further includes an angular velocity detection unit for the first angle of the first control target, The space stabilizer according to any one of appendices 1 to 8, wherein the angular velocity evaluation signal that is the detected angular velocity is an angular velocity calculated by the angular velocity detecting means.

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Abstract

　１つの慣性センサで高い空間安定性を可能にする空間安定装置を提供する。　移動体に回転自在に連結される第１対象と、第１対象に回転自在に連結される第２対象と、移動体と第１対象のいずれかの角速度を計測して移動体と第１対象のいずれかに固定された直交座標系の１以上の成分を含む第１計測信号を出力する手段と、移動体に対する第１対象の第１角度に関する評価又は検出された角速度である評価信号を出力する手段と、第１角度の目標角度信号を出力する手段と、第１対象に対する第２対象の第２角度の目標角度信号を出力する手段と、評価信号に基づく信号と第１計測信号に基づく信号とを加算した第２計測信号を出力する手段と、第１角度の目標角度信号に基づく信号と第１計測信号に基づく信号とに基づいて第１角度を制御する手段と、第２角度の目標角度信号に基づく信号と第２計測信号に基づく信号とに基づいて第２角度を制御する手段を備える。

Description

空間安定装置、空間安定方法、及び空間安定プログラム記憶媒体
　本発明は、空間安定装置、空間安定方法、及び空間安定プログラム記憶媒体に関し、特に回転自在に直列連結された複数の制御対象を空間安定化する空間安定装置、空間安定方法、及び空間安定プログラム記憶媒体に関する。
　空間安定装置では、固定部と１つ以上の制御対象との間は、それぞれ１本の回転軸を備えた連結部を介して直列に連結され、連結部の回転角が制御される。
　空間安定装置の一例が、特許文献１に記載されている。特許文献１の空間安定装置は、制御対象であるアウタジンバル及びインナジンバルとアウタトルカと、インナトルカと、アウタサーボ増幅器と、インナサーボ増幅器とを備える。アウタトルカは、固定部に対するアウタジンバルの回転を駆動する。インナトルカは、アウタジンバルに対するインナジンバルの回転を駆動する。アウタサーボ増幅器は、アウタトルカの駆動信号を出力する。インナサーボ増幅器は、インナトルカの駆動信号を出力する。アウタジンバルは、固定部に対して１本の回転軸の回りに回転自在に連結される。インナジンバルは、アウタジンバルに対して１本の回転軸の回りに回転自在に連結され、ペイロードに固定される。アウタジンバルの回転軸方向と、インナジンバルの回転軸方向とは同じである。
　特許文献１には、２つの構成（以下、「構成１」、「構成２」という。）が記載されている。
　構成１は、上記の構成に加え、更に、慣性系に対するインナジンバルの回転軸回りの回転角度を検出するインナ慣性センサと、アウタジンバルに対するインナジンバルの回転角度を検出する角度センサとを備える。
　構成２は、構成１に加え、更に、慣性系に対するアウタジンバルの回転軸回りの回転角度を検出するアウタ慣性センサを備える。
　特許文献１の空間安定装置は、以下のように動作する。
　構成１及び構成２の両方において、インナサーボ増幅器は、インナ慣性センサの出力を入力して、インナ慣性センサの出力に基づいてインナトルカを駆動して、アウタジンバルに対するインナジンバルの回転角度を制御する。
　構成１では、アウタサーボ増幅器は、角度センサの出力を入力して、角度センサの出力に基づいてアウタトルカを駆動して、固定部に対するアウタジンバルの回転角度を制御する。
　構成２では、アウタサーボ増幅器は、アウタ慣性センサ及び角度センサの出力を入力して、アウタ慣性センサ及び角度センサの出力に基づいてアウタトルカを駆動して、固定部に対するアウタジンバルの回転角度を制御する。
　上記動作の結果、構成１の場合、インナジンバルは、インナ慣性センサからのフィードバックを有するので、インナサーボ増幅器を用いて空間安定化される。
　これに対して、構成２の場合、インナジンバルは、インナ慣性センサからのフィードバックを有するので、インナサーボ増幅器を用いて空間安定化される。構成２の場合、更に、アウタジンバルは、アウタ慣性センサからのフィードバックを有するので、アウタサーボ増幅器を用いて更に空間安定化され、空間安定性が向上される。
特開２００４－３６１１２１号公報（第２－４ページ、図１－２）
　特許文献１に開示されている技術では、構成１の場合、アウタ慣性センサが無いため、構成２の場合に比べて空間安定性が低いという問題がある。これに対して、構成２の場合、アウタ慣性センサを備えるため、構成１の場合に比べて追加の慣性センサが必要であるという問題がある。
　本発明の目的は、１つの慣性センサで高い空間安定性を実現できる空間安定装置、空間安定方法、及び空間安定プログラム記憶媒体を提供することにある。
　本発明の空間安定装置は、移動体に対し、第１の回転軸の回りに回転自在に連結される第１の制御対象と、第１の制御対象に対し、第２の回転軸の回りに回転自在に連結される第２の制御対象と、移動体と第１の制御対象のいずれかの角速度を計測して移動体と第１の制御対象のいずれかに固定された直交座標系の３つの成分の１つ以上の成分を含む第１の計測角速度信号を出力する慣性検出手段と、移動体に対する第１の制御対象の第１の角度に関する評価又は検出された角速度である角速度評価信号を出力する第１の角速度検出手段と、第１の角度の目標角度信号を出力する第１指令生成手段と、第１の制御対象に対する第２の制御対象の第２の角度の目標角度信号を出力する第２指令生成手段と、角速度評価信号に基づく信号と第１の計測角速度信号に基づく信号とを加算して、第２の計測角速度信号を出力する第１の加算手段と、第１の角度の目標角度信号に基づく信号と、第１の計測角速度信号に基づく信号とに基づいて、第１の角度を制御する第１の制御手段と、第２の角度の目標角度信号に基づく信号と、第２の計測角速度信号に基づく信号とに基づいて、第２の角度を制御する第２の制御手段と、を備えることを特徴とする。
　本発明によれば、１つの慣性センサで高い空間安定性を実現することが可能である。
本発明の第１の実施形態における空間安定装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態における空間安定装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態における空間安定装置の縮減された構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態における空間安定装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第５の実施形態における空間安定装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第６の実施形態における空間安定装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第７の実施形態における空間安定装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態における空間安定装置の最小限の構成を示すブロック図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態における空間安定装置１００の構成を示すブロック図である。尚、以下では、空間安定装置１００を取り付ける固定部と最終的な空間安定化対象であるペイロードとの間が、２つの連結部を介して、それぞれ１本の回転軸の回りに回転自在に連結される場合について説明する。以降、固定部に近い側の連結部の回転軸を「第１回転軸」、ペイロードに近い側の連結部の回転軸を「第２回転軸」という。
　本実施形態の空間安定装置１００は、第１制御対象１０３と、第１角度検出器１０４と、第１制御器１０５と、第１ドライバ１０６と、第１指令生成器１０７と、慣性センサ１０８と、第２制御対象１１３と、第２角度検出器１１４と、第２制御器１１５と、第２ドライバ１１６と、第２指令生成器１１７と、第１角速度検出器１１８と、第１加算器１２２と、第１座標変換器１２３と、第２座標変換器１２４と、第１軌道生成器１２５と、第１減算器１２６とを備える。
　第１制御対象１０３は、空間安定装置１００が取り付けられる固定部（図示なし）に対し１本の回転軸（第１回転軸）の回りに回転自在に連結される。
　第１角度検出器１０４は、請求項内の第１の角度検出手段であり、固定部に対する第１制御対象１０３の第１回転軸の回りの角度（以降、「第１角度」という。）の信号を出力する。
　第１制御器１０５は、請求項内の第１の制御手段であり、目標角度、及び検出又は推定した、現在の角度又は角速度の信号を入力して、第１制御対象１０３を制御する信号を第１ドライバ１０６に出力する。
　第１ドライバ１０６は、第１角度を制御する信号を入力して、第１制御対象１０３の第１回転軸の回りの回転（第１角度）を駆動する。以降、固定部に固定された座標系を「固定部座標系」又は「座標系０」という。尚、固定部は、空間安定装置１００が取り付けられる対象であり、固定部自体が不動物である必要はない。すなわち、固定部は、移動体、固定物、又は別の空間安定装置の制御対象であってもよい。
　尚、第１制御器１０５は、第１制御対象１０３を直接制御してもよい。第１制御器１０５が第１制御対象１０３を直接制御する場合には、第１制御器１０５は、目標角度、及び検出又は推定した、現在の角度又は角速度の信号を入力して、第１制御対象１０３を制御する。又、第１制御器１０５が第１制御対象１０３を直接制御する場合には、空間安定装置１００には、第１ドライバ１０６は含まれない。
　第１指令生成器１０７は、請求項内の第１指令生成手段であり、第１角度の目標角度の信号を出力する。
　尚、第１指令生成器１０７が出力する第１角度の目標角度は、第１軌道生成器１２５により、あらかじめ保持されてもよい。第１角度の目標角度が第１軌道生成器１２５によりあらかじめ保持される場合には、第１軌道生成器１２５は、あらかじめ設定された目標角度に従い、目標角度へ至るための角度軌道及び角速度軌道の信号を出力する。又、第１角度の目標角度が第１軌道生成器１２５によりあらかじめ保持される場合には、空間安定装置１００には、第１指令生成器１０７は含まれない。
　慣性センサ１０８は、請求項内の慣性検出手段であり、慣性センサ１０８に固定された直交座標系（以降、「慣性センサ座標系」という。）の３つの成分の角速度（以降、「動揺角速度」という。）信号を出力する。尚、慣性センサ１０８は、固定部に固定され、慣性センサ座標系は座標系０と一致するものとする。
　第２制御対象１１３は、第１制御対象１０３に対し１本の回転軸（第２回転軸）の回りに回転自在に連結される。尚、制御対象は、別の空間安定装置の固定部であってもよい。
　第２角度検出器１１４は、請求項内の第２の角度検出手段であり、第１制御対象１０３に対する第２制御対象１１３の第２回転軸の回りの角度（以降、「第２角度」という。）の信号を出力する。
　第２制御器１１５は、請求項内の第２の制御手段であり、目標角度、及び検出又は推定した、現在の角度又は角速度の信号を入力して、第２制御対象１１３を制御する信号を第２ドライバ１１６に出力する。
　第２ドライバ１１６は、第２角度を制御する角度の信号を入力して、第１制御対象１０３に対する第２制御対象１１３の第２回転軸の回りの回転（第２角度）を駆動する。
　尚、第２制御器１１５は、第２制御対象１１３を直接制御してもよい。第２制御器１１５が第２制御対象１１３を直接制御する場合には、第２制御器１１５は、目標角度、及び検出又は推定した、現在の角度又は角速度の信号を入力して、第２制御対象１１３を制御する。又、第２制御器１１５が第２制御対象１１３を直接制御する場合には、空間安定装置１００には、第２ドライバ１１６は含まれない。
　第２指令生成器１１７は、請求項内の第２の指令生成手段であり、第２角度の目標角度の信号を出力する。
　尚、第２指令生成器１１７が出力する第２角度の目標角度は、第２制御器１１５により、あらかじめ保持されてもよい。第２角度の目標角度が第２制御器１１５によりあらかじめ保持される場合には、第２制御器１１５は、あらかじめ設定された目標角度に従い、検出又は推定した、現在の角度又は角速度の信号を入力して、第２制御対象１１３を制御する信号を第２ドライバ１１６に出力する。又、第２角度の目標角度が第２制御器１１５によりあらかじめ保持される場合には、空間安定装置１００には、第２指令生成器１１７は含まれない。
　第１角速度検出器１１８は、請求項内の第１の角速度検出手段であり、第１角度の時間的変化率である制御対象角速度の信号を出力する。尚、第１角速度検出器１１８は、第１角度検出器１０４が出力する、第１角度の信号を入力して、第１角度の信号を時間微分して出力してもよい。又は、第１角速度検出器１１８は、第１制御器１０５の内部で状態推定器を構成して、第１角度と第１制御器１０５の出力である第１制御対象１０３を制御する信号から角速度の推定値の信号を生成し、角速度の推定値の信号を出力してもよい。
　第１加算器１２２は、請求項内の第１の加算手段であり、２つの入力信号を加算した信号を出力する。尚、第１加算器１２２は、入力信号の組が、それぞれ複数の成分を含むときは、成分毎に加算した信号を出力する。又、ある成分については、１つの入力信号しかなく、加算できない場合には、その成分については、第１加算器１２２は、入力信号をそのまま出力する。
　第１座標変換器１２３は、請求項内の第１座標変換手段であり、慣性センサ座標系における動揺角速度、第１角度及び第２角度の信号を入力する。そして、第１座標変換器１２３は、第１制御対象１０３に固定された座標系（以降、「第１座標系」又は「座標系１」という。）における動揺角速度の慣性センサ座標系から第１座標系への回転のオイラー角による３つの成分（以降、「第１座標系における動揺角速度のオイラー角成分」という。）の信号を出力する。尚、第１制御器１０５へフィードバックされる信号成分は、出力の３つの成分のうち、１つの第１角度の成分である。
　第２座標変換器１２４は、請求項内の第２座標変換手段であり、第１座標系における動揺角速度のオイラー角成分、及び第２角度の信号を入力する。そして、第２座標変換器１２４は、第２制御対象１１３に固定された座標系（以降、「第２座標系」又は「座標系２」という。）における動揺角速度の第１座標系から第２座標系への回転のオイラー角による３つの成分（以降、「第２座標系における動揺角速度のオイラー角成分」という。）の信号を出力する。尚、第２制御器１１５へフィードバックされる信号成分は、出力の３つの成分のうち、１つの第２角度の成分である。
　第１軌道生成器１２５は、請求項内の第１の軌道生成手段であり、目標角度の信号を入力して、目標角度へ至るための角度軌道及び角速度軌道の信号を出力する。尚、「軌道」とは、時間的な変化過程を意味する。
　第１減算器１２６は、請求項内の第１の減算手段であり、２つの入力信号の一方から他方を減算した信号を出力する。
　図２は、空間安定装置１００のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
　空間安定装置１００のコンピュータ９０７は、第１ドライバ１０６、第１角度検出器１０４、第２ドライバ１１６、第２角度検出器１１４、慣性センサ１０８、第１角速度検出器１１８とデータの送受信を行う。
　コンピュータ９０７は、記憶装置９０１と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９０３と、キーボード９０４と、モニタ９０５と、Ｉ／Ｏ（Input/Output）９０８とを備え、これらが内部バス９０６で接続される。
　Ｉ／Ｏ９０８は、第１ドライバ１０６、第１角度検出器１０４、第２ドライバ１１６、第２角度検出器１１４、慣性センサ１０８、第１角速度検出器１１８に接続される。Ｉ／Ｏ９０８は、コンピュータ９０７と、第１ドライバ１０６、第１角度検出器１０４、第２ドライバ１１６、第２角度検出器１１４、慣性センサ１０８、第１角速度検出器１１８とデータの送受信を行う。
　記憶装置９０１は、ＣＰＵ９０３の第１制御器１０５等の動作プログラム等を格納する。ＣＰＵ９０３は、コンピュータ９０７全体を制御し、記憶装置９０１に格納された動作プログラムを実行し、Ｉ／Ｏ９０８を介して第１制御器１０５等のプログラムの実行やデータの送受信を行なう。
　なお、コンピュータ９０７は、ＣＰＵ９０３のみを備え、外部に備えられた、記憶装置９０１、メモリ９０２、キーボード９０４、モニタ９０５、及びＩ／Ｏ９０８を用いて動作してもよい。
　次に、本実施形態の動作を説明する。
　第１制御器１０５は、第１角度に関し、第１軌道生成器１２５から目標角度軌道の信号を入力し、第１角度検出器１０４から第１角度の現在角度信号を入力する。
　又、第１制御器１０５は、慣性センサ１０８出力の第１座標系における動揺角速度のオイラー角成分の第１角度成分信号を入力する。
　第１制御器１０５は、目標角度軌道と現在角度の差分が０になるように、第１制御対象１０３を制御する信号を生成する。
　尚、第１制御器１０５は、負のフィードバックとして、第１座標変換器１２３から動揺角速度の第１角度成分を入力して目標角度軌道から減算し、動揺角度をキャンセルするように制御信号を出力する。その結果、第１制御対象１０３は、慣性空間に対して空間安定化するように角度を制御される。
　第１座標変換器１２３は、慣性センサ１０８の角速度出力の慣性センサ座標系の３つの成分の信号を入力する。又、第１座標変換器１２３は、第１角度検出器１０４から第１角度の信号を、第２角度検出器１１４から第２角度の信号を入力する。第１座標変換器１２３は、慣性センサ１０８の角速度出力を第１座標系のオイラー角成分に変換した信号を出力する。尚、出力の成分のうち、第１角度の成分の出力が第１制御器１０５にフィードバックされる。
　第１減算器１２６は、第１角速度検出器１１８からの現在角速度の信号から、第１軌道生成器１２５からの目標角速度軌道の信号を減算して、第１角度の微分である現在角速度からの、目標角速度の偏差信号を出力する。
　第１加算器１２２は、第１減算器１２６からの第１角度の現在角速度偏差の信号と、第１座標変換器１２３からの動揺角速度を第１座標系のオイラー角成分に変換した信号とを加算して、第１角度回りに関する角速度（以降、「第１残留動揺角速度」という。）の第１座標系のオイラー角成分の信号を出力する。
　第２座標変換器１２４は、第１残留動揺角速度の第１座標系におけるオイラー角成分の信号を入力する。又、第２座標変換器１２４は、第２角度検出器１１４から第２角度の信号を入力する。第２座標変換器１２４は、第１残留動揺角速度を第２座標系のオイラー角成分に変換した信号を出力する。尚、出力の成分のうち、第２角度の成分の出力が第２制御器１１５にフィードバックされる。
　第２制御器１１５は、第２角度に関し、第２指令生成器１１７から目標角度の信号を入力し、第２角度検出器１１４から第２角度の現在角度信号を入力する。尚、目標角度は、角度軌道ではない。
　又、第２制御器１１５は、第１座標系における第１残留動揺角速度のオイラー角成分の第２角度成分信号を入力する。
　第２制御器１１５は、目標角度と現在角度の差分が０になるように、第２制御対象１１３を制御する信号を生成する。
　尚、第２制御器１１５は、負のフィードバックとして、第２座標変換器１２４から第１残留動揺角速度の第２角度成分を入力して目標角度から減算し、残留動揺角度をキャンセルするように制御信号を出力する。その結果、第２制御対象１１３は、慣性空間に対して空間安定化するように角度を制御される。
　さて、以下では、座標系ｉから座標系ｋへの座標変換が行列kＣiで表されるものとする。座標系ｉに対する座標系ｋの回転のオイラー角による表現の一つであるロール角、ピッチ角、ヨー角による表現はφ、θ、Ψで表されるものとする。以下では、ロール角、ピッチ角、ヨー角の回転軸をロール軸、ピッチ軸、ヨー軸という。
　座標系ｉから座標系ｋへの座標変換の一例を数１で表す。
［数１］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　又、座標系０に対する座標系１の回転のロール角、ピッチ角、ヨー角による表現はφ1、θ1、Ψ1で、座標系１に対する座標系２の回転のロール角、ピッチ角、ヨー角による表現はφ2、θ2、Ψ2で表されるものとする。座標系０から座標系１への座標変換、座標系１から座標系２への座標変換は、それぞれ数２、数３で表される。
［数２］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
［数３］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
　又、座標系０に対する座標系１の回転のヨー角の回転軸と、第１回転軸の方向とが一致し、第１角度はΨ11で表されるものとする。又、座標系１を第１角度Ψ11回転した結果が座標系２と一致するものとし、座標系２の回転のヨー角の回転軸と、第２回転軸の方向とが一致し、第２角度はΨ22で表されるものとする。又、慣性センサ座標系における角速度は［ωx　ωy　ωz］Tで表されるものとする。又、第１座標変換器１２３の出力は［ωx1　ωy1　ωz1］Tで、第１加算器１２２の出力は［ωxa1　ωya1　ωza1］Tで、第２座標変換器１２４の出力は［ωx2　ωy2　ωz2］Tで表されるものとする。
　第１座標変換器１２３は、数４－数５に従い、入力を出力に変換する。その結果、慣性センサ座標系における角速度は、座標系１における角速度に変換される。又、第２座標変換器１２４は、数６に従い、入力を出力に変換する。その結果、座標系１における角速度は、座標系２における角速度に変換される。尚、慣性センサ座標系の３軸のうちの１軸（ｚ軸）を第１回転軸の方向に一致させる場合を示した。
［数４］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
［数５］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005
［数６］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006
　第１座標変換器１２３、第２座標変換器１２４は、それぞれ、数４－数５、数６以外に1-2-3 Euler angle sequenceを用いたオイラー角の時間微分の関係式である以下の数７、数８を利用した座標変換を行ってもよい。尚、慣性センサ座標系の３軸のうちの１軸（ｚ軸）を第１回転軸の方向に一致させる場合を示した。
［数７］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000007
［数８］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000008
　以上説明したように、本実施形態における空間安定装置１００は、１つの慣性センサで高い空間安定性を実現できる。その理由は、以下のとおりである。第１制御器１０５と第２制御器１１５の両方が、慣性センサ１０８の出力を利用して、まず第１制御器１０５にて動揺角度をキャンセルするように制御指令の信号を出力する。その結果、第１制御対象１０３は、慣性空間に対して空間安定化するように角度を制御される。同時に、第２制御器１１５は、第１制御対象１０３では除去できなかった残留動揺角度をキャンセルするように制御指令の信号を出力する。その結果、第２制御対象１１３は、慣性空間に対して空間安定化するように角度を制御される。
　尚、空間安定装置１００は、φ1＝θ1＝Ψ1＝０であるとき、慣性センサ座標系の３軸のうちの１軸（本実施形態ではｚ軸であるがｚ軸に限定されない）が第１回転軸及び第２回転軸の方向と一致していれば、慣性センサ座標系の３軸のうちの残り２軸の成分を０と置き換えた１成分の出力のみを利用して動作する。
　上記実施形態では、第１軌道生成器１２５の出力する角度軌道が目標角度である。そして、実施形態では、第１制御器１０５は、第１角度検出器１０４の出力である第１角度を現在角度として入力し、第１制御対象１０３の第１角度を制御する制御信号を生成するという角度制御を実施する。同様に、上記実施形態では、第２指令生成器１１７の出力が目標角度である。そして、第２制御器１１５は、第２角度検出器１１４の出力である第２角度を現在角度として入力し、第２制御対象１１３の第２角度を制御する制御信号を生成するという角度制御を実施する。
　しかしながら、上記実施形態は角度制御に限定されず、第１軌道生成器１２５の出力する角速度が目標角速度であってもよい。そして、第１制御器１０５は、第１角度検出器１０４の出力である第１角度を微分した角速度を現在角速度として入力し、第１制御対象１０３の第１角速度を制御する制御信号を生成するという角速度制御を行ってもよい。同様に第２指令生成器１１７の出力が目標角速度であってもよい。そして、第２制御器１１５は、第２角度検出器１１４の出力である第２角度を微分した角速度を現在角速度として入力し、第２制御対象１１３の第２角速度を制御する制御信号を生成するという角速度制御を行ってもよい。
　本発明に他の例である、縮減された構成を有する空間安定装置を図３に示す。
　上述のように、第１指令生成器１０７が出力する第１角度の目標角度は、第１軌道生成器１２５により、あらかじめ保持されてもよい。第１角度の目標角度が第１軌道生成器１２５によりあらかじめ保持される場合には、第１軌道生成器１２５は、あらかじめ設定された目標角度に従い、目標角度へ至るための角度軌道及び角速度軌道の信号を出力する。又、第１角度の目標角度が第１軌道生成器１２５によりあらかじめ保持される場合には、空間安定装置には、第１指令生成器１０７が含まれない。
　尚、第２指令生成器１１７が出力する第２角度の目標角度は、第２制御器１１５により、あらかじめ保持されてもよい。第２角度の目標角度が第２制御器１１５によりあらかじめ保持される場合には、第２制御器１１５は、あらかじめ設定された目標角度に従い、検出又は推定した、現在の角度又は角速度の信号を入力して、第２制御対象１１３を制御する信号を第２ドライバ１１６に出力する。又、第２角度の目標角度が第２制御器１１５によりあらかじめ保持される場合には、空間安定装置には、第２指令生成器１１７が含まれない。
　又、第１制御器１０５は、第１制御対象１０３を直接制御してもよい。第１制御器１０５が第１制御対象１０３を直接制御する場合には、第１制御器１０５は、目標角度、及び検出又は推定した、現在の角度又は角速度の信号を入力して、第１制御対象１０３を制御する。又、第１制御器１０５が第１制御対象１０３を直接制御する場合には、空間安定装置には、第１ドライバ１０６が含まれない。
　又、第２制御器１１５は、第２制御対象１１３を直接制御してもよい。第２制御器１１５が第２制御対象１１３を直接制御する場合には、第２制御器１１５は、目標角度、及び検出又は推定した、現在の角度又は角速度の信号を入力して、第２制御対象１１３を制御する。又、第２制御器１１５が第２制御対象１１３を直接制御する場合には、空間安定装置には、第２ドライバ１１６が含まれない。
　更に、図３の空間安定装置には、第１指令生成器１０７、第２指令生成器１１７、第１ドライバ１０６、又は第２ドライバ１１６が追加されてもよい。
　本発明に他の例である、最小限の構成を有する空間安定装置を図８に示す。
　第１制御器１０５の出力信号が、第１角度の検出信号とみなせる場合には、第１ドライバ１０６及び第１角度検出器１０４は省略可能である。
　第２制御器１１５の出力信号が、第２角度の検出信号とみなせる場合には、第２ドライバ１１６及び第２角度検出器１１４は省略可能である。
　第１角度の目標角度へ至るための角度軌道又は角速度軌道のいずれも制御されず、第１角度が制御される場合には、第１軌道生成器１２５及び第１減算器は省略可能である。
　慣性センサ座標系と第１制御対象１０３に固定された第１座標系とが一致する場合には、第1座標変換器１２３は省略可能である。つまり、慣性センサ１０８がと第１制御対象１０３に固定される場合には、第1座標変換器１２３は省略可能である。
　第１制御対象１０３に固定された第１座標系と第２制御対象１１３に固定された第２座標系とが一致する場合には、第２座標変換器１２４は省略可能である。つまり、第１制御対象１０３が固定部に対し回転自在に連結される第１回転軸と、第２制御対象１１３が第１制御対象１０３に対し回転自在に連結される第２回転軸とが一致する場合には、第２座標変換器１２４は省略可能である。
　すなわち、本発明に最小限の構成を有する空間安定装置１００は、第１の制御対象１０３と、第２の制御対象１１３と、慣性センサ１０８と、第１角速度検出器１１８と、第１指令生成器１０７と、第２指令生成器１１７と、第１加算器１２２と、第１制御器１０５と、第２制御器１１５と、を備える。
　第１の制御対象１０３は、移動体に対し、第１の回転軸の回りに回転自在に連結される。
　第２の制御対象１１３は、第１の制御対象１０３に対し、第２の回転軸の回りに回転自在に連結される。
　慣性センサ１０８は、移動体と第１の制御対象１０３のいずれかの角速度を計測して移動体と第１の制御対象１０３のいずれかに固定された直交座標系の３つの成分の１つ以上の成分を含む第１の計測角速度信号を出力する、請求項内の慣性検出手段である。
　第１角速度検出器１１８は、移動体に対する第１の制御対象１０３の第１の角度に関する評価又は検出された角速度である角速度評価信号を出力する、請求項内の第１の角速度検出手段である。
　第１指令生成器１０７は、第１の角度の目標角度信号を出力する、請求項内の第１指令生成手段である。
　第２指令生成器１１７は、第１の制御対象１０３に対する第２の制御対象１１３の第２の角度の目標角度信号を出力する、請求項内の第２指令生成手段である。
　第１加算器１２２は、角速度評価信号に基づく信号と第１の計測角速度信号に基づく信号とを加算して、第２の計測角速度信号を出力する、請求項内の第１の加算手段である。
　第１制御器１０５は、第１の角度の目標角度信号に基づく信号と、第１の計測角速度信号に基づく信号とに基づいて、第１の角度を制御する、請求項内の第１の制御手段である。
　第２制御器１１５は、第２の角度の目標角度信号に基づく信号と、第２の計測角速度信号に基づく信号とに基づいて、第２の角度を制御する、請求項内の第２の制御手段である。
（第２の実施形態）
　本発明の第２の実施形態における空間安定装置の構成は、図１に示した第１の実施形態における空間安定装置１００の構成と同じである。第１の実施形態と本実施形態とで共通する説明は省略し、第１の実施形態に対する本実施形態の相違点のみについて説明する。
　本発明の第１の実施形態では、慣性センサ１０８は、固定部に固定されるが、本実施形態では、慣性センサ１０８は、第１制御対象１０３に固定される。そのため、第１制御器１０５は、慣性センサ１０８の出力である動揺角速度を、第１座標変換器１２３が第１座標系におけるオイラー角成分に変換した角速度の第１角度成分の信号を入力する。
　第１座標変換器１２３は、数９に従い、入力を出力に変換する。その結果、慣性センサ座標系における角速度は、座標系１における角速度に変換される。
［数９］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000009
　尚、第１座標変換器１２３は、数９以外に1-2-3 Euler angle sequenceを用いたオイラー角の時間微分の関係式である以下の数１０を利用した座標変換を行ってもよいが、数１０は数９と同一である。
［数１０］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000010
　尚、空間安定装置は、慣性センサ座標系の３軸のうちの１軸（本実施形態ではｚ軸であるがｚ軸に限定されない）が第１回転軸及び第２回転軸の方向と一致していれば、慣性センサ座標系の３軸のうちの残り２軸の成分を０と置き換えた１成分の出力のみを利用して動作する。
　以上説明したように、本実施形態における空間安定装置は、１つの慣性センサで高い空間安定性を実現できる。その理由は、以下のとおりである。第１制御器１０５と第２制御器１１５の両方が、慣性センサ１０８の出力を利用して、まず第１制御器１０５にて動揺角度をキャンセルするように制御指令の信号を出力する。その結果、第１制御対象１０３は、慣性空間に対して空間安定化するように角度を制御される。同時に、第２制御器１１５は、第１制御対象１０３では除去できなかった残留動揺角度をキャンセルするように制御指令の信号を出力する。その結果、第２制御対象１１３は、慣性空間に対して空間安定化するように角度を制御される。
（第３の実施形態）
　本発明の第３の実施形態における空間安定装置の構成は、図１に示した第１の実施形態における空間安定装置の構成と同じである。第１の実施形態と本実施形態とで共通する説明は省略し、第１の実施形態に対する本実施形態の相違点のみについて説明する。
　本発明の第１の実施形態では、慣性センサ１０８は、固定部に固定されるが、本実施形態では、慣性センサ１０８は、第２制御対象１１３に固定される。そのため、第１制御器１０５は、慣性センサ座標系における動揺角速度を、第１座標変換器１２３が第１座標系におけるオイラー角成分に変換した角速度の信号を入力する。
　第１座標変換器１２３は、数１１に従い、入力を出力に変換する。その結果、慣性センサ座標系における角速度は、座標系１における角速度に変換される。
　以上説明したように、本実施形態における空間安定装置は、１つの慣性センサで高い空間安定性を実現できる。その理由は、以下のとおりである。第１制御器１０５と第２制御器１１５の両方が、慣性センサ１０８の出力を利用して、まず第１制御器１０５にて動揺角度をキャンセルするように制御指令の信号を出力する。その結果、第１制御対象１０３は、慣性空間に対して空間安定化するように角度を制御される。同時に、第２制御器１１５は、第１制御対象１０３では除去できなかった残留動揺角度をキャンセルするように制御指令の信号を出力する。その結果、第２制御対象１１３は、慣性空間に対して空間安定化するように角度を制御される。
［数１１］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000011
　尚、第１座標変換器１２３は、数１１以外に1-2-3 Euler angle sequenceを用いたオイラー角の時間微分の関係式である以下の数１２を利用した座標変換を行ってもよい。
［数１２］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000012
　尚、空間安定装置は、慣性センサ座標系の３軸のうちの１軸（本実施形態ではｚ軸であるがｚ軸に限定されない）が第１回転軸及び第２回転軸の方向と一致していれば、φ2＝θ2＝Ψ2＝０として、慣性センサ座標系の３軸のうちの残り２軸の成分を０と置き換えた１成分の出力のみを利用して動作する。
（第４の実施形態）
　図４は、本発明の第４の実施形態における空間安定装置の構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態と本実施形態とで共通する説明は省略し、本発明の第１の実施形態に対する本実施形態の相違点のみについて説明する。
　本実施形態の空間安定装置１００は、図１に示した第１の実施形態の構成に対して、第１積分器１０９と、第２積分器１１９と、を更に備える。
　第１積分器１０９は、入力信号を時間積分した信号を出力する。具体的には、後述の動揺角速度のオイラー角成分を積分し、動揺角度の第１角度成分信号に変換する。
　第２積分器１１９は、入力信号を時間積分した信号を出力する。
　第１制御器１０５は、慣性センサ１０８出力の第１座標系における動揺角速度のオイラー角成分を、第１積分器１０９が角度に変換した動揺角度の第１角度成分信号を入力する。
　尚、第１制御器１０５は、負のフィードバックとして、第１積分器１０９から動揺角度の第１角度成分を入力して目標角度軌道から減算し、動揺角度をキャンセルするように制御信号を出力する。その結果、第１制御対象１０３は、慣性空間に対して空間安定化するように角度を制御される。
　又、第２制御器１１５は、第１座標系における第１残留動揺角速度のオイラー角成分を、第２積分器１１９で角度に変換した残留動揺角度の第２角度成分信号を入力する。
　尚、第２制御器１１５は、負のフィードバックとして、第２積分器１１９から残留動揺角度の第２角度成分を入力して目標角度から減算し、残留動揺角度をキャンセルするように制御信号を出力する。その結果、第２制御対象１１３は、慣性空間に対して空間安定化するように角度を制御される。
　以上説明したように、本実施形態における空間安定装置は、１つの慣性センサで高い空間安定性を実現できる。その理由は、以下のとおりである。第１制御器１０５と第２制御器１１５の両方が、慣性センサ１０８の出力を、第１積分器１０９及び第２積分器１１９が角度に変換した出力を利用して、まず第１制御器１０５にて動揺角度をキャンセルするように制御指令の信号を出力する。その結果、第１制御対象１０３は、慣性空間に対して空間安定化するように角度を制御される。同時に、第２制御器１１５は、第１制御対象１０３では除去できなかった残留動揺角度をキャンセルするように第２制御器１１５から制御指令の信号を出力する。その結果、第２制御対象１１３は、慣性空間に対して空間安定化するように角度を制御される。
　尚、本実施形態では、第１の実施形態との相違点を説明した。しかしながら、本実施形態の慣性センサ１０８は、第１の実施形態と同様に固定部に固定されるものには限定されない。慣性センサ１０８は、角速度を出力するものであれば、第１積分器１０９又は第２積分器１１９はそれを時間積分して角度を出力できる。従って、本実施形態の慣性センサ１０８は、第２の実施形態と同様に第１制御対象１０３に固定されてもよいし、第３の実施形態と同様に第２制御対象１１３に固定されてもよい。
（第５の実施形態）
　図５は、本発明の第５の実施形態における空間安定装置の構成を示すブロック図である。本発明の第４の実施形態と本実施形態とで共通する説明は省略し、本発明の第４の実施形態に対する本実施形態の相違点のみについて説明する。
　本実施形態の空間安定装置１００は、図４に示した第４の実施形態の構成に対して、第１位相補償器１１０と、第２位相補償器１２０と、第３位相補償器１２７と、第４位相補償器１２９と、第１増幅器１１１と、第２増幅器１２１と、第３増幅器１２８と、第４増幅器１３０と、第１角度検出器１０４と、第１制御器１０５と、第１ドライバ１０６と、第１指令生成器１０７と、を更に備える。
　第１位相補償器１１０、第２位相補償器１２０、第３位相補償器１２７、第４位相補償器１２９は、それぞれの入力信号に、例えば、数１３に示す伝達関数で示すフィルタ処理を施し（数１３中のｆ1、ｆ2はユーザーが任意に設定できる周波数を示す）、それぞれの入力信号の位相をあらかじめ設定された周波数値に従い変化させた信号を出力する。
［数１３］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000013
　尚、ある変換器の入力及び出力信号が時刻ｔ≧０の関数ｘ（ｔ）及びｙ（ｔ）であるとき、そのラプラス変換をＸ（ｓ）及びＹ（ｓ）とすると、Ｙ（ｓ）／Ｘ（ｓ）を伝達関数という。時刻ｔ≧０で定義される関数ｆ（ｔ）のラプラス変換は、複素数ｓの関数である数１４で定義される。
［数１４］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000014
　第１増幅器１１１、第２増幅器１２１、第３増幅器１２８、第４増幅器１３０は、それぞれの入力信号のゲインを、それぞれにあらかじめ設定された値に従い変化させた信号を出力する。
　第１座標変換器１２３の出力と第１積分器１０９又は第１制御器１０５との間に、第１位相補償器１１０と第１増幅器１１１とが挿入される。そのため、慣性センサ１０８出力の第１座標系における動揺角速度のオイラー角成分または第１積分器１０９が角度に変換した動揺角度の第１角度成分信号の位相（慣性センサ１０８出力から第１角度までの遅延）とゲイン（動揺角度の第１角度成分の振幅と第１角度振幅の比）を調整することが可能である。第１位相補償器１１０が保持する位相特性と、第１増幅器１１１が保持するゲインの値とを変化させることにより、第１制御器１０５は遅延がなく最適なゲイン特性（ゲイン＝１）の信号を受けることが可能となり空間安定の応答性が向上する。
　第２座標変換器１２４の出力と第２積分器１１９と第２制御器１１５の間に、第２位相補償器１２０と第２増幅器１２１とが挿入される。そのため、第１座標系における第１残留動揺角速度のオイラー角成分または残留動揺角度の第２角度成分信号の位相（慣性センサ１０８出力から第２角度までの遅延）とゲイン（動揺角度の第２角度成分の振幅と第２角度振幅の比）を調整することが可能である。第２位相補償器１２０が保持する位相特性と、第２増幅器１２１が保持するゲインの値とを変化させることにより、第２制御器１１５は遅延がなく最適なゲイン特性（ゲイン＝１）の信号を受けることが可能となり空間安定の応答性が向上する。
　第１座標変換器１２３の出力と第１制御器１０５との間に、第３位相補償器１２７と第３増幅器１２８とが挿入される。そのため、慣性センサ１０８出力の第１座標系における動揺角速度のオイラー角成分信号の位相（遅延）とゲインを調整することが可能である。第１制御器１０５は、動揺角度の第１角度成分信号を目標とし検出角度信号のフィードバックを利用した制御（比例制御）を行う。第１制御器１０５は、更に、第１座標系における動揺角速度のオイラー角成分信号を目標とし検出角度の時間微分である検出角速度信号のフィードバックを利用した制御（微分制御）を行う。そのため、第１制御器１０５は、空間安定の応答性を向上できる。第３位相補償器１２７が保持する位相特性と、第３増幅器１２８が保持するゲインの値とを変化させることにより、第１制御器１０５は最適な位相およびゲイン特性の信号を受けることが可能である。
　第２座標変換器１２４の出力と第２制御器１１５との間に、第４位相補償器１２９と第４増幅器１３０とが挿入される。そのため、第２制御器１１５に対する第１座標系における第１残留動揺角速度のオイラー角成分信号の位相（遅延）とゲインを調整することが可能である。第２制御器１１５は、残留動揺角度の第２角度成分信号を目標とし検出角度信号のフィードバックを利用した制御（比例制御）を行う。第２制御器１１５は、更に、第１座標系における第１残留動揺角速度のオイラー角成分信号を目標とし検出角速度信号のフィードバックを利用して制御（微分制御）を行う。そのため、第２制御器１１５は、空間安定の応答性を向上できる。第４位相補償器１２９が保持する位相差の値と、第４増幅器１３０が保持するゲインの値とを変化させることにより、第２制御器１１５は最適な位相およびゲイン特性の信号を受けることが可能である。
　以上説明したように、本実施形態における空間安定装置は、第１の実施形態における効果に加えて、空間安定の応答性を向上できる。第１の理由は、第１制御器１０５と第２制御器１１５の両方が、第１位相補償器１１０及び第１増幅器１１１、又は、第２位相補償器１２０及び第２増幅器１２１を利用して、遅延がなく最適なゲインの動揺角度及び残留動揺角度信号を受けることが可能であるからである。第２の理由は、第１制御器１０５と第２制御器１１５の両方が、第３位相補償器１２７及び第３増幅器１２８、又は、第４位相補償器１２９及び第４増幅器１３０を利用して、遅延がなく最適なゲインの動揺角速度及び第１残留動揺角速度信号を受けることが可能であるからである。
　尚、本実施形態における空間安定装置は、第３位相補償器１２７及び第３増幅器１２８、第４位相補償器１２９及び第４増幅器１３０がない構成でもよい。この場合、第１制御器１０５と第２制御器１１５の両方が、遅延がなく最適なゲインの動揺角度及び残留動揺角度信号を受けることが可能である。また、本実施形態における空間安定装置は、第１位相補償器１１０及び第１増幅器１１１、第２位相補償器１２０及び第２増幅器１２１がない構成でもよい。この場合、第１制御器１０５と第２制御器１１５の両方が、遅延がなく最適なゲインの動揺角速度及び第１残留動揺角速度信号を受けることが可能である。
（第６の実施形態）
　図６は、本発明の第６の実施形態における空間安定装置の構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態及び本発明の第５の実施形態と本実施形態とで共通する説明は省略し、本実施形態の相違点のみについて説明する。
　本実施形態の空間安定装置１００は、図１に示した第１の実施形態の構成に対して、図５に示した第５の実施形態の第３増幅器１２８、第３位相補償器１２７、第４増幅器１３０、第４位相補償器１２９と、を更に備える。
　第３増幅器１２８、第３位相補償器１２７、第４増幅器１３０、第４位相補償器１２９は、図５に示した第５の実施形態の第３増幅器１２８、第３位相補償器１２７、第４増幅器１３０、第４位相補償器１２９と同等である。
　第１座標変換器１２３の出力と第１制御器１０５との間に、第３位相補償器１２７と第３増幅器１２８とが挿入される。そのため、慣性センサ１０８出力の第１座標系における動揺角速度のオイラー角成分信号の位相（遅延）とゲインを調整することが可能である。
　第１制御器１０５は、第１座標系における動揺角速度のオイラー角成分信号を目標とし、検出角度の時間微分である検出角速度信号のフィードバックを利用した制御（微分制御）を行うので、空間安定の応答性を向上できる。
　第３位相補償器１２７が保持する位相特性と、第３増幅器１２８が保持するゲインの値とを変化させることにより、第１制御器１０５は、最適な位相およびゲイン特性の信号を受けることが可能である。
　第２座標変換器１２４の出力と第２制御器１１５との間に、第４位相補償器１２９と第４増幅器１３０とが挿入される。そのため、第２制御器１１５に対する第１座標系における第１残留動揺角速度のオイラー角成分信号の位相（遅延）とゲインを調整することが可能である。
　第２制御器１１５は、第１座標系における第１残留動揺角速度のオイラー角成分信号を目標とし検出角速度信号のフィードバックを利用して制御（微分制御）を行うので、空間安定の応答性を向上できる。
　第４位相補償器１２９が保持する位相差の値と、第４増幅器１３０が保持するゲインの値とを変化させることにより、第２制御器１１５は、最適な位相およびゲイン特性の信号を受けることが可能である。
　以上説明したように、本実施形態における空間安定装置は、第１の実施形態における効果に加えて、空間安定の応答性を更に向上できる。その理由は、第１制御器１０５と第２制御器１１５の両方が、第３位相補償器１２７及び第３増幅器１２８、又は、第４位相補償器１２９及び第４増幅器１３０を利用して、遅延がなく最適なゲインの動揺角速度及び第１残留動揺角速度信号を受けることが可能であるからである。
　尚、本実施形態における空間安定装置１００は、第３位相補償器１２７及び第３増幅器１２８または第４位相補償器１２９及び第４増幅器１３０がない構成も可能である。
　又、本実施形態では、第１の実施形態との相違点を説明した。しかしながら、本実施形態の慣性センサ１０８は、第１の実施形態と同様に固定部に固定されるものには限定されない。慣性センサ１０８は、角速度又は角度の信号を出力するものであれば、第３位相補償器１２７、第４位相補償器１２９、第３増幅器１２８又は第４増幅器１３０は、信号の位相（遅延）とゲインを調整できる。従って、本実施形態の慣性センサ１０８は、第２の実施形態と同様に第１制御対象１０３に固定されてもよいし、第３の実施形態と同様に第２制御対象１１３に固定されてもよい。
　更に、空間安定装置１００は、第１の実施形態と同様に、第１積分器１０９、第２積分器１１９、第１増幅器１１１、第２増幅器１２１、第１位相補償器１１０、及び第２位相補償器１２０を含まない構成には限定されない。第１制御器１０５又は第２制御器１１５に対しフィードバック信号を出力する信号路は、角速度又は角速度を出力するものであれば、信号の位相（遅延）とゲインを調整できる。あるいは、第１制御器１０５又は第２制御器１１５に対しフィードバック信号を出力する信号路は、角速度の信号を入力するものであれば、第１積分器１０９又は第２積分器１１９を用いて角度の信号に変換できる。従って、本実施形態の空間安定装置１００は、第５の実施形態と同様に、第１積分器１０９、第２積分器１１９、第１増幅器１１１、第２増幅器１２１、第１位相補償器１１０、又は第２位相補償器１２０を含んでもよい。
（第７の実施形態）
　図７は、本発明の第７の実施形態における空間安定装置の構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態と本実施形態とで共通する説明は省略し、本発明の第１の実施形態に対する本実施形態の相違点のみについて説明する。
　本実施形態の空間安定装置１００は、図１に示した第１の実施形態の構成に対して、第１制御対象１０３が他の物体に対し２軸に回転自在に連結され、第２制御対象１１３が第１制御対象１０３に対し２軸に回転自在に連結される。第１制御対象１０３の２軸の回転軸のうち１軸は「第１回転軸」で、もう１軸を「第３回転軸」という。第２制御対象１１３の２軸の回転軸のうち１軸は「第２回転軸」で、もう１軸を「第４回転軸」という。尚、第１回転軸及び第２回転軸の方向と、第３回転軸及び第４回転軸の方向とは必ずしも一致してなくてよい。
　本実施形態の空間安定装置１００は、第１の実施形態の構成に対して、第１制御対象１０３の第３回転軸の制御系の一部である、第３角度検出器１３１、第３制御器１３２、第３ドライバ１３３、第３指令生成器１３４、第３軌道生成器１３５を更に備える。第３角度検出器１３１、第３制御器１３２、第３ドライバ１３３、第３指令生成器１３４、第３軌道生成器１３５は、それぞれ、第１制御対象１０３の第１回転軸の制御系の一部である、第１角度検出器１０４、第１制御器１０５、第１ドライバ１０６、第１指令生成器１０７、第１軌道生成器１２５と同じ機能を有する。
　本実施形態の空間安定装置１００は、第１の実施形態の構成に対して、第３角速度検出器１３６、第２加算器１４１、第２減算器１４２を更に備える。
　第３角速度検出器１３６は、第３角度の時間的変化率である制御対象角速度の信号を出力する。尚、第３角速度検出器１３６は、第３角度検出器１３１が出力する、第３角度の信号を入力して、第３角度の信号を時間微分して出力してもよい。又、第３角速度検出器１３６は、第３制御器１３２の内部で状態推定器を構成して、第３角度と第３制御器１３２の出力である第１制御対象１０３を制御する信号から角速度の推定値の信号を生成し、角速度の推定値の信号を出力してもよい。
　第２減算器１４２は、第１減算器１２６と同じ機能を有する。第２減算器１４２は、第３角速度検出器１３６からの現在角速度の信号から、第３軌道生成器１３５からの目標角速度軌道の信号を減算して、第３角度の微分である現在角速度からの、目標角速度の偏差信号を出力する。
　第２加算器１４１は、第１加算器１２２と同じ機能を有し、第２減算器１４２からの第３角度の現在角速度偏差の信号と、第１座標変換器１２３からの動揺角速度を第１座標系のオイラー角成分に変換した信号とを加算して、第３角度回りに関する残留動揺角速度（以降、「第３残留動揺角速度」という。）の第１座標系のオイラー角成分の信号を出力する。
　本実施形態の空間安定装置１００は、第１の実施形態の構成に対して、第２制御対象１１３の第４回転軸の制御系の一部である、第４角度検出器１３７、第４制御器１３８、第４ドライバ１３９、第４指令生成器１４０を更に備える。第４角度検出器１３７、第４制御器１３８、第４ドライバ１３９、第４指令生成器１４０は、それぞれ、第２制御対象１１３の第２回転軸の制御系の一部である、第２角度検出器１１４、第２制御器１１５、第２ドライバ１１６、第２指令生成器１１７と同じ機能を有する。
　慣性センサ１０８が第１の実施形態と同じく固定部に固定され、慣性センサ座標系は座標系０と一致するものとする。第１座標変換器１２３は、数１５－数１６に従い、入力を出力に変換する。第３角度はθ11で表されるものとする。その結果、慣性センサ座標系における角速度は、座標系１における角速度に変換される。又、第２座標変換器１２４は、数１７－数１８に従い、入力を出力に変換する。第４角度はθ22で表されるものとする。その結果、座標系１における角速度は、座標系２における角速度に変換される。
［数１５］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000015
［数１６］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000016
［数１７］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000017
［数１８］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000018
　第１座標変換器１２３、第２座標変換器１２４は、それぞれ、数１５－数１６、数１７－数１８以外に1-2-3 Euler angle sequenceを用いたオイラー角の時間微分の関係式である以下の数１９、数２０を利用した座標変換を行ってもよい。尚、慣性センサ座標系の３軸のうちの２軸（y軸、ｚ軸）をそれぞれ第３回転軸、第１回転軸の方向に一致させる場合を示した。
［数１９］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000019
［数２０］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000020
　以上説明したように、本実施形態における空間安定装置は、１つの慣性センサで高い空間安定性を実現できる。その理由は、以下のとおりである。慣性センサ１０８の出力を利用して、まず第１制御器１０５と第３制御器１３２は、第１回転軸と第３回転軸それぞれの動揺角度をキャンセルするように制御指令の信号を出力する。その結果、第１制御対象１０３は、慣性空間に対して空間安定化するように第１回転軸と第３回転軸それぞれの角度を制御される。それと同時に、第２制御器１１５および第４制御器１３８は、第１制御対象１０３では除去できなかった残留動揺角度をキャンセルするように制御指令の信号を出力する。その結果、第２制御対象１１３は、慣性空間に対して空間安定化するように第２回転軸と第４回転軸それぞれの角度を制御される。
　上記実施形態では、第１制御器１０５は、第１軌道生成器１２５の出力する角度軌道が目標角度である。そして、実施形態では、第１制御器１０５は、第１角度検出器１０４の出力である第１角度を現在角度として入力し、第１制御対象１０３の第１角度を制御する制御信号を生成するという角度制御を実施する。同様に第２制御器１１５、第３制御器１３２、第４制御器１３８も角度制御を実施する。しかながら、上記実施形態は角度制御に限定されず、第１軌道生成器１２５の出力する角速度が目標角速度であってもよい。そして、第１制御器１０５は、第１角度検出器１０４の出力である第１角度を微分した角速度を現在角速度として入力し、第１制御対象１０３の第１角速度を制御する制御信号を生成するという角速度制御を行ってもよい。同様に第２制御器１１５、第３制御器１３２、第４制御器１３８も、角速度制御を実施してもよい。
　尚、本実施形態では、第１の実施形態との相違点を説明した。しかしながら、空間安定装置１００は、第１の実施形態と同様に、第１積分器１０９、第２積分器１１９、第１増幅器１１１、第２増幅器１２１、第１位相補償器１１０、及び第２位相補償器１２０を含まない構成には限定されない。第１制御器１０５又は第２制御器１１５に対しフィードバック信号を出力する信号路は、角速度又は角速度を出力するものであれば、信号の位相（遅延）とゲインを調整できる。あるいは、第１制御器１０５又は第２制御器１１５に対しフィードバック信号を出力する信号路は、角速度の信号を入力するものであれば、第１積分器１０９又は第２積分器１１９を用いて角度の信号に変換できる。従って、本実施形態の空間安定装置１００は、第５の実施形態と同様に、第１積分器１０９、第２積分器１１９、第１増幅器１１１、第２増幅器１２１、第１位相補償器１１０、又は第２位相補償器１２０を含んでもよい。本実施形態の空間安定装置１００は、第３制御器１３２又は第４制御器１３８に対し、フィードバック信号を出力する信号路を構成するための、積分器、増幅器、又は位相補償器を含んでもよい。
（第８の実施形態）
　本発明の第８の実施形態における空間安定装置の構成は、以下に説明する構成を除いて、図７に示した第７の実施形態における空間安定装置の構成と同じである。第７の実施形態と本実施形態とで共通する説明は省略し、第７の実施形態に対する本実施形態の相違点のみについて説明する。
　本発明の第８の実施形態では、図７に示した構成において、第２角度検出器１１４から第１座標変換器１２３への信号と、第４角度検出器１３７から第１座標変換器１２３への信号と、第１角度検出器１０４から第１座標変換器１２３への信号とが不要である。
　本発明の第７の実施形態では、慣性センサ１０８は、固定部に固定されるが、本実施形態では、慣性センサ１０８は、第１制御対象１０３に固定される。そのため、第１制御器１０５は、慣性センサ１０８の出力である動揺角速度を、第１座標変換器１２３が第１座標系におけるオイラー角成分に変換した角速度の第１角度成分の信号を入力する。また、第３制御器１３２は、慣性センサ１０８の出力である動揺角速度を、第１座標変換器１２３が第１座標系におけるオイラー角成分に変換した角速度の第３角度成分の信号を入力する。第１座標変換器１２３は、数２１に従い、入力を出力に変換する。その結果、慣性センサ座標系における角速度は、座標系１における角速度に変換される。
［数２１］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000021
　尚、第１座標変換器１２３は、数２１以外に1-2-3 Euler angle sequenceを用いたオイラー角の時間微分の関係式である以下の数２２を利用した座標変換を行ってもよいが、数２２は数２１と同一である。
［数２２］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000022
　以上説明したように、本実施形態における空間安定装置は、１つの慣性センサで高い空間安定性を実現できる。その理由は、以下のとおりである。第１制御器１０５と第３制御器１３２の両方が、慣性センサ１０８の出力を利用して、まず第１回転軸と第３回転軸それぞれの動揺角度をキャンセルするように制御指令の信号を出力する。その結果、第１制御対象１０３は、慣性空間に対して空間安定化するように第１回転軸と第３回転軸それぞれの角度を制御される。同時に、第２制御器１１５および第４制御器１３８の両方が、第１制御対象１０３では除去できなかった残留動揺角度をキャンセルするように制御指令の信号を出力する。その結果、第２制御対象１１３は、慣性空間に対して空間安定化するように第２回転軸と第４回転軸それぞれの角度を制御される。
（第９の実施形態）
　本発明の第９の実施形態における空間安定装置の構成は、図７に示した第７の実施形態における空間安定装置の構成と同じである。第７の実施形態と本実施形態とで共通する説明は省略し、第７の実施形態に対する本実施形態の相違点のみについて説明する。
　本発明の第７の実施形態では、慣性センサ１０８は、固定部に固定されるが、本実施形態では、慣性センサ１０８は、第２制御対象１１３に固定される。そのため、第２制御器１１５は、慣性センサ１０８の出力である動揺角速度を、第２座標変換器１２４が第２座標系におけるオイラー角成分に変換した角速度の第２角度成分の信号を入力する。また、第４制御器１３８は、慣性センサ１０８の出力である動揺角速度を、第２座標変換器１２４が第２座標系におけるオイラー角成分に変換した角速度の第４角度成分の信号を入力する。第２座標変換器１２４は、数２３に従い、入力を出力に変換する。その結果、慣性センサ座標系における角速度は、座標系２における角速度に変換される。
［数２３］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000023
　尚、第２座標変換器１２４は、数２３以外に1-2-3 Euler angle sequenceを用いたオイラー角の時間微分の関係式である以下の数２４を利用した座標変換を行ってもよい。
［数２４］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000024
　以上説明したように、本実施形態における空間安定装置は、１つの慣性センサで高い空間安定性を実現できる。その理由は、以下のとおりである。第１制御器１０５と第３制御器１３２の両方が、慣性センサ１０８の出力を利用して、まず第１回転軸と第３回転軸それぞれの動揺角度をキャンセルするように制御指令の信号を出力する。その結果、第１制御対象１０３は、慣性空間に対して空間安定化するように第１回転軸と第３回転軸それぞれの角度を制御される。同時に、第２制御器１１５および第４制御器１３８の両方が、第１制御対象１０３では除去できなかった残留動揺角度をキャンセルするように制御指令の信号を出力する。その結果、第２制御対象１１３は、慣性空間に対して空間安定化するように第２回転軸と第４回転軸それぞれの角度を制御される。
　以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　[付記１]
　移動体に対し、第１の回転軸の回りに回転自在に連結される第１の制御対象と、
　前記第１の制御対象に対し、第２の回転軸の回りに回転自在に連結される第２の制御対象と、
前記移動体と前記第１の制御対象のいずれかの角速度を計測して前記移動体と前記第１の制御対象のいずれかに固定され、第１の制御対象の第１の計測角速度信号を出力する慣性検出手段と、
　前記移動体に対する前記第１の制御対象の第１の角度に関する評価又は検出された角速度である角速度評価信号を出力する第１の角速度検出手段と、
　前記第１の角度の目標角度信号を出力する第１指令生成手段と、
前記第１の制御対象に対する前記第２の制御対象の第２の角度の目標角度信号を出力する第２指令生成手段と、
　前記角速度評価信号に基づく信号と前記第１の計測角速度信号に基づく信号とを加算して、第２の計測角速度信号を出力する第１の加算手段と、
　前記第１の角度の目標角度信号に基づく信号と、前記第１の計測角速度信号に基づく信号とに基づいて、前記第１の角度を制御する第１の制御手段と、
　第２の角度の目標角度信号に基づく信号と、前記第２の計測角速度信号に基づく信号とに基づいて、前記第２の角度を制御する第２の制御手段と、
を備えることを特徴とする空間安定装置。
[付記２]
前記移動体に対する前記第１の制御対象の第１の角度を検出して、第１の角度検出信号を出力する第１の角度検出手段と、
　前記第１の制御対象に対する前記第２の制御対象の第２の角度を検出して、第２の角度検出信号を出力する第２の角度検出手段と、
をさらに有することを特徴とする付記１に記載の空間安定装置。
[付記３]
前記第１の計測角速度信号、及び前記第１の角度検出信号又は前記第２の角度検出信号を入力して、前記第１の計測角速度信号を前記第１の角度に関する成分を含む１つ以上のオイラー角成分に変換し、前記第1の計測角速度信号に基づく信号を出力する第１座標変換手段を有することを特徴とする付記１または２に記載の空間安定装置。
　[付記４]
前記第２の計測角速度信号、及び前記第２の角度検出信号を入力して、前記第２の計測角速度信号を前記第２の角度に関する成分を含む１つ以上のオイラー角成分に変換し、前記第２の計測角速度信号に基づく信号の１つ以上の成分を出力する第２の座標変換手段と、を有することを特徴とする付記１から３に記載の空間安定装置。
[付記５]
前記第１指令生成手段により出力された前記第１の角度の目標角度の信号が入力して、前記第１の目標角度へ至る角度軌道である第１の目標角度信号及び前記角度軌道に対応する角速度軌道である前記第１の角度の目標角度信号に基づく信号を出力する第１の軌道生成手段と、
前記角速度評価信号から前記第１の角度の目標角度信号に基づく信号を減算して偏差角速度信号を出力する第１の減算手段と、
を有することを特徴とする付記１から４に記載の空間安定装置。
[付記６]
　前記第１の計測角速度信号の１つの成分を時間積分して第１の計測角度信号の１つの成分を第1制御手段へ出力する第１の積分手段と、
　前記第２の計測角速度信号の１つの成分を時間積分して第２の計測角度信号の１つの成分を第2制御手段へ出力する第２の積分手段と、
を更に有する、ことを特徴とする付記１から５に記載の空間安定装置。
[付記７]
　前記第1の計測角速度信号に基づく信号の１つの成分の位相をあらかじめ設定された第１の値に従い変化させた信号を出力する第１の位相補償手段と、
　前記第１の位相補償手段が出力する信号のゲインをあらかじめ設定された第２の値に従い変化させた信号を前記第１の積分手段へ出力する第１の増幅手段と、
　前記第２の計測角速度信号に基づく信号の１つの成分の位相をあらかじめ設定された第３の値に従い変化させた信号を出力する第２の位相補償手段と、
　前記第２の位相補償手段が出力する信号のゲインをあらかじめ設定された第４の値に従い変化させた信号を前記第２の積分手段へ出力する第２の増幅手段と、
を更に備えることを特徴とする付記１から６に記載の空間安定装置。
[付記８]
　前記第１の計測角速度信号に基づく信号の１つの成分の位相をあらかじめ設定された第５の値に従い変化させた信号を出力する第３の位相補償手段と、
　前記第３の位相補償手段が出力する信号のゲインをあらかじめ設定された第６の値に従い変化させた信号を前記第１の制御手段へ出力する第３の増幅手段と、
　前記第２の計測角速度信号に基づく信号の１つの成分の位相をあらかじめ設定された第７の値に従い変化させた信号を出力する第４の位相補償手段と、
　前記第４の位相補償手段が出力する信号のゲインをあらかじめ設定された第８の値に従い変化させた信号を前記第２の制御手段へ出力する第４の増幅手段と、
を更に備えることを特徴とする付記７に記載の空間安定装置。
[付記９]
　移動体に対し、第１の回転軸の回りに回転自在に連結される第１の制御対象と、前記第１の制御対象に対し、第２の回転軸の回りに回転自在に連結される第２の制御対象と、を備える空間安定装置が備えるコンピュータを、
　　前記移動体と前記第１の制御対象のいずれかの角速度を計測して前記移動体と前記第１の制御対象のいずれかに固定された直交座標系の３つの成分の１つ以上の成分を含む第１の計測角速度信号を出力する慣性検出手段と、
　前記移動体に対する前記第１の制御対象の第１の角度に関する評価又は検出された角速度である角速度評価信号を出力する第１の角速度検出手段と、
　前記第１の角度の目標角度信号を出力する第１指令生成手段と、
前記第１の制御対象に対する前記第２の制御対象の第２の角度の目標角度信号を出力する第２指令生成手段と、
　前記角速度評価信号に基づく信号と前記第１の計測角速度信号に基づく信号とを加算して、第２の計測角速度信号を出力する第１の加算手段と、
　前記第１の角度の目標角度信号に基づく信号と、前記第１の計測角速度信号に基づく信号とに基づいて、前記第１の角度を制御する第１の制御手段と、
　第２の角度の目標角度信号に基づく信号と、前記第２の計測角速度信号に基づく信号とに基づいて、前記第２の角度を制御する第２の制御手段と、
して機能させるための空間安定プログラムを格納した非一時的な記憶媒体。
[付記１０]
　移動体に対し第１の回転軸の回りに回転自在に連結される第１の制御対象の、前記他の物体に対する第１の角度を検出して、第１の角度検出信号を出力し、
　前記第１の制御対象に対し第２の回転軸の回りに回転自在に連結される第２の制御対象の、前記第１の制御対象に対する第２の角度を検出して、第２の角度検出信号を出力し、
　前記移動体と前記第１の制御対象のいずれかの角速度を計測して前記移動体と前記第１の制御対象のいずれかに固定された直交座標系の３つの成分の１つ以上の成分を含む第１の計測角速度信号を出力し、
　前記移動体に対する前記第１の制御対象の第１の角度に関する評価又は検出された角速度である角速度評価信号を出力し、
　前記第１の角度の目標角度信号を出力し、
前記第１の制御対象に対する前記第２の制御対象の第２の角度の目標角度信号を出力し、
　前記角速度評価信号に基づく信号と前記第１の計測角速度信号に基づく信号とを加算して、第２の計測角速度信号を出力し、
　前記第１の角度の目標角度信号に基づく信号と、前記第１の計測角速度信号に基づく信号とに基づいて、前記第１の角度を制御し、
　第２の角度の目標角度信号に基づく信号と、前記第２の計測角速度信号に基づく信号とに基づいて、前記第２の角度を制御し、
を備えることを特徴とする空間安定方法。
[付記１１]
　前記慣性検出手段は、前記移動体に固定されたことを特徴とする付記１から８に記載の空間安定装置。
[付記１２]
　前記慣性検出手段は、前記第１の制御対象に固定されたことを特徴とする付記１から８に記載の空間安定装置。
[付記１３]
　前記慣性検出手段は、前記第２の制御対象に固定されたことを特徴とする付記１から８に記載の空間安定装置。
[付記１３]
　前記前記移動体に対する前記第１の制御対象の第１の角度に関する評価とは、前記第１の角度を微分して算出した角速度に基づく信号であることを特徴とする付記１から８に記載の空間安定装置。
　[付記１４]
前記第１の角速度検出手段は、第１の制御対象の第１の角度に関する角速度を推定する推定手段をさらに有し、
　前記前記移動体に対する前記第１の制御対象の第１の角度に関する評価とは、前記推定手段により推定された角速度に基づく信号であることを特徴とする付記１から８に記載の空間安定装置。
　[付記１５]
　前記第１の角速度検出手段は、第１の制御対象の第１の角度に関する角速度を推定する推定手段をさらに有し、
　前記検出された角速度である角速度評価信号とは、前記推定手段により推定された角速度に基づく信号であることを特徴とする付記１から８に記載の空間安定装置。
[付記１６]
付記１から８に記載の空間安定装置はさらに、前記第１の制御対象の第１の角度に対する角速度検出手段をさらに有し、
前記検出された角速度である角速度評価信号とは、前記角速度検出手段により算出された角速度であることを特徴とする付記１から８に記載の空間安定装置。
　この出願は、２０１３年２月２０日に出願された日本出願特願２０１３－０３１２３５を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (10)

  1. 　移動体に対し、第１の回転軸の回りに回転自在に連結される第１の制御対象と、
    　前記第１の制御対象に対し、第２の回転軸の回りに回転自在に連結される第２の制御対象と、
    　前記移動体と前記第１の制御対象のいずれかの角速度を計測して前記移動体と前記第１の制御対象のいずれかに固定された直交座標系の３つの成分の１つ以上の成分を含む第１の計測角速度信号を出力する慣性検出手段と、
    　前記移動体に対する前記第１の制御対象の第１の角度に関する評価又は検出された角速度である角速度評価信号を出力する第１の角速度検出手段と、
    　前記第１の角度の目標角度信号を出力する第１指令生成手段と、
    　前記第１の制御対象に対する前記第２の制御対象の第２の角度の目標角度信号を出力する第２指令生成手段と、
    　前記角速度評価信号に基づく信号と前記第１の計測角速度信号に基づく信号とを加算して、第２の計測角速度信号を出力する第１の加算手段と、
    　前記第１の角度の目標角度信号に基づく信号と、前記第１の計測角速度信号に基づく信号とに基づいて、前記第１の角度を制御する第１の制御手段と、
    　前記第２の角度の目標角度信号に基づく信号と、前記第２の計測角速度信号に基づく信号とに基づいて、前記第２の角度を制御する第２の制御手段と、
    を備えることを特徴とする空間安定装置。
  2. 　前記移動体に対する前記第１の制御対象の第１の角度を検出して、第１の角度検出信号を出力する第１の角度検出手段と、
    　前記第１の制御対象に対する前記第２の制御対象の第２の角度を検出して、第２の角度検出信号を出力する第２の角度検出手段と、
    をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の空間安定装置。
  3. 　前記第１の計測角速度信号、及び前記第１の角度検出信号又は前記第２の角度検出信号を入力して、前記第１の計測角速度信号を前記第１の角度に関する成分を含む１つ以上のオイラー角成分に変換し、前記第1の計測角速度信号に基づく信号を出力する第１座標変換手段
    をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の空間安定装置。
  4. 　前記第２の計測角速度信号、及び前記第２の角度検出信号を入力して、前記第２の計測角速度信号を前記第２の角度に関する成分を含む１つ以上のオイラー角成分に変換し、前記第２の計測角速度信号に基づく信号の１つ以上の成分を出力する第２の座標変換手段と、
    をさらに有することを特徴とする請求項１から３に記載の空間安定装置。
  5. 　前記第１指令生成手段により出力された前記第１の角度の目標角度の信号が入力して、前記第１の目標角度へ至る角度軌道である第１の目標角度信号及び前記角度軌道に対応する角速度軌道である前記第１の角度の目標角度信号に基づく信号を出力する第１の軌道生成手段と、
    　前記角速度評価信号から前記第１の角度の目標角度信号に基づく信号を減算して偏差角速度信号を出力する第１の減算手段と、
    をさらに有することを特徴とする請求項１から４に記載の空間安定装置。
  6. 　前記第１の計測角速度信号の１つの成分を時間積分して第１の計測角度信号の１つの成分を第1制御手段へ出力する第１の積分手段と、
    　前記第２の計測角速度信号の１つの成分を時間積分して第２の計測角度信号の１つの成分を第2制御手段へ出力する第２の積分手段と、
    を更に有する、ことを特徴とする請求項１から５に記載の空間安定装置。
  7. 　前記第1の計測角速度信号に基づく信号の１つの成分の位相をあらかじめ設定された第１の値に従い変化させた信号を出力する第１の位相補償手段と、
    　前記第１の位相補償手段が出力する信号のゲインをあらかじめ設定された第２の値に従い変化させた信号を前記第１の積分手段へ出力する第１の増幅手段と、
    　前記第２の計測角速度信号に基づく信号の１つの成分の位相をあらかじめ設定された第３の値に従い変化させた信号を出力する第２の位相補償手段と、
    　前記第２の位相補償手段が出力する信号のゲインをあらかじめ設定された第４の値に従い変化させた信号を前記第２の積分手段へ出力する第２の増幅手段と、
    を更に備えることを特徴とする請求項１から６に記載の空間安定装置。
  8. 　前記第１の計測角速度信号に基づく信号の１つの成分の位相をあらかじめ設定された第５の値に従い変化させた信号を出力する第３の位相補償手段と、
    　前記第３の位相補償手段が出力する信号のゲインをあらかじめ設定された第６の値に従い変化させた信号を前記第１の制御手段へ出力する第３の増幅手段と、
    　前記第２の計測角速度信号に基づく信号の１つの成分の位相をあらかじめ設定された第７の値に従い変化させた信号を出力する第４の位相補償手段と、
    　前記第４の位相補償手段が出力する信号のゲインをあらかじめ設定された第８の値に従い変化させた信号を前記第２の制御手段へ出力する第４の増幅手段と、
    を更に備えることを特徴とする請求項７に記載の空間安定装置。
  9. 　移動体に対し、第１の回転軸の回りに回転自在に連結される第１の制御対象と、前記第１の制御対象に対し、第２の回転軸の回りに回転自在に連結される第２の制御対象と、を備えた空間安定装置が備えるコンピュータを、
    　前記移動体と前記第１の制御対象のいずれかの角速度を計測して前記移動体と前記第１の制御対象のいずれかに固定された直交座標系の３つの成分の１つ以上の成分を含む第１の計測角速度信号を出力する慣性検出手段と、
    　前記移動体に対する前記第１の制御対象の第１の角度に関する評価又は検出された角速度である角速度評価信号を出力する第１の角速度検出手段と、
    　前記第１の角度の目標角度信号を出力する第１指令生成手段と、
    　前記第１の制御対象に対する前記第２の制御対象の第２の角度の目標角度信号を出力する第２指令生成手段と、
    　前記角速度評価信号に基づく信号と前記第１の計測角速度信号に基づく信号とを加算して、第２の計測角速度信号を出力する第１の加算手段と、
    　前記第１の角度の目標角度信号に基づく信号と、前記第１の計測角速度信号に基づく信号とに基づいて、前記第１の角度を制御する第１の制御手段と、
    　前記第２の角度の目標角度信号に基づく信号と、前記第２の計測角速度信号に基づく信号とに基づいて、前記第２の角度を制御する第２の制御手段と、
    して機能させるための空間安定プログラムを格納した非一時的な記憶媒体。
  10. 　移動体に対し第１の回転軸の回りに回転自在に連結される第１の制御対象の、前記移動体に対する第１の角度を検出して、第１の角度検出信号を出力し、
    　前記第１の制御対象に対し第２の回転軸の回りに回転自在に連結される第２の制御対象の、前記第１の制御対象に対する第２の角度を検出して、第２の角度検出信号を出力し、
    　前記移動体と前記第１の制御対象のいずれかの角速度を計測して前記移動体と前記第１の制御対象のいずれかに固定された直交座標系の３つの成分の１つ以上の成分を含む第１の計測角速度信号を出力し、
    　前記移動体に対する前記第１の制御対象の第１の角度に関する評価又は検出された角速度である角速度評価信号を出力し、
    　前記第１の角度の目標角度信号を出力し、
    　前記第１の制御対象に対する前記第２の制御対象の第２の角度の目標角度信号を出力し、
    　前記角速度評価信号に基づく信号と前記第１の計測角速度信号に基づく信号とを加算して、第２の計測角速度信号を出力し、
    　前記第１の角度の目標角度信号に基づく信号と、前記第１の計測角速度信号に基づく信号とに基づいて、前記第１の角度を制御し、
    　前記第２の角度の目標角度信号に基づく信号と、前記第２の計測角速度信号に基づく信号とに基づいて、前記第２の角度を制御する、
    ことを特徴とする空間安定方法。
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