Six-DoF Stewart Platform Motion Simulator Control using Switchable Model Predictive Control

要約

高剛性、操縦性、強度と重量の比率の優れたメカニズムの特性により、6度（DOF）スチュワート構造は、トレーニングパイロット中にモーション感情を複製するためのフライトシミュレータープラットフォームを構築するために広く採用されています。
従来のシリアルリンクマニピュレーターベースのメカニズムとは異なり、複雑な飛行ステータスにおける動揺予防および回復トレーニング（UPRT）は、多くの場合、シミュレータの角速度の大きな速度と激しい変化率を伴うことがよくあります。
ただし、クラシックウォッシュアウトフィルター（CWF）ベースのモーションキューイングアルゴリズム（MCA）は、高精度のパフォーマンス要件を満たすためにモーターを駆動する迅速な応答を提供する制限を示しています。
このペーパーは、制限された線形ワークスペースを制御することにより、六角形ベースのモーションシミュレーターで効率的であることが証明されるモデル予測制御（MPC）ベースのMCAを活用することを目的としています。
ターミナル制約（COTC）の抽出からの不確実性と制御ソリューションエラーに関して、このホワイトペーパーでは、ソリューションの不確実性と不正確さを軽減するために、モデル適応アーキテクチャの下での切り替え可能なモデル予測制御（S-MPC）ベースのMCAを提案します。
シミュレーター動作エンベロープ内のCOTCを使用したMPCベースのMCAを使用して、高精度の追跡が達成可能であることが確認されています。
提案された方法は、動作エンベロープの外側のCOTCなしでMPCベースのMCAに切り替えることにより、最適な追跡ソリューションを提供します。
平均絶対スケール（AAS）評価基準に続く水平ストール条件でUPRTを実証することにより、提案されたS-MPCベースのMCAは、MPCベースのMCAおよびSWFベースのMCAをそれぞれ42.34％および65.30％上回ります。

要約(オリジナル)

Due to excellent mechanism characteristics of high rigidity, maneuverability and strength-to-weight ratio, 6 Degree-of-Freedom (DoF) Stewart structure is widely adopted to construct flight simulator platforms for replicating motion feelings during training pilots. Unlike conventional serial link manipulator based mechanisms, Upset Prevention and Recovery Training (UPRT) in complex flight status is often accompanied by large speed and violent rate of change in angular velocity of the simulator. However, Classical Washout Filter (CWF) based Motion Cueing Algorithm (MCA) shows limitations in providing rapid response to drive motors to satisfy high accuracy performance requirements. This paper aims at exploiting Model Predictive Control (MPC) based MCA which is proved to be efficient in Hexapod-based motion simulators through controlling over limited linear workspace. With respect to uncertainties and control solution errors from the extraction of Terminal Constraints (COTC), this paper proposes a Switchable Model Predictive Control (S-MPC) based MCA under model adaptive architecture to mitigate the solution uncertainties and inaccuracies. It is verified that high accurate tracking is achievable using the MPC-based MCA with COTC within the simulator operating envelope. The proposed method provides optimal tracking solutions by switching to MPC based MCA without COTC outside the operating envelope. By demonstrating the UPRT with horizontal stall conditions following Average Absolute Scale(AAS) evaluation criteria, the proposed S-MPC based MCA outperforms MPC based MCA and SWF based MCA by 42.34% and 65.30%, respectively.

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