制御環境の構築

吊り荷のYaw角を制御するため、クレーン、制御装置、吊り荷、ロープおよび風外乱を含むシミュレーション環境を構築しました。

制御目標

約60秒の制御期間内に、吊り荷を目標 Yaw 角 90° へ到達させることを目標とします。

クレーンは約 55 秒かけて 90° まで旋回し、その後は 60 秒まで旋回を停止します。制御装置は、クレーンの旋回中も吊り荷を目標 Yaw 角へ制御します。

2 点吊りおよび 4 点吊りの複数の吊り荷を用い、形状や慣性の違いに対して同じ制御方式を適用できるかを評価します。

吊り荷の上部に4基のスラスターを備えた制御装置を配置します。各スラスターの出力を組み合わせることで、時計回りまたは反時計回りの回転力を発生させます。

各スラスターを単独で最大出力（250 N）とした場合の動作例です。対角位置のスラスターは同じ回転方向のYawモーメントを発生します。強化学習モデルは 4 基の出力を組み合わせることで、目標 Yaw 角へ制御します。

制御モデルは 3Hz（約333 ms）ごとに4基のスラスター出力を更新します。シミュレーションは 30fps で動作するため、算出した出力を約 10 フレーム保持してから次の制御周期へ更新します。

30 fpsシミュレーション

3Hz制御出力の更新

10 frames同じ出力を保持

スラスターの実際の推力は、正規化出力値に最大出力を掛けて算出します。

制御性能を評価するため、無風、一方向の風外乱、風向が時間とともに変化する円軌道外乱の3条件を設定しました。条件を段階的に複雑化し、外乱に対する制御の堅牢性を評価します。