JPH02100111A

JPH02100111A - 三軸姿勢制御装置

Info

Publication number: JPH02100111A
Application number: JP63252712A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Kishimoto; 仁岸本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-10-06
Filing date: 1988-10-06
Publication date: 1990-04-12
Anticipated expiration: 2013-09-17
Also published as: JP2798938B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、例えば人工衛星等の三軸姿勢制御を行なう
宇宙航行体に用いられる三軸姿±）制御装置に関する。

（従来の技術）従来より、人工衛星においては、慣性空間における姿勢
の安定化と共に、目標に対する安定化が優れていること
で、三軸姿勢制御が採用されている。

ところで、このような三軸姿勢制御を行なう三軸姿勢制
御装置としては、三軸（ロール、ピッチ。

ヨー軸）回りの角速度をそれぞれ検出するジャイロと、
これらジャイロの三軸回りの角速度出力信号に含まれる
オフセット誤差を検出して補正するために用いられる姿
勢角検出センサとで構成され、そのジャイロで検出した
角速度出力信号からオフセット誤差を補正した三輪の制
御信号を生成し、姿勢制御系を駆動制御する。この際、
オフセット誤差検出用の姿勢角検出センサは、例えば太
陽と地球という異種の目標に対して異種の太陽センサと
地球センサがそれぞれ対向配設されて、同時に三軸回り
の姿勢を観測したり、太陽または地球という同一の目標
に対して衛星上の配置位置を変えて複数の太陽センサま
たは地球センサが配設されて、その姿勢を変更しながら
順次三軸回りの姿勢を観δＩｌｊすることにより、その
ジャイロのオフセット誤差が検出される。

しかしながら、上記三軸姿勢制御装置にあっては、その
オフセット誤差を検出するいずれの手段のものも、数多
くの姿勢角検出センサを備えなければならないために、
その取扱いが非常に面倒であるという問題を有していた
。また、前者の手段では、異種の目標を同時に観ａｌｌ
ｌ　Ｌなければならないために、その運用面においても
非常に面倒であるという問題を有していた。また、後者
の手段においても、その検出の際に大きく姿勢を変更す
ることが要請されるために、太陽電池の電力源や、観測
時間等の制約を受けることで、その運用が面倒であると
いう問題を有していた。

（発明が解決しようとする課題）以上述べたように、従来の三軸姿勢制御装置では、数多
くの姿勢角検出センサを備えなければならないことによ
り、その取扱いが面倒であると共に、運用が煩雑となる
という問題を有していた。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、構成簡
易にして、取扱い性の向上を図り得、かつ、運用の簡便
化を図り得るようにした三軸姿勢制御装置を提供するこ
とを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）この発明は略直交する第１乃至第３の軸回りの角速度を
検出する第１乃至第３のジャイロと、前記第１乃至第３
の軸のうち第１及び第３の軸に対応して配置され、これ
ら第゛１及び第３の軸回りの姿勢角を検出する姿勢角検
出センサと、この姿勢角検出センサにより前記第２の軸
が慣性空間における特定の目標（例えば太陽）に指向す
るように制御した状態で、前記姿勢角検出センサと前記
第１及び第３のジャイロの出力より前記第１及び第３の
軸回りの第１及び第３のジャイロのオフセット誤差を検
出し、その後、前記姿勢角検出センサに対して第２の軸
回りに感度を有するように目標姿勢オフセット角を付与
して前記姿勢角検出センサと第２のジャイロより第２の
軸回りの第２のジャイロのオフセット誤差を検出し、前
記第１のジャイロのオフセット誤差と前記第１のジャイ
ロの出力より第１の軸回りの第１の制御信号を生成し、
かつ、前記第２及び第３のジャイロのオフセット誤差、
前記姿勢角検出センサの出力、前記第２及び第３のジャ
イロの出力より前記第２及び第３の軸回りの第２及び第
３の制御信号を生成する制御処理部と、この制御処理部
からの第１乃至第３の制御信号に応動して姿勢制御系を
駆動制御する駆動制御手段とを備えて三軸姿勢制御装置
を構成したものである。

（作用）上記構成によれば、第１乃至第３のジャイロのオフセッ
ト誤差は第１及び第３の軸回りに対応される姿勢角検出
センサの姿勢角信号により検出される。従って、姿勢角
検出センサの設置数の軽減が図れることにより、その取
扱い性の向上が実現され、かつ、運用上の簡便化が図れ
る。

（実施例）以下、この発明の実施例について、図面を参照して詳細
に説明する。

第１図はこの発明の一実施例に係る三軸姿勢制御装置を
示すもので、三軸（ロール（Ｘ）、ピッチ（Ｙ）、ヨー
（Ｚ）軸）に対応して第１乃至第３のジャイロ１０〜１
２が配設される（第２図参照）。これら第１乃至第３の
ジャイロ１０〜１２は姿勢制御回路１３の制御処理部１
４に接続される。

また、ピッチ軸上にはロール軸及びヨー軸に対応される
二軸姿勢角検出用の太陽センサ１５が配設され、この太
陽センサ１５の出力端は上記制御処理部１４に接続され
る。この制御処理部１４はロール、ピッチ及びヨー制御
信号を生成して駆動出力部１６に出力する。この駆動出
力部１６は入力したロール、ピッチ及びヨー制御信号よ
り駆動信号を生成し、姿勢制御系のアクチュエータ１７
を駆動制御して三軸回りの姿勢を制御する。

上記構成において、姿勢を制御する場合は、先ず第１段
階で、第３図に示すように太陽センサ１５のピッチ軸が
太陽方向に指向するように第２のジャイロ１１の出力が
制御処理フィルタ１４ａを介して駆動出力部１６に導か
れ、ピッチ軸回りの角速度が零となるようにレート制御
が行われる。

同時に、第１のジャイロ１０の出力及び第３のジャイロ
１２の出力は、それぞれ積分器１４ｂ。

１４ｃで積分した積分値と太陽センサ１５のロール出力
及びヨー出力がそれぞれ比較され、第１及び第３のジャ
イロ１０．１２に含まれるロール及びヨーオフ、セット
誤差が求められる。これにより、ロール及びヨー軸回り
は、それぞれ上記ロール及びヨーオフセット誤差を差引
いた第１及び第３のジャイロ１０．１２の出力とを積分
器１４ｂ。

１４ｃで積分して制御処理フィルタ１４ｄ。

１４ｅを介して求めたロール及びヨー制御信号が駆動出
力部１６に導かれ、これらロール及びヨー制御信号によ
り駆動制御される。

次に、第２の段階では、例えば第４図に示すようにヨー
軸回りの出力にバイアス設定量α（目標姿勢オフセット
角）を付与した信号により、ヨー軸回りの姿勢を制御す
る（なお、第４図中では、図の都合上、太陽センサ１５
は図示せず）。すなわぢ、ヨー軸回りは、第５図に示す
ように上記ヨーオフセット誤差が求められた第３のジャ
イロ１２の出力からヨーオフセット誤差を差引き、この
差引いた信号を積分器１４ｆで積分してバイアス設定量
αを差し引いた後、ヨー制御信号が求められ、このヨー
制御信号が制御処理フィルタ１４ｇを介して駆動出力部
１６に出力される。

同時に、ロール軸回りは、上記ロールオフセット誤差が
求められた第１のジャイロ１０の出力よりロールオフセ
ット誤差を差引いた信号を積分器１、４　ｈで積分して
ロール制御信号が求められ、このロール制御信号が制御
処理フィルタ１４ｉを介して駆動出力部１６に出力され
る。

また、ピッチ軸回りは、太陽センサ１５のロール出力と
なって現われ（第４図参照）、この太陽センサ１５のロ
ール出力とピッチオフセット誤差が求められた第２のジ
ャイロ１１の出力よりピッチオフセット誤差を差引いた
信号を積分器１４ｊで積分して、ピッチ制御信号を求め
、このピッチ制御信号が制御処理フィルタ１４ｋを介し
て駆動出力部１６に出力される。

ここで、駆動出力部１６は入力したロール、ピッチ及び
ヨー制御出力信号に対応した駆動信号を生成し、この駆
動信号により姿勢制御系のアクチュエータ１７を駆動制
御して、三軸姿勢を行ないせしめる。

このように、上記三輪姿勢制御装置は第１乃至第３のジ
ャイロ１０〜１２に対応して、ロール及びヨー軸に対応
して太陽センサ１５を設け、先ず太陽センサ１５のピッ
チ軸が太陽方向に指向するように制御した状態で、太陽
センサ１５と第１及び第３のジャイロ１０．１２の出力
より第１及び第３のジャイロ１０．１２のオフセット誤
差を検出し、その後、太陽センサ１５に対してピッチ軸
回りに感度を有するようにバイアス設定量αを付与して
該太陽センサ１５と第２のジャイロ１１より該第２のジ
ャイロ１１のオフセット誤差を検出し、そのロールオフ
セット誤差と第１のジャイロ１０の出力よりロール軸回
りのロール制御信号を生成し、そのピッチ及びヨーオフ
セット誤差、太陽センサ１５と第２及び第３のジャイロ
１１゜１２の出力よりピッチ及びヨー軸回りのピッチ及
びヨー制御信号を生成するように構成したことにより、
姿勢角検出用の太陽センサ１５の設置数が従来のものに
比して軽減されるため、可及的に取扱い性の向上が図れ
、かつ、運用上の簡便化が図れる。

なお、上記実施例では、バイアス設定量αをヨー軸回り
の出力に加えるようにした場合で説明したが、これに限
ることなく、ロール軸回りの出力に加えるように構成す
ることも可能である。

また、上記実施例では、制御処理部１４を第１段階と第
２の段階の処理回路をそれぞれ独立した処理回路で形成
した場合で説明したが、これに限ることなく、同一の処
理回路で構成して切換スイッチ等を用いて切換式に第１
及び第２段階の処理を行なうように構成することも可能
である。

さらに、上記実施例では、姿勢角検出センサとして太陽
センサ１５を用いて構成した場合で説明したが、これに
限ることなく、その他、恒星センサ等を用いて構成する
ことも可能である。

よって、この発明は上記実施例に限ることなく、その他
、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施
し得ることは勿論のことである。

［発明の効果］以上詳述したように、この発明によれば、構成簡易にし
て、取扱い性の向上を図り得、かつ、運用の簡便化を図
り得るようにした三軸姿勢制御装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る三軸姿勢制御装置を
示すブロック図、第２図は第１乃至第３のジャイロ及び
太陽センサの配置状態を示す図、第３及び第５図は第１
図の制御処理部の詳細を示す図、第４図は第１図の動作
を説明するために示した図である。１０〜１２・・・第１乃至第３のジャイロ、１３・・・
姿勢制御回路、１４・・・制御処理部、１５・・・太陽
センサ、１６・・・駆動出力部、１７・・・アクチュエ
ータ。出願人代理人　　弁理士　鈴江武彦

Claims

【特許請求の範囲】

略直交する第１乃至第３の軸回りの角速度を検出する第
１乃至第３のジャイロと、前記第１乃至第３の軸のうち
第１及び第３の軸に対応して配置され、これら第１及び
第３の軸回りの姿勢角を検出する姿勢角検出センサと、
この姿勢角検出センサにより前記第２の軸が慣性空間に
おける特定の目標に指向するように制御した状態で、前
記姿勢角検出センサと前記第１及び第３のジャイロの出
力より前記第１及び第３の軸回りの第１及び第３のジャ
イロのオフセット誤差を検出し、その後、前記姿勢角検
出手段に対して第２の軸回りに感度を有するように目標
姿勢オフセット角を付与して前記姿勢角検出センサと第
２のジャイロより第２の軸回りの第２のジャイロのオフ
セット誤差を検出し、前記第１のジャイロのオフセット
誤差と前記第１のジャイロの出力より第１の軸回りの第
１の制御信号を生成し、かつ、前記第２及び第３のジャ
イロのオフセット誤差、前記姿勢角検出センサの出力、
前記第２及び第３のジャイロの出力より前記第２及び第
３の軸回りの第２及び第３の制御信号を生成する制御処
理部と、この制御処理部からの第１乃至第３の制御信号
に応動して姿勢制御系を駆動制御する駆動制御手段とを
具備したことを特徴とする三軸姿勢制御装置。