JPH0417840B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0417840B2 JPH0417840B2 JP58119694A JP11969483A JPH0417840B2 JP H0417840 B2 JPH0417840 B2 JP H0417840B2 JP 58119694 A JP58119694 A JP 58119694A JP 11969483 A JP11969483 A JP 11969483A JP H0417840 B2 JPH0417840 B2 JP H0417840B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wheel
- signal
- angular momentum
- control law
- attitude
- 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.)
- Expired
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- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、ホイールをホイール速度コマンド
信号に追従させるホイール速度ループを備えた宇
宙飛翔体の姿勢制御装置に関するものである。こ
の発明では角運動量制御系の角運動量フイードバ
ツク信号としてホイールのタコメータ信号のかわ
りに姿勢制御則計算部の積分要素の出力信号を用
いることにより、姿勢センサ信号及びホイールタ
コメータ信号等のノイズによる角運動量制御系へ
の影響を小さくすると同時に、複数個のホイール
を使用する場合の全ホイールがもつ角運動量の各
制御軸成分を求める角運動量結合則計算が不要と
なることを特徴とする宇宙飛翔体の姿勢制御装置
を提供するものである。
信号に追従させるホイール速度ループを備えた宇
宙飛翔体の姿勢制御装置に関するものである。こ
の発明では角運動量制御系の角運動量フイードバ
ツク信号としてホイールのタコメータ信号のかわ
りに姿勢制御則計算部の積分要素の出力信号を用
いることにより、姿勢センサ信号及びホイールタ
コメータ信号等のノイズによる角運動量制御系へ
の影響を小さくすると同時に、複数個のホイール
を使用する場合の全ホイールがもつ角運動量の各
制御軸成分を求める角運動量結合則計算が不要と
なることを特徴とする宇宙飛翔体の姿勢制御装置
を提供するものである。
以下、１軸まわりの姿勢制御を例にとり、この
発明を詳細に説明する。
発明を詳細に説明する。
第１図は従来の宇宙飛翔体の姿勢制御装置のブ
ロツク図を示すもので、姿勢制御装置は姿勢セン
サ１、姿勢制御則計算部２、ホイール速度ループ
及びホイール駆動回路３、ホイール４、角運動量
制御則計算部５、および外力トルク発生装置６で
構成されている。姿勢制御則計算部２は、姿勢セ
ンサ１の出力信号であるセンサ信号７を入力とし
て、ホイール速度ループ及びホイール駆動回路３
にホイール速度コマンド信号８を出力する。姿勢
制御則の例としては共振系を含むブラントの制御
に典型的な比例ゲイン要素プラス微分要素プラス
２階の微分要素が考えられる。この制御則は角度
入力からトルクコマンドの伝達特性について述べ
たもので、実際にこの制御則を速度コマンド出力
の形で実現するためには、上記構成要素の他に、
各要素の出力を加算するための加算器及びトルク
コマンド信号をホイール速度コマンド信号に変換
するための積分器が必要となる。ホイール速度ル
ープ及びホイール駆動回路３では、そのホイール
速度コマンド信号８とホイールタコメータ信号９
を入力として、ホイール４の速度がホイール速度
コマンド信号８に追従するようなホイール駆動信
号１０を発生する。この姿勢センサ１からホイー
ル４までのループによつて宇宙飛翔体の姿勢は制
御されるが、ホイール４は内力なので外乱トルク
による蓄積角運動量をホイールで除去することは
できない。このための制御系が角運動量制御則計
算部５と外力トルク発生装置６で構成される角運
動量制御系である。従来の角運動量制御系では、
角運動量制御則計算部５の入力信号としてホイー
ルタコメータ信号９を使用し、外力トルク発生装
置６の駆動信号１１を発生していた。ところが、
上記ホイールタコメータ信号９は、ホイールタコ
メータ自身で発生するノイズ及び姿勢センサ信号
７のノイズが姿勢制御則計算部２、ホイール速度
ループ及びホイール駆動回路３を通じて発生する
実際のホイール４の速度変動等により、通常かな
りのノイズ成分を含んでいる。
ロツク図を示すもので、姿勢制御装置は姿勢セン
サ１、姿勢制御則計算部２、ホイール速度ループ
及びホイール駆動回路３、ホイール４、角運動量
制御則計算部５、および外力トルク発生装置６で
構成されている。姿勢制御則計算部２は、姿勢セ
ンサ１の出力信号であるセンサ信号７を入力とし
て、ホイール速度ループ及びホイール駆動回路３
にホイール速度コマンド信号８を出力する。姿勢
制御則の例としては共振系を含むブラントの制御
に典型的な比例ゲイン要素プラス微分要素プラス
２階の微分要素が考えられる。この制御則は角度
入力からトルクコマンドの伝達特性について述べ
たもので、実際にこの制御則を速度コマンド出力
の形で実現するためには、上記構成要素の他に、
各要素の出力を加算するための加算器及びトルク
コマンド信号をホイール速度コマンド信号に変換
するための積分器が必要となる。ホイール速度ル
ープ及びホイール駆動回路３では、そのホイール
速度コマンド信号８とホイールタコメータ信号９
を入力として、ホイール４の速度がホイール速度
コマンド信号８に追従するようなホイール駆動信
号１０を発生する。この姿勢センサ１からホイー
ル４までのループによつて宇宙飛翔体の姿勢は制
御されるが、ホイール４は内力なので外乱トルク
による蓄積角運動量をホイールで除去することは
できない。このための制御系が角運動量制御則計
算部５と外力トルク発生装置６で構成される角運
動量制御系である。従来の角運動量制御系では、
角運動量制御則計算部５の入力信号としてホイー
ルタコメータ信号９を使用し、外力トルク発生装
置６の駆動信号１１を発生していた。ところが、
上記ホイールタコメータ信号９は、ホイールタコ
メータ自身で発生するノイズ及び姿勢センサ信号
７のノイズが姿勢制御則計算部２、ホイール速度
ループ及びホイール駆動回路３を通じて発生する
実際のホイール４の速度変動等により、通常かな
りのノイズ成分を含んでいる。
このため、例えばスラスタのオン／オフにより
角運動量制御を行なう時、スラスタのむだうちの
観点から角運動量のデツドバンド幅を小さくでき
ない等の欠点があつた。
角運動量制御を行なう時、スラスタのむだうちの
観点から角運動量のデツドバンド幅を小さくでき
ない等の欠点があつた。
この発明は、このような欠点を除去するために
考え出されたもので、以下第２図によりこの発明
の一実施例について説明する。図において１及び
３から１１までは従来と同じ機能を有するもの
で、この発明は、姿勢制御則計算部２の構成と角
運動量制御則計算部５の入力信号が従来の宇宙飛
翔体の姿勢制御装置と異なつている。すなわち姿
勢制御則計算部２はKI／Ｓで表わされる積分要素１ ２でKPで表わされる比例ゲイン要素１３及び
KDS／（１＋TDS）で表わされる微分要素１４と、
それらの各出力信号である積分要素出力信号１
５、比例ゲイン要素出力信号１６、微分要素出力
信号１７を加え合わせホイール速度コマンド信号
８を作り出す加算器１８とで構成される。ここで
「Ｓ」はラプラス演算子を示す。
考え出されたもので、以下第２図によりこの発明
の一実施例について説明する。図において１及び
３から１１までは従来と同じ機能を有するもの
で、この発明は、姿勢制御則計算部２の構成と角
運動量制御則計算部５の入力信号が従来の宇宙飛
翔体の姿勢制御装置と異なつている。すなわち姿
勢制御則計算部２はKI／Ｓで表わされる積分要素１ ２でKPで表わされる比例ゲイン要素１３及び
KDS／（１＋TDS）で表わされる微分要素１４と、
それらの各出力信号である積分要素出力信号１
５、比例ゲイン要素出力信号１６、微分要素出力
信号１７を加え合わせホイール速度コマンド信号
８を作り出す加算器１８とで構成される。ここで
「Ｓ」はラプラス演算子を示す。
この姿勢制御則計算部２で実現されている制御
則は、従来例の姿勢制御則計算部の所で説明した
比例ゲイン要素プラス微分要素プラス２階の微分
要素で表わされる制御則と基本的に同じ働きをし
ている。ただしこの発明では、各補償要素と積分
器を合わせて一つの要素とし、その出力を加算し
ているため比例ゲイン要素が積分要素、微分要素
が比例ゲイン要素、２階の微分要素の微分要素と
各補償要素が１回積分された形となつている。こ
のことからこの発明による姿勢制御則計算部２の
伝達特性は上記対応に注目して適切にパラメータ
を選ぶと従来例の姿勢制御則計算部２と同等の伝
達特性をもたせることができるため、この発明の
ホイール制御系は従来例のものとほぼ同一の性能
を有することになる。
則は、従来例の姿勢制御則計算部の所で説明した
比例ゲイン要素プラス微分要素プラス２階の微分
要素で表わされる制御則と基本的に同じ働きをし
ている。ただしこの発明では、各補償要素と積分
器を合わせて一つの要素とし、その出力を加算し
ているため比例ゲイン要素が積分要素、微分要素
が比例ゲイン要素、２階の微分要素の微分要素と
各補償要素が１回積分された形となつている。こ
のことからこの発明による姿勢制御則計算部２の
伝達特性は上記対応に注目して適切にパラメータ
を選ぶと従来例の姿勢制御則計算部２と同等の伝
達特性をもたせることができるため、この発明の
ホイール制御系は従来例のものとほぼ同一の性能
を有することになる。
姿勢制御則計算部２が上記のような構成となつ
ている場合、宇宙飛翔体の姿勢が制御され定常状
態に達するとセンサ信号７はほぼ０となり比例ゲ
イン要素１３及び微分要素１４の出力は時間平均
すればほぼ０となるので、ホイール速度コマンド
信号８は、角運動量制御系の入力として必要な低
周波数成分に注目すると、積分要素の出力信号１
５とほぼ一致する。一方実際のホイール４の速度
は、ホイール速度ループによつてホイール速度コ
マンド信号８に追従していることより、ホイール
速度コマンド信号８により近似することができ
る。以上のことから積分要素の出力信号１５はホ
イール４の速度のうち角運動量制御系が必要とす
る低周波数成分を精度良く近似しているため角運
動量制御則計算部５の入力としてホイールタコメ
ータ信号９のかわりに、積分要素の出力信号１５
を用いることができることがわかる。通常、ホイ
ール速度コマンド信号８は、センサ信号７のノイ
ズによつて、ノイズ成分をかなり含むようになる
が、その大半は比例ゲイン要素の出力信号１６と
微分要素の出力信号１７によるものである。この
ため、ホイール速度コマンド信号８に比べて積分
要素出力信号１５は、ノイズ成分が小さくなつて
いる。またホイールタコメータ自身が発生するノ
イズ成分についても、姿勢誤差を通して影響を受
けるだけであるからその影響は小さくなる。
ている場合、宇宙飛翔体の姿勢が制御され定常状
態に達するとセンサ信号７はほぼ０となり比例ゲ
イン要素１３及び微分要素１４の出力は時間平均
すればほぼ０となるので、ホイール速度コマンド
信号８は、角運動量制御系の入力として必要な低
周波数成分に注目すると、積分要素の出力信号１
５とほぼ一致する。一方実際のホイール４の速度
は、ホイール速度ループによつてホイール速度コ
マンド信号８に追従していることより、ホイール
速度コマンド信号８により近似することができ
る。以上のことから積分要素の出力信号１５はホ
イール４の速度のうち角運動量制御系が必要とす
る低周波数成分を精度良く近似しているため角運
動量制御則計算部５の入力としてホイールタコメ
ータ信号９のかわりに、積分要素の出力信号１５
を用いることができることがわかる。通常、ホイ
ール速度コマンド信号８は、センサ信号７のノイ
ズによつて、ノイズ成分をかなり含むようになる
が、その大半は比例ゲイン要素の出力信号１６と
微分要素の出力信号１７によるものである。この
ため、ホイール速度コマンド信号８に比べて積分
要素出力信号１５は、ノイズ成分が小さくなつて
いる。またホイールタコメータ自身が発生するノ
イズ成分についても、姿勢誤差を通して影響を受
けるだけであるからその影響は小さくなる。
以上のことから、この発明により角運動量制御
則計算部５の入力信号として積分要素の出力信号
１５を使えば、低ノイズレベルの角運動量信号を
得ることができ、スラスタによる角運動量制御を
行なう時も、スラスタのむだうちを発生すること
なしに角運動量デツドバンド幅を小さくできると
いう利点がある。
則計算部５の入力信号として積分要素の出力信号
１５を使えば、低ノイズレベルの角運動量信号を
得ることができ、スラスタによる角運動量制御を
行なう時も、スラスタのむだうちを発生すること
なしに角運動量デツドバンド幅を小さくできると
いう利点がある。
なお、この発明の実施例では１軸まわりの姿勢
制御について説明したが、複数個のホイールをス
キユー配置にして２軸以上の姿勢制御を行なう場
合も、第２図に示したと同じような宇宙飛翔体の
姿勢制御装置を各制御軸毎に適用し、各ホイール
にその速度コマンド信号を分配すれば、各軸毎の
角運動量成分は、積分要素の出力信号でおきかえ
ることができる。このため、この発明を使用する
宇宙飛翔体の姿勢制御装置では各ホイールがもつ
個々の角運動量を合わせて、各制御軸毎の全角運
動量を求める角運動量結合則計算が不要となると
いう利点も備えている。
制御について説明したが、複数個のホイールをス
キユー配置にして２軸以上の姿勢制御を行なう場
合も、第２図に示したと同じような宇宙飛翔体の
姿勢制御装置を各制御軸毎に適用し、各ホイール
にその速度コマンド信号を分配すれば、各軸毎の
角運動量成分は、積分要素の出力信号でおきかえ
ることができる。このため、この発明を使用する
宇宙飛翔体の姿勢制御装置では各ホイールがもつ
個々の角運動量を合わせて、各制御軸毎の全角運
動量を求める角運動量結合則計算が不要となると
いう利点も備えている。
第１図は、従来の宇宙飛翔体の姿勢制御系を説
明するための図、第２図はこの発明の一実施例を
説明するための図である。 図中、１は姿勢センサ、２は姿勢制御則計算
部、３はホイール速度ループ及びホイール駆動回
路、４はホイール、５は角運動量制御則計算部、
６は外力トルク発生装置、７はセンサ信号、８は
ホイール速度コマンド信号、９はホイールタコメ
ータ信号、１０はホイール駆動信号、１１は外力
トルク発生装置駆動信号、１２は積分要素、１３
は比例ゲイン要素、１４は微分要素、１５は積分
要素出力信号、１６は比例ゲイン要素出力信号、
１７は微分要素出力信号、１８は加算器である。
なお図中、同一あるいは相当部分には同一符号を
付して示してある。
明するための図、第２図はこの発明の一実施例を
説明するための図である。 図中、１は姿勢センサ、２は姿勢制御則計算
部、３はホイール速度ループ及びホイール駆動回
路、４はホイール、５は角運動量制御則計算部、
６は外力トルク発生装置、７はセンサ信号、８は
ホイール速度コマンド信号、９はホイールタコメ
ータ信号、１０はホイール駆動信号、１１は外力
トルク発生装置駆動信号、１２は積分要素、１３
は比例ゲイン要素、１４は微分要素、１５は積分
要素出力信号、１６は比例ゲイン要素出力信号、
１７は微分要素出力信号、１８は加算器である。
なお図中、同一あるいは相当部分には同一符号を
付して示してある。
Claims (1)
- １ 姿勢センサと、この姿勢センサの出力信号を
入力してホイール速度コマンド信号を発生する姿
勢制御則計算部と、ホイールと、上記ホイール速
度コマンド信号に上記ホイールの速度を追従させ
るためのホイール速度ループ及びホイール駆動回
路と、宇宙飛翔体に制御トルクを与え宇宙飛翔体
に蓄えられた角運動量を制御するための外力トル
ク発生装置と、この外力トルク発生装置の駆動信
号を発生する角運動量制御則計算部とを備え、上
記姿勢制御則計算部を、積分要素の出力信号とそ
れ以外の比例ゲイン要素及び微分要素の出力信号
の和でホイール速度コマンド信号を発生するよう
に構成し、かつ上記角運動量制御則計算部の入力
信号として上記姿勢制御則計算部の積分要素の出
力信号を用いて角運動量制御を実施することを特
徴とする宇宙飛翔体の姿勢制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58119694A JPS6012397A (ja) | 1983-07-01 | 1983-07-01 | 宇宙飛翔体の姿勢制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58119694A JPS6012397A (ja) | 1983-07-01 | 1983-07-01 | 宇宙飛翔体の姿勢制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6012397A JPS6012397A (ja) | 1985-01-22 |
| JPH0417840B2 true JPH0417840B2 (ja) | 1992-03-26 |
Family
ID=14767745
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58119694A Granted JPS6012397A (ja) | 1983-07-01 | 1983-07-01 | 宇宙飛翔体の姿勢制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6012397A (ja) |
-
1983
- 1983-07-01 JP JP58119694A patent/JPS6012397A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6012397A (ja) | 1985-01-22 |
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