JPH049720B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は三軸型人工衛星の姿勢制御を行うた
めのフライホイール制御装置に係わり、軌道上の
人工衛星の姿勢変化を精度よく安定に動作できる
ようフライホイールを駆動制御することを特徴と
するものである。

まず従来のフライホイール制御装置について説
明する。

第１図は従来の人工衛星のフライホイール制御
装置を示す図であり、第１図において、１は電流
コントローラ、２は接点ａ，ｂ，ｃを有するスイ
ツチＳをもつシーケンサ、３は入力信号に従つて
出力電力を制御する加速制御回路、４は電気モー
タおよびその回転軸に設けられたオモリとで回転
エネルギーを蓄積するフライホイール、５は入力
信号に従つてフライホイールの回転エネルギーを
電気エネルギーとして消費することでフライホイ
ールの回転数を減らす減速制御回路、６は電流ト
ランスジユーサ、イは人工衛星の姿勢情報信号と
しての入力トルク信号、Ａはフライホイールの回
転方向を制御する回転方向指令信号、Ｂはシーケ
ンサ２を制御する外部信号である。

さてフライホイール４を加速する場合、フライ
ホイール４に流れる電流を電流トランスジユーサ
６で電圧に変換した値と入力トルク信号イとを電
流コントローラ１で比較し、その比較出力をシー
ケンサ２のスイツチＳの接点ａとｂを外部信号Ｂ
で「接」にし、加速制御回路３で電力増幅して、
フライホイール４に電力を供給する。入力トルク
信号イに従い、フライホイール４の回転数は上昇
し、フライホイールに流れる電流を電流トランス
ジユーサ６で、電圧値に変換し、その出力を電流
コントローラ１に加え、入力トルク信号イと比較
し、加速フイードバツク制御の動作が行われる。

ここで電流トランスジユーサ６の出力が入力ト
ルク信号イより大きい場合は加速制御回路３の出
力電圧を減らし、その結果として、フライホイー
ル４に流れる電流が減り、最終的に入力トルク信
号イとほぼ等しい値で一定になる。

次に減速制御回路５を説明する前に、第２図に
よりフライホイール４の代表的な電気特性を述べ
る。

同図から、Ｙ軸の上側をプラスモータ電圧、下
側をマイナスモータ電圧、Ｘ軸の左側をフライホ
イール右回転又は左回転方向に示し、Ｘ軸の右側
はＸ軸の左側と反対方向に回転しているものを示
し、−ωと＋ωで表わす。

フライホイール４内の回転方向切換回路に回転
方向指令信号Ａを与え、同時にフライホイール４
に実線カーブに従いプラスモータ電圧を加えてい
くと、フライホイール回転数がプラスモータ電圧
に比例して増加する。

又回転方向指令信号Ａを上記回転方向と逆に与
え、フライホイール４にプラスの電圧を加えてい
くと、図の破線で示したｃ点からｄ点に回転数は
上記回転方向とは逆方向に増加していく。

フライホイール４を図の実線で示す。ｃ点〜ｂ
点方向になるように設定し、プラスモータ電圧を
増加させていき、実線上のｂ点にフライホイール
４の回転数が到達した時、上記回転方向と反対方
向の指令信号をフライホイールに与えると、フラ
イホイールの端子電圧はマイナスの電圧（第２図
の破線ｅ点）を発生し、ｅ〜ｃ点の線上をブレー
キをかけながらフライホイール４の回転数は減少
し、ω＝０のゼロ回転をクロスし、破線ｃ〜ｄ点
線上で、フライホイール４にプラスモータ電圧を
加えていくと加速制御動作になり、その電圧に比
例して−ω方向に回転数は増加する。

なお、上記動作とは逆の破線上に、最初フライ
ホイールがあり、高速回転している場合も、上記
動作と同様に仂く。

第２図のフライホイール動作を踏えて減速制御
回路を以下に示す。

フライホイール４が加速制御回路３の出力によ
り、回転数を上昇させ第２図のｂ点で高速回転し
ている時、回転方向指令信号Ａによりフライホイ
ールの回転方向を逆方向に指令すると、フライホ
イール端子間にマイナスの電圧を発生し、この時
同時に第１図のシーケンサ２のスイツチの接点ａ
とｃを外部信号Ｂで切換える。フライホイール電
流を電流トランスジユーサ６で電流／電圧変換し
た後、その電流トランスジユーサ６出力と入力ト
ルク信号イと比較し、その誤差信号はシーケンサ
２のスイツチの接点ａ−ｃを通り、減速制御回路
５に供給され、フライホイール電流を入力トルク
信号に比例して一定に流すように減速制御回路５
で制御する。

従来の人工衛星の姿勢制御装置は以上のように
構成されているが、フライホイールを制御する場
合、加速制御モードについては従来から技術が養
われ、ほぼ定着している。このフライホイール特
有の減速制御はフライホイール端子電圧がマイナ
スになり、フライホイールをブレーキかけながら
減速し、回転数ωがゼロを通過して、逆方向に回
転し始め、所定のモータ電圧まで加速モードで動
作する。このようにフライホイールは右回転又は
左回転から逆方向までの広い範囲に亘り、制御ル
ープが安定に動作する必要がある。

特に制御ループが不安定になると、発振、ノイ
ズ等によりフライホイールを機械的、電気的に損
傷するおそれがある。電磁干渉については、その
リツプル、ノイズが、衛星電源バスラインに漏れ
込み衛星に搭載されている他の機器の妨害にな
る。

従来の装置は減速モード切換え時は逆起電力が
十分あり、フライホイール電流を制御することは
比較的容易であるがフライホイールに蓄積された
回転エネルギーが小さくなるためフライホイール
自身の内部抵抗ロスのため、フライホイールの回
転数が低くなるとフライホイール自身の逆起電力
が小さくなり、結果的にフライホイール電流を一
定に保つことはできなくなる。

しかも低回転になるとフライホイール電流を一
定に保てないばかりか内部抵抗に比例して非安定
な電流が長時間に亘り流れ、回転数がゼロ近傍で
はフライホイールが停止してしまうおそれがあつ
た。

このように従来の装置は人工衛星の姿勢制御を
するためには不可決のフライホイール回転を−ω
〜＋ωの回転状態にあつても一定電流で制御する
ことができず、それに伴ない人工衛星の姿勢精度
を高い精度におさえることができない欠点があつ
た。

そこで、この発明は前記した従来の欠点を除去
したものでフライホイールを減速制御モードに切
換えた時減速制御回路が動作し、中速回転領域に
対しては、減速制御回路と加速制御回路が動作
し、また低速回転に対しては加速制御回路が動作
できるように３段切換え制御の方法で、フライホ
イールの電流を−ωから＋ωの広範囲の回転領域
で、入力トルク信号に従つて、一定電流制御を行
なう人工衛星のフライホイール制御装置を提供す
るものである。

以下この発明の一実施例を図により詳述する。

第３図はこの発明による人工衛星のフライホイ
ール制御装置を示す図であり、図において、１は
電流コントローラ、２は接点ａ，ｂ，ｃを有する
第１のスイツチS₁と接点ｂ，ｃにそれぞれつなが
る接点ｄ，ｅを有する第２のスイツチS₂をもつシ
ーケンサ、３は加速制御回路、４はフライホイー
ル、５は減速制御回路、６は電流トランスジユー
サ、７はスイツチ制御回路、イはトルク信号、Ａ
は回転方向指令信号である。

最初に、回転方向指令信号Ａを第２図のｃ〜ｂ
点の線上で動作するように設定すると、設定する
と、入力トルク信号イと電流トランジスーサ６の
出力が電流コントローラ１で比較されその差信号
がシーケンサ２のａ−ｂをとおして加速制御回路
３に入り、入力トルク信号イに比例した電流が加
速制御回路３から出力され、モータ電圧の増加に
従つてフライホイール４の回転数が増える。回転
数が線上の点ｂに到達した後、フライホイール４
の回転を逆方向の−ωになるよう設定しようとす
れば、前記の設定した回転方向指令信号Ａと逆の
信号を与える。

指令信号Ａを与えた後、フライホイール４の出
力端電圧は第２図に示すごとくマイナスになり、
スイツチ制御回路７がシーケンサ２にＳ１をａ−
ｃの回路に切り替える信号を出力し、減速制御回
路５が動作する。

減速制御回路５の動作後の詳細を第３図に従い
述べる。

フライホイール４の入力電圧をスイツチ制御回
路７で信号処理し、シーケンサ２の第１のスイツ
チS₁の接点ａ−ｃを「接」、第２のスイツチS₂の
接点ｅ−ｄを「開」のままにする。

減速制御モードの構成は電流コントローラ１、
シーケンサ２、減速制御回路５、フライホイール
４、電流トランスジユーサ１で、フライホイール
４に流れる電流を制御するフイードバツクループ
となる。

減速制御回路５によりフライホイール４からエ
ネルギーを消費するため、時間の経過と共に、フ
ライホイール４は回転数は減少するため、モータ
の逆起電力は減少し、前述したフライホイールの
内部抵抗損失のため、入力トルク信号イに比例し
た電流は維持されなくなる。

このときのフライホイール４のモータ端子電圧
をあらかじめ基準電圧としてスイツチ制御回路７
の内部に定めておけば、フライホイール４端子電
圧が基準電圧以下になるとスイツチ制御回路７が
検知してシーケンサ２の第１のスイツチS₁の接点
ａ−ｂを「接」、第２のスイツチS₂の接点ｄ−ｅ
を「接」に制御し、電流コントローラ１、第１の
スイツチS₁と第２のスイツチS₂で並列接続された
減速制御回路５と加速制御回路３、フライホイー
ル４、および電流トランスジユーサ６とでフイー
ドバツクループを形成することにより減速制御モ
ードで不足した電流を加速制御回路３で補い、フ
ライホイールに流れる電流を一定に制御する。つ
まり、スイツチ接点ａ−ｂ「接触」、ｄ−ｅ「接」
に切換えた直後は減速制御モードのフライホイー
ル４の逆起電力がいまだ大きいため、フライホイ
ール４に流れ電流は減速制御回路５のみで一定に
保たれるが、時間経過と共にフライホイール逆起
電力が減少し、その結果フライホイール４の端子
電圧が減少する。

なおも時間が進むと減速制御回路５の動作と加
速制御回路３の動作はフライホイール４の電流を
一定のまま、電流比率を徐々に変え、次第に加速
制御回路３による電流が増加してくる。

減速制御回路５の電流供給が入力トルク信号イ
で要求される電流を満足できなくなるとスイツチ
制御回路７によりシーケンサ２の第１のスイツチ
S₁の接点ａ−ｂを「接」、第２のスイツチS₂の接
点ｄ−ｅを「開」に制御して、電流コントローラ
１、加速制御回路３、フライホイール４および電
流トランスジユーサ６でフイードバツクループを
形成することによりフライホイール電流を一定に
する。

すなわち加速制御モードになり、減速制御回路
５から完全に切り離され、フライホイール４を加
速する。

以上説明したように、この発明はフライホイー
ルの右回転又は左回転方向から逆方向の回転制御
ができ、かつ入力トルク信号に比例した一定電流
値で、全回転領域を安定に制御することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の人工衛星のフライホイール制御
装置を示す概略図、第２図はフライホイールの電
気的特性を示す図、第３図はこの発明の一実施例
を示す概略図である。 図中、１は電流コントローラ、２はシーケン
サ、３は加速制御回路、４はフライホイール、５
は減速制御回路、６は電流トランスジユーサ、７
はスイツチ制御回路、S₁は第１のスイツチ、S₂は
第２のスイツチ、イは入力トルク信号、Ａは回転
方向指令信号、Ｂは外部信号である。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)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転方向指令信号により回転方向が制御され
   るフライホイールの出力電流を電圧に変換する電
   流トランスジユーサと、フライホイールの回転数
   を制御するための入力トルク信号と上記電流トラ
   ンスジユーサの出力とを比較し、その差信号を出
   力する比較手段である電流コントローラと、上記
   電流コントローラの出力に基づいて上記フライホ
   イールの加速方向の回転数を制御する加速制御回
   路および減速方向の回転数を制御する減速制御回
   路と、上記電流コントローラの出力端子と上記加
   速制御回路又は減速制御回路の入力端とを接続す
   る第１のスイツチと、上記加速制御回路の入力端
   と上記減速制御回路の入力端とを接続する第２の
   スイツチと、上記加速制御回路と減速制御回路に
   よつて定まるフライホイールの入力電圧の増減に
   応じて上記電流コントローラ、加速制御回路、フ
   ライホイールおよび電流トランスジユーサのフイ
   ードバツクループ、上記電流コントローラ、減速
   制御回路、フライホイールおよび電流トランスジ
   ユーサのフイードバツクループ、または上記電流
   コントローラ、並列接続の加速制御回路と減速制
   御回路、フライホイールおよび電流トランスジユ
   ーサのフイードバツクループのいずれかを形成す
   るごとく上記第１および第２のスイツチを駆動制
   御スイツチ制御回路とを具備したことを特徴とす
   る人工衛星のフライホイール制御装置。