JPH05185997A - モメンタム・ホイール台操縦システム及びその方法 - Google Patents
モメンタム・ホイール台操縦システム及びその方法Info
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- JPH05185997A JPH05185997A JP4189902A JP18990292A JPH05185997A JP H05185997 A JPH05185997 A JP H05185997A JP 4189902 A JP4189902 A JP 4189902A JP 18990292 A JP18990292 A JP 18990292A JP H05185997 A JPH05185997 A JP H05185997A
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Abstract
ルの支持方法で、そのアクチュエータの1つが不具合と
なっても作動が続けられる簡単な装置及び方法を得る。 【構成】正三角形モメンタム・ホイール台をその各頂点
でステップ・モータ駆動のジャッキねじ3本で支持し、
台の高さと2軸の速度、位置を制御する。ホイールを傾
けることにより、ホイール回転軸に直角の面に制御トル
クが発生する。ジャッキねじには夫々リニヤ・ポテンシ
オメータが付けられ、その延び出し量により各種の台制
御命令が計算される。これは、ジャッキねじ3本の中の
1本が不具合になっても可能である。
Description
姿勢の安定化、より細かくは、本体が安定化されるサテ
ライトの飛行姿勢制御を行うモメンタム・ホイ−ル台操
縦システムとその方法に関する。
静止通信衛星のような安定した宇宙飛行体に働く周期的
妨害トルクを補償するのにモメンタム・ホイ−ルを使用
することはよく知られている。モメンタム・ホイ−ルは
宇宙飛行体上に載置され、通例、宇宙飛行体の軌道面に
対し直交している宇宙飛行体の軸に関連して選択的に方
向付けられたある軸の周りを回転する。
されて、軌道面に直交している軸の周りに能動的制御を
与える。このホイ−ルの角運動量は宇宙飛行体の妨害ト
ルクの効果を補償するのに十分である。軌道面における
軸の周りの能動的制御の達成、即ちその軸の周りの妨害
トルクの効果の補償のためにモメンタム・ホイ−ルの軸
方向は傾けられなければならない。
ルは各軸において駆動機構の冗長性を持つ羅針盤及びそ
れに似た物を載置するために長く使用されたものに似て
いる二重ジンバル・システムによって宇宙飛行体に載置
され得ることは予想されてきた。ジンバル装着組立ては
幾つかの理由のために完全に十分というわけではない。
従来のジンバルは構造においてかなり複雑であり、望ま
しい重さよりも重く、(これは宇宙飛行体における重要
な要素である)、信頼度の問題を起こしやすかった。万
一ジンバルの何れか1つの部分が不具合になった場合、
モメンタム・ホイ−ル組立て全体が作動不可能となっ
た。
ペリ−・フライト・システム(Sperry Flight System)に
よって出版された“シ−・エム・ジ−のモメンタム・ホ
イ−ル(CMG's Momentum Wheels) ”の名称の改訂第3
版、出版番号第61-7223-03号で説明されている。この出
版で説明されるモメンタム傾斜ホイ−ルは3軸の飛行姿
勢制御を提供することができ、モメンタム・ホイ−ルの
周囲の周りに配置された2つのリニヤ・ジンバル・アク
チュエ−タとホイ−ルを浮遊させる中央球面ボ−ル・ベ
アリングのピボットとを具備する。球面ピボットはアク
チュエ−タの各端部に配置され、飛行体の接触面とホイ
−ルを囲むハウジングとの接触面での蝶番点として働
く。この型のモメンタム・ホイ−ルも、どちらかのリニ
ア・アクチュエ−タが不調である場合にホイ−ルが適切
に位置付けされ得ないという事実を含む多くの欠点を持
つ。
ク・エス・ユアン(Mark S.Yuan) 及びアイロス・ウィッ
トマン(Aolis Wittmann)の1989年10月26日に出願され、
本発明の譲渡人に譲渡された米国特許出願第07/427,675
号明細書で論じられる如き新しい種類のモメンタム・ホ
イ−ル台操縦の制御方法と装置とである。
2本の軸の速度と位置、及び別々のスッテパ−・モ−タ
によって駆動される3つのリニヤ・アクチュエ−タ(ジ
ャックねじ)によって支持されるモメンタム・ホイ−ル
台のリニヤ・エレベ−ションを制御する方法及び装置で
ある。モメンタム・ホイ−ルを傾けるためのモメンタム
・ホイ−ル台操縦システムを使用することによって、制
御トルクが基準ホイ−ル回転軸に直交している面で作り
出される。本発明のモメンタム・ホイ−ル台操縦方法及
び装置はAUSSATB,GALAXY及びMSAT衛星のための基本飛行
姿勢制御システムとして使用するために採用されてい
る。
てその飛行姿勢に安定性を与えるモメンタム・ホイ−ル
台組立て11を有する宇宙飛行体10の略図である。この型
の宇宙飛行体10は、スピン安定化輸送機関に対して、バ
イアスされたモメンタム本体安定化輸送機関あるいは3
軸安定化輸送機関と呼ばれる。通常、そのような宇宙飛
行体10は冗長性のために、1つが北モメンタム・ホイ−
ル台組立て、他方が南モメンタム・ホイ−ル台組立てと
呼ばれる2つのモメンタム・ホイ−ル台組立てを設けら
れ得る。しかし、図1 の略図は簡易化するためにたった
1つのモメンタム・ホイ−ル台組立て11を示す。モメン
タム・ホイ−ル台組立て11は宇宙飛行体10のY軸と名目
上そろえられた回転軸13の周りを回転する高速度モメン
タム・ホイ−ル12を有する。モメンタム・ホイ−ル12
は、その周囲の周りで各 120゜ごとに配置されたジャッ
キねじ14,15,16のような3つのリニヤ・アクチュエ−タ
によって支持される。ジャッキねじ14,15,16はステッパ
−・モ−タ21によって駆動され、モメンタム・ホイ−ル
12を傾ける。
−ル台組立て11は、回動可能にとめられたジャッキねじ
14,15,16の1つをその各角に有する正三角形の台24とそ
れによって支持されるモメンタム・ホイ−ル12とを具体
化され得る。ジャッキねじ14,15,16はリニヤ・アクチュ
エ−タとして作動し、各ジャッキねじ14,15,16は独立し
て位置付けされるか、あるいはそれらは全て同時に作動
され、三角形の台を望ましい速度で2本の軸の周りに回
転させ得る。本発明は、モメンタム・ホイ−ル12を保持
する三角形の台24のリニヤ・エレベ−ションだけでなく
2本の軸の速度と位置をも制御するために採用され得る
方法及び装置である。本発明の操縦システムを使用し、
モメンタム・ホイ−ル12を傾けることによって、制御ト
ルクは名目上のホイ−ル回転軸13に直交する面で作られ
得る。
ク・エス・ユアンとアロイス・ウィットマンによる、
“宇宙飛行体のための傾斜モメンタム・ホイ−ル(Tilti
ng Momentum wheel for Spacecraft) ”と呼ばれ、本発
明の譲り請け人に譲渡された米国特許出願07/427 675号
明細書に示され、説明されたモメンタム・ホイ−ル台組
立て11の実際の実施例の側面図が示されている。モメン
タム・ホイ−ル30は、それの各角に固着された傾斜機構
32を有する三角形の台31に装着される。3つの傾斜機構
32の中の1つだけが図3 に示される。夫々の傾斜機構32
はねじ溝付きねじシャフト34を回転させるステッパ−・
モ−タ33を具備する。ねじ溝付き球形のナット部材35は
ねじシャフト34にねじ装着され、それの回転によりシャ
フト34の縦軸に沿って動かされる。球形のナット部材35
はピボットとして働く球形ソケット部材を具備する。モ
メンタム・ホイ−ル30と三角形の台31は1つの装置とし
て傾く。リニヤ・ポテンシオメ−タ36は夫々別々に、三
角形の台31の3つの角の1つに固着され、ナット部材35
に連結されるシャフト37を有する。各ポテンシオメ−タ
36は、その対応する傾斜機構32によって作られた傾斜変
位に対応する振幅の電圧を生ずる。モメンタム・ホイ−
ル台組立て11は、発射の前とその間、モメンタム・ホイ
−ル30を固定するために発射ロック38(launch lock) に
配置される。電気コネクタ40が配置され、ステッパ−・
モ−タ33の電気タ−ミナルと宇宙飛行体信号処理装置に
対するポテンシオメ−タ36とに連結する。
立て11と相互連結された宇宙飛行体制御処理装置42のブ
ロックのフォ−ムで表した簡略線図である。宇宙飛行体
制御処理装置42はここで説明されないモメンタム・ホイ
−ル制御に全く関連しない多くの他のシステムとプロセ
スをも制御することは理解されるであろう。モメンタム
・ホイ−ル台組立て11は、モメンタム・ホイ−ル30の速
度の上げ下げを制御するホイ−ル駆動電子装置43に連結
される。ホイ−ル駆動電子装置43もホイ−ル30の回転速
度と回転方向とを指示するインデックス・パルスを発生
させる。インデックス・パルスは第一母線44を経由して
宇宙飛行体制御処理装置42に伝送され、ホイ−ル・トル
ク命令は第一母線44を経由してホイ−ル駆動電子装置43
に伝送される。ジャッキねじ駆動信号は第二母線45を通
ってモメンタム・ホイ−ル台組立て11に伝送される。各
ジャッキねじ14,15,16の延び出し量(extension) は各リ
ニヤ・ポテンシオメ−タ36によって作り出される電圧の
振幅によって表示される。図4 に示される本実施例にお
いて、リニヤ・ポテンシオメ−タ36からの計測値はモメ
ンタム・ホイ−ル台組立て11から第三母線47を経由して
テレメトリ・エンコ−ダ装置46へ送られる。テレメトリ
・エンコ−ダ装置46は第四母線48によって宇宙飛行体制
御処理装置42に連結される。リニヤ・ポテンシオメ−タ
36からの計測値は必要に応じて宇宙飛行体制御処理装置
42へ、あるいは地上制御ステ−ションへ送られ得るとい
うことが理解されるであろう。命令デコ−ダ装置50は第
五母線51によって宇宙飛行体制御処理装置42に連結され
る。モメンタム・ホイ−ル台組立て11からの信号は地上
制御ステ−ションへテレメ−タで伝送され、その地上命
令はモメンタム・ホイ−ル台組立て11に適用され得るこ
とも理解されるであろう。
装置42のブロック・フォ−ムで表した簡略線図である。
再記するが、宇宙飛行体制御処理装置42はここで説明さ
れないモメンタム・ホイ−ル制御に全く関連しない多く
の他のシステムとプロセスをも制御することが理解され
るであろう。図5 に見られ得るように、モメンタム・ホ
イ−ル台組立て11は宇宙飛行体のダイナミックス・ブロ
ック54の中に入れられる。ステッパ−・モ−タ制御駆動
ブロック55は宇宙飛行体ダイナミックス・ブロック54内
のモメンタム・ホイ−ル台組立て11に対してジャッキね
じ・ステップ命令を与える。ジャッキねじ・ステップ命
令は、台操縦アルゴリズム・ブロック57からのジャッキ
ねじ位置命令を受けるステップ論理ブロック56によって
作り出される。横揺れ−偏揺れ台速度命令(roll-yaw pl
atform rate command)は、利得制御(control gain)ブロ
ック58によって台操縦アルゴリズム・ブロック57に適用
される。横揺れ−偏揺れ状態見積り器60は利得制御ブロ
ック58にその信号を適当する。ステップ論理ブロック56
は横揺れ−偏揺れ状態見積り器60とモメンタム制御ブロ
ック61にステップ・カウントを適用する。モメンタム制
御ブロック61は台操縦アルゴリズム・ブロック57にデ−
タを伝送し、横揺れ−偏揺れ状態見積り器60とデ−タを
交換する。標準モ−ド相シ−ケンス論理ブロック62(nor
mal mode phase sequencing logic block)は横揺れ−偏
揺れ状態見積り器60と利得制御ブロック58にデ−タを伝
送する。
定義するために使用されるモメンタム・ホイ−ル台装置
11の簡略線図の正面図と側面図である。図6 と7 とは、
アクチュエ−タが正三角形の頂点にある特定の場合に対
してアクチュエ−タと軸方向を一致させている。三角形
の台31は頂点A,B,C を持つ。(示されていない)ステッ
パ−・モ−タによって駆動されるねじ溝付きねじシャフ
ト34は三角形の台31の頂点A,B,C の夫々に固着される。
モメンタム・ホイ−ル30は三角形の台31に装着される。
モメンタム・ホイ−ル台組立て11は、一方が“北”と呼
ばれ、他方が“南”と呼ばれる、宇宙飛行体10に標準的
に採用される2つの組立ての1つであり得る。図6 と7
はモメンタム・ホイ−ル台組立て11に関連されるρ及び
γ軸を示す。
テムは、モメンタム・ホイ−ル台が如何なる付随する回
転なしに上昇され、あるいは下降され得る手段を与える
だけでなく、その名目上の回転軸に直交する軸の周りを
モメンタム・ホイ−ル台組立て11を回転させることによ
って宇宙飛行体に制御トルクを与えるのに採用される。
横揺れ及び偏揺れ軸モメンタム・ホイ−ル台回転速度ρ
υ 及びγυ は下記のように横揺れ及び偏揺れ制御ト
ルクで表される。
の周りで宇宙飛行体に加えられるトルクであり、Hは名
目上61N-m-sec(45 ft-lb-sec)である運動量である。こ
の方法は別々に各リニヤ・アクチュエ−タを位置付けす
るために使用され、あるいはそれは望みの速度で2本の
軸ρ及びγの周りで三角形の台31を回転させるために使
用され得る。どちらの場合においても、本発明の方法
は、宇宙飛行体の飛行姿勢角度と速度とを制御するため
の宇宙飛行体制御処理装置42の部分である横揺れ/偏揺
れ制御システムによって順に使用される台の回転を計算
するために使用される。
給される時、それらは最初に積分され、それから“順変
換(foward trnsfirmation)によってリニヤ・アクチュエ
−タの必要な延び出し量に変換される。これらのステッ
プは望ましいアクチュエ−タの延び出し量が直接に供給
される時にはバイパスされる。この順変換は2つの望ま
しい回転の項で3つのアクチュエ−タの延び出し量を表
現する。測定されたアクチュエ−タの延び出し量も“逆
変換(backward trnsformation)”を使用して台の回転に
変換される。各順及び逆変換は夫々、方程式1 及び2 の
一般型で与えられる。
延び出し量; JA,JB及びJCは計測されたアクチュエ−タ
の延び出し量;TR及びTGは順変換係数;TA,TB,TC,FA,FB
及びFCは逆変換係数、ρd 及びγd は望ましいモメンタ
ム・ホイ−ル台の回転;ρ及びγは計算されたモメンタ
ム・ホイ−ル台の回転;JAf , JBf , JCf は不具合な時
のアクチュエ−タの測定された延び出し量である。
時、これらの変換はアクチュエ−タの延び出し量の合計
をゼロになるように強制することによってユニ−クなも
のにされる。アクチュエ−タが正三角形の頂点に位置さ
れる時、この強制は強いて台31の中心が固定された高さ
を保持するようにする。この強制は、それがアクチュエ
−タの作動範囲の中心から如何なるアクチュエ−タの要
求される移動も最小限にするので望ましい。どれか1つ
のアクチュエ−タの不具合の場合でも、台31の2軸の制
御はこの強制を削除し、逆変換JAf , JBf あるいはJCf
における適切なアクチュエ−タの延び出し量をその測定
値に設定することによって実行の損失なしに維持され得
る。
タが操作でき、台31上のそれらの位置による。アクチュ
エ−タが正三角形の頂点にあり、軸が図6 及び7 に示さ
れたように規定される特定の場合に対しては、係数の値
は表1 で与えられる。
ンタム・ホイ−ル台操縦方法を説明するブロック線図は
図8 で示される。傾斜機構32のジャッキねじ・ステッパ
−・モ−タ33への配線は整えられ、変更なしで、同一方
法が北あるいは南のモメンタム・ホイ−ルのどちらかを
制御するために使用され得る。
つの操作命令形態を持つ。(1)通常、システムは速度
において以下のモ−ドに従っている。この形態におい
て、横揺れ/偏揺れ制御システムによって発生させられ
たモメンタム・ホイ−ル台回転速度命令は最初に積分さ
れて、望みの台の角度を与え、それからジャッキねじの
延び出し量に変換される。ジャッキねじステップ命令は
これらの望みの延び出し量とジャッキねじの現在位置と
の差異として計算される。現在のジャッキねじの位置も
逆変換され、横揺れ−偏揺れ状態見積り器60に対して元
に帰還される台角度を計算する。
である。この形態においては、モメンタム・ホイ−ル台
操縦システムは、地上命令からの相対ジャッキねじ・ス
テップ命令が次の形態の速度で計算されるステップ命令
の代りに使用される場合を除いて、厳密に上記されたよ
うに作動する。この命令形態は地上命令がモメンタム・
ホイ−ル台組立て11の位置決めをできるようにする。
この形態は、その中で如何なるジャッキねじ命令ステッ
プも発生させられず、地上ステ−ションによって使用さ
れて、存在しているモメンタム・ホイ−ル台角度で制御
システムを初期設定する。この形態において、地上ステ
−ションはポテンシオメ−タ36によって計測された現在
のモメンタム・ホイ−ル台角度を送る。次に、モメンタ
ム・ホイ−ル台操縦システムは台速度命令積分器をこれ
らの角度で初期設定し、それらをジャッキねじの延び出
し量へ変換し、ジャッキねじ位置レジスタを初期設定す
る。それから逆変換を利用して、それは横揺れ/偏揺れ
状態見積り器60へ帰還される計算されたモメンタム・ホ
イ−ル台角度を初期設定する。
上・ステ−ション命令を使用して、如何なる時でもその
3つの操作形態の中で切り替えら得る。ある場合におい
て、作動形態は本体制御モ−ドに基いたソフトウェアに
よって自動的に選択される。各本体制御モ−ドに対する
通常の操作形態は表2 に示される。
命令され得る。(2)標準モ−ドがホイ−ル遷移モ−ド
によって先行されるので、システムは自動的に標準モ−
ドで速度追従となる。
及び逆変換は不履行(default) によってボ−ドに記憶さ
れる。1本のジャッキねじが不具合の時、替りの順及び
逆変換が地上によって命令されモメンタム・ホイ−ル台
を2つの作動ジャッキねじのみで制御することができ
る。
ム・ホイ−ル台回転速度が3つのジャッキねじのための
個々のステップ命令に変換される方法を示す。最初に、
これらの回転速度は積分され、望ましいモメンタム・ホ
イ−ル台方向ρd 及びγd を計算する。
時、モメンタム・ホイ−ル台方向ρd 及びγd をユニ−
クな一組のジャッキねじの延び出し量の中へ写像するた
めに、台31の中央は静止したままであることを強いられ
る。これは図9 に示されたように3つの未知数の一組の
3つの方程式をつくる。各ジャッキねじの位置はこの一
組の方程式によって計算され、それからステップの大き
さによって量子化される。
を与えるというような平均ステップ速度で、1つあるい
はそれ以上のジャッキねじからの一連のステップに帰着
する。平均して望ましいトルクに等しい間は、宇宙飛行
体に適用される結果として生じたトルクは、ジャッキね
じステップが現れる時に一連のパルスとして実際に適用
され、如何なる所与の時間においても命令からかなり異
なることがある。宇宙飛行体の横揺れ/偏揺れ状態見積
り器60が正確に作動するために、実際のモメンタム・ホ
イ−ル台の位置と速度を知ることが必要である。実際の
台の角度ρ及びγは3つのジャッキねじの延び出し量か
ら2つのモメンタム・ホイ−ル台の角度へ上記変換を逆
に行うことによって計算される。
つのジャッキねじのみによって横揺れ及び偏揺れ軸の両
方の周りで制御され得る。この機能はジャッキねじの不
具合の時に使用され得る。この場合、モメンタム・ホイ
−ル台31の中心が静止したままである強制はなくなる。
順変換は方程式1 で、逆変換は方程式2 で一般的な型で
夫々与えられる。不具合の時、適切な変換係数は表1 か
ら選択される。
変換は宇宙飛行体に乗っているメモリ−に記憶される。
ジャッキねじが不具合の時、替りの順及び逆変換は地上
ステ−ションによって命令され、モメンタム・ホイ−ル
台を2つの操作ジャッキねじのみで制御できるようにし
得る。
縦システムを再び初期設定することが必要であり得る。
これは、地上ステ−ションからテレメトリで提供される
リニヤ・ポテンシオメ−タ調整値から各ジャッキねじの
延び出し量を読むことによって達成され得る。それから
これらは地上ステ−ションで宇宙飛行体上で採用された
同一の変換を使用することによって台角度へ変換され
る。それから本方法は初期設定形態を命令し最初の台角
度にすることによって再び初期設定され得る。本方法
は、一度それが速度追随モ−ドに切り替えられるなら
ば、標準操作を再開する。
テムは1つ以上の方法で操作されることができ、前記説
明によるだけの操作に限定される訳ではないということ
が明確に理解されるべきである。例えば、上記で説明さ
れた台の角度帰還の特有の実施において、システムはジ
ャッキねじステップ命令を累積し、累積されたジャッキ
ねじ・ステップ命令を逆変換して台の角度を計算し、計
算された台の角度を制御システムに帰還する。代案とし
て、システムは単純に積分された台速度命令を制御シス
テムに帰還させ、このようにして全体の逆変換操作を無
くし得る。
の特別の実施において、システムは、望ましいジャッキ
ねじの位置と前のステップ命令の総計である測定された
ジャッキねじの位置との間の差としてステップ命令を計
算する。利用可能なジャッキねじ位置の別の測定もあ
る。ポテンシオメ−タは、普通地上制御ステ−ションで
のみ使用されるジャッキねじ位置の測定値を与える。代
案として、もし望まれるのであれば、システムは宇宙飛
行体制御処理装置において使用可能なポテンシオメ−タ
の読み取り値を使用することによってジャッキねじステ
ップ命令を計算することができる。この代案はステップ
命令を累積する必要を省く。
操縦システムの実施例が示されている。図10の実施例に
おいて、横揺れ−偏揺れ状態見積り器及び制御器100 は
順変換コンピュ−タ102 に適用される台角度命令を作り
出す速度積分器101 に台速度命令を適用する。順変換コ
ンピュ−タ102 はジャッキねじステップ・コンピュ−タ
103 に適用されるアクチュエ−タ延び出し量命令を作り
出す。代りに、もし望まれるのであれば、台速度命令あ
るいは台角度命令は命令デコ−ダ装置104 により変換さ
れ得る。ジャッキねじステップ・コンピュ−タ103 はモ
メンタム・ホイ−ル台106 を傾けるステップ命令を3つ
のジャッキねじに適用する。ジャッキねじ105 の延び出
し量はポテンシオメ−タ107 によって測定され、その測
定値はテレメトリ・エンコ−ダ装置108 によって送られ
る。ステップ命令はステップ・カウンタ及び累積器でカ
ウントされ、累積される。累積されたステップ命令は、
横揺れ−偏揺れ状態見積り器及び制御器100 に適用され
る台角度帰還を作り出す逆変換コンピュ−タ111 に適用
される。ステップ命令を逆変換することと横揺れ−偏揺
れ状態見積り器及び制御器100 に計算された角度を帰還
することは必ずしも必要ではないことは明らかである。
この処置はシステムを作動させるためには必ずしも必要
とされない。代りに、速度積分器101 からの積分された
台速度命令は、図10の破線112 で示された連結によって
指示されるように横揺れ及び偏揺れ状態見積り器及び制
御器100 へ帰還され得る。この連結は全体の逆変換操作
をバイパスすることは明白である。
命令は望ましいジャッキねじ位置と測定されたジャッキ
ねじの位置との間の差としてジャッキねじステップ・コ
ンピュ−タで計算される。繰り返すが、この処置はシス
テムが作動するために要求される物ではない。代りに、
ステップ命令は、別の破線113 で示された連結によって
指示されるようにジャッキねじステップ・コンピュ−タ
103 に適用され得るポテンシオメ−タの読み取り値即ち
測定値を使用することによって計算され得る。これはス
テップ命令を累積する必要を省く。
を提供する新しいモメンタム・ホイ−ル台操縦システム
及び方法が説明された。上記実施例は単に本発明の原則
の応用を表す多くの特定の実施例の幾つかの説明であ
る。明確に言えば、多くの別の応用が発明の範囲から離
れることなくその技術において熟練した人々によって容
易に考案されることができる。
行体の概略図。
各角に結合されたリニヤ・アクチュエ−タとを有する三
角形の台の概略図。
操縦方法及び組立てのあるモメンタム・ホイ−ル台組立
ての実際の実施例の側面図。
結された宇宙飛行体制御処理装置のブロック・フォ−ム
で表した概略ダイヤグラム。
ォ−ムで表した概略ダイヤグラム。
ル組立ての概略平面図。
ル組立ての概略側面図。
縦システムを説明するダイヤグラム。
メンタム・ホイ−ル位置決め理論を規定する概略ダイヤ
グラム。
発明に基く宇宙飛行体制御システムのブロック・フォ−
ムで表した簡略ダイヤグラム。
12,30 …高速度モメンタム・ホイ−ル、13…回転軸、1
4,15,16…ジャッキねじ、21,33 …ステッパ−・モ−
タ、24,31 …正三角形の台、32…傾斜機構、34…ねじシ
ャフト、35…球面ナット部材、36,107…ポテンシオメ−
タ、37…シャフト、38…発射ロック、40…電気コネク
タ、42…宇宙飛行体制御処理装置、43…ホイ−ル駆動電
子装置、44…ホイ−ル・トルク、45…第二母線、46,108
…テレメトリ・エンコ−ダ装置、47…第三母線、48…第
四母線、50,104…命令デコ−ダ装置、51…第五母線、54
…宇宙飛行体ダイナミックス・ブロック、55…ステッパ
−・モ−タ制御駆動ブロック、56…ステップ論理ブロッ
ク、57…台操縦アナゴリズム、58…制御利得ブロック、
62…標準モ−ド連続論理ブロック、100 …横揺れ及び偏
揺れ状態見積も器及び制御器、101 …速度積分器、102
…順変換コンピュ−タ、103 …ジャッキねじステップ・
コンピュ−タ、105 …ジャッキねじリニヤ・アクチュエ
−タ、106 …モメンタム・ホイ−ル台、110 …ステップ
・コンピュ−タ及びアクチュエ−タ、111 …逆変換コン
ピュ−タ。
テム及びその方法
姿勢の安定化、より細かくは、本体が安定化されるサテ
ライトの飛行姿勢制御を行うモメンタム・ホイール台操
縦システムとその方法に関する。
静止通信衛星のような安定した宇宙飛行体に働く周期的
妨害トルクを補償するのにモメンタム・ホイールを使用
することはよく知られている。モメンタム・ホイールは
宇宙飛行体上に載置され、通例、宇宙飛行体の軌道面に
対し直交している宇宙飛行体の軸に関連して選択的に方
向付けられたある軸の周りを回転する。
されて、軌道面に直交している軸の周りに能動的制御を
与える。このホイールの角運動量は宇宙飛行体の妨害ト
ルクの効果を補償するのに十分である。軌道面における
軸の周りの能動的制御の達成、即ちその軸の周りの妨害
トルクの効果の補償のためにモメンタム・ホイールの軸
方向は傾けられなければならない。
ルは各軸において駆動機構の冗長性を持つ羅針盤及びそ
れに似た物を載置するために長く使用されたものに似て
いる二重ジンバル・システムによって宇宙飛行体に載置
され得ることは予想されてきた。ジンバル装着組立ては
幾つかの理由のために完全に十分というわけではない。
従来のジンバルは構造においてかなり複雑であり、望ま
しい重さよりも重く、(これは宇宙飛行体における重要
な要素である)、信頼度の問題を起こしやすかった。万
一ジンバルの何れか1つの部分が不具合になった場合、
モメンタム・ホイール組立て全体が作動不可能となっ
た。
ペリー・フライト・システム(Sperry Flig
ht System)によって出版された“シー・エム
・ジーのモメンタム・ホイール(CMG’s Mome
ntum Wheels)”の名称の改訂第3版、出版
番号第61−7223−03号で説明されている。この
出版で説明されるモメンタム傾斜ホイールは3軸の飛行
姿勢制御を提供することができ、モメンタム・ホイール
の周囲の周りに配置された2つのリニヤ・ジンバル・ア
クチュエータとホイールを浮遊させる中央球面ボール・
ベアリングのピポットとを具備する。球面ピボットはア
クチュエータの各端部に配置され、飛行体の接触面とホ
イールを囲むハウジングとの接触面での蝶番点として働
く。この型のモメンタム・ホイールも、どちらかのリニ
ア・アクチュエータが不調である場合にホイールが適切
に位置付けされ得ないという事実を含む多くの欠点を持
つ。
ク・エス・ユアン(Mark S.Yuan)及びアイ
ロス・ウィットマン(Aolis Wittmann)
の1989年10月26日に出願され、本発明の譲渡人
に譲渡された米国特許出願第07/427,675号明
細書で論じられる如き新しい種類のモメンタム・ホイー
ル台操縦の制御方法と装置とである。
2本の軸の速度と位置、及び別々のスッテパー・モータ
によって駆動される3つのリニヤ・アクチュエータ(ジ
ャックねじ)によって支持されるモメンタム・ホイール
台のリニヤ・エレベーションを制御する方法及び装置で
ある。モメンタム・ホイールを傾けるためのモメンタム
・ホイール台操縦システムを使用することによって、制
御トルクが基準ホイール回転軸に直交している面で作り
出される。本発明のモメンタム・ホイール台操縦方法及
び装置はAUSSATB,GALAXY及びMSAT衛
星のための基本飛行姿勢制御システムとして使用するた
めに採用されている。
てその飛行姿勢に安定性を与えるモメンタム・ホイール
台組立て11を有する宇宙飛行体10の略図である。こ
の型の宇宙飛行体10は、スピン安定化輸送機関に対し
て、バイアスされたモメンタム本体安定化輸送機関ある
いは3軸安定化輸送機関と呼ばれる。通常、そのような
宇宙飛行体10は冗長性のために、1つが北モメンタム
・ホイール台組立て、他方が南モメンタム・ホイール台
組立てと呼ばれる2つのモメンタム・ホイール台組立て
を設けられ得る。しかし、図1の略図は簡易化するため
にたった1つのモメンタム・ホイール台組立て11を示
す。モメンタム・ホイール台組立て11は宇宙飛行体1
0のY軸と名目上そろえられた回転軸13の周りを回転
する高速度モメンタム・ホイール12を有する。モメン
タム・ホイール12は、その周囲の周りで各120°ご
とに配置されたジャッキねじ14,15,16のような
3つのリニヤ・アクチュエータによって支持される。ジ
ャッキねじ14,15,16はステッパー・モータ21
によって駆動され、モメンタム・ホイール12を傾け
る。
ール台組立て11は、回動可能にとめられたジャッキね
じ14,15,16の1つをその各角に有する正三角形
の台24とそれによって支持されるモメンタム・ホイー
ル12とを具体化され得る。ジャッキねじ14,15,
16はリニヤ・アクチュエータとして作動し、各ジャッ
キねじ14,15,16は独立して位置付けされるか、
あるいはそれらは全て同時に作動され、三角形の台を望
ましい速度で2本の軸の周りに回転させ得る。本発明
は、モメンタム・ホイール12を保持する三角形の台2
4のリニヤ・エレベーションだけでなく2本の軸の速度
と位置をも制御するために採用され得る方法及び装置で
ある。本発明の操縦システムを使用し、モメンタム・ホ
イール12を傾けることによって、制御トルクは名目上
のホイール回転軸13に直交する面で作られ得る。
日、マーク・エス・ユアンとアロイス・ウィットマンに
よる、“宇宙飛行体のための傾斜モメンタム・ホイール
(Tilting Momentum Wheel f
or Spacecraft)”と呼ばれ、本発明の譲
り請け人に譲渡された米国特許出願07/427 67
5号明細書に示され、説明されたモメンタム・ホイール
台組立て11の実際の実施例の側面図が示されている。
モメンタム・ホイール30は、それの各角に固着された
傾斜機構32を有する三角形の台31に装着される。3
つの傾斜機構32の中の1つだけが図3に示される。夫
々の傾斜機構32はねじ溝付きねじシャフト34を回転
させるステッパー・モータ33を具備する。ねじ溝付き
球形のナット部材35はねじシャフト34にねじ装着さ
れ、それの回転によりシャフト34の縦軸に沿って動か
される。球形のナット部材35はピボットとして働く球
形ソケット部材を具備する。モメンタム・ホイール30
と三角形の台31は1つの装置として傾く。リニヤ・ポ
テンシオメータ36は夫々別々に、三角形の台31の3
つの角の1つに固着され、ナット部材35に連結される
シャフト37を有する。各ポテンシオメータ36は、そ
の対応する傾斜機構32によって作られた傾斜変位に対
応する振幅の電圧を生ずる。モメンタム・ホイール台組
立て11は、発射の前とその間、モメンタム・ホイール
30を固定するために発射ロック38(launch
lock)に配置される。電気コネクタ40が配置さ
れ、ステッパー・モータ33の電気ターミナルと宇宙飛
行体信号処理装置に対するポテンシオメータ36とに連
結する。
立て11と相互連結された宇宙飛行体制御処理装置42
のブロックのフォームで表した簡略線図である。宇宙飛
行体制御処理装置42はここで説明されないモメンタム
・ホイール制御に全く関連しない多くの他のシステムと
プロセスをも制御することは理解されるであろう。モメ
ンタム・ホイール台組立て11は、モメンタム・ホイー
ル30の速度の上げ下げを制御するホイール駆動電子装
置43に連結される。ホイール駆動電子装置43もホイ
ール30の回転速度と回転方向とを指示するインデック
ス・パルスを発生させる。インデックス・パルスは第一
母線44を経由して宇宙飛行体制御処理装置42に伝送
され、ホイール・トルク命令は第一母線44を経由して
ホイール駆動電子装置43に伝送される。ジャッキねじ
駆動信号は第二母線45を通ってモメンタム・ホイール
台組立て11に伝送される。各ジャッキねじ14,1
5,16の延び出し量(extension)は各リニ
ヤ・ポテンシオメータ36によって作り出される電圧の
振幅によって表示される。図4に示される本実施例にお
いて、リニヤ・ポテンシオメータ36からの計測値はモ
メンタム・ホイール台組立て11から第三母線47を経
由してテレメトリ・エンコーダ装置46へ送られる。テ
レメトリ・エンコーダ装置46は第四母線48によって
宇宙飛行体制御処理装置42に連結される。リニヤ・ポ
テンシオメータ36からの計測値は必要に応じて宇宙飛
行体制御処理装置42へ、あるいは地上制御ステーショ
ンへ送られ得るということが理解されるであろう。命令
デコーダ装置50は第五母線51によって宇宙飛行体制
御処理装置42に連結される。モメンタム・ホイール台
組立て11からの信号は地上制御ステーションへテレメ
ータで伝送され、その地上命令はモメンタム・ホイール
台組立て11に適用され得ることも理解されるであろ
う。
制御処理装置42のブロック・フォームで表した簡略線
図である。再記するが、宇宙飛行体制御処理装置42は
ここで説明されないモメンタム・ホイール制御に全く関
連しない多くの他のシステムとプロセスをも制御するこ
とが理解されるであろう。図5及び図6に見られ得るよ
うに、モメンタム・ホイール台組立て11は宇宙飛行体
のダイナミックス・ブロック54の中に入れられる。ス
テッパー・モータ制御駆動プロック55は宇宙飛行体ダ
イナミックス・ブロック54内のモメンタム・ホイール
台組立て11に対してジャッキねじ・ステップ命令を与
える。ジャッキねじ・ステップ命令は、台操縦アルゴリ
ズム・ブロック57からのジャッキねじ位置命令を受け
るステップ論理ブロック56によって作り出される。横
揺れ−偏揺れ台速度命令(roll−yaw plat
form rate command)は、利得制御
(control gain)ブロック58によって台
操縦アルゴリズム・ブロック57に適用される。横揺れ
−偏揺れ状態見積り器60は利得制御ブロック58にそ
の信号を適当する。ステップ論理ブロック56は横揺れ
−偏揺れ状態見積り器60とモメンタム制御ブロック6
1にステップ・カウントを適用する。モメンタム制御ブ
ロック61は台操縦アルゴリズム・ブロック57にデー
タを伝送し、横揺れ−偏揺れ状態見積り器60とデータ
を交換する。標準モード相シーケンス諭理ブロック62
(normal mode phase sequen
cinglogic block)は横揺れ−偏揺れ状
態見積り器60と利得制御ブロック58にデータを伝送
する。
定義するために使用されるモメンタム・ホイール台装置
11の簡略線図の正面図及び側面図である。図7と8と
は、アクチュエータが正三角形の頂点にある特定の場合
に対してアクチユエータと軸方向を一致させている。三
角形の台31は頂点A,B,Cを持つ。(示されていな
い)ステッパー・モータによって駆動されるねじ溝付き
ねじシャフト34は三角形の台31の頂点A,B,Cの
夫々に固着される。モメンタム・ホイール30は三角形
の台31に装着される。モメンタム・ホイール台組立て
11は、一方が“北”と呼ばれ、他方が“南”と呼ばれ
る、宇宙飛行体10に標準的に採用される2つの組立て
の1つであり得る。図7と8はモメンタム・ホイール台
組立て11に関連されるρ及びγ軸を示す。
テムは、モメンタム・ホイール台が如何なる付随する回
転なしに上昇され、あるいは下降され得る手段を与える
だけでなく、その名目上の回転軸に直交する軸の周りを
モメンタム・ホイール台組立て11を回転させることに
よって宇宙飛行体に制御トルクを与えるのに採用され
る。横揺れ及び偏揺れ軸モメンタム・ホイール台回転速
度ρυ及びγυは下記のように横揺れ及び偏揺れ制御ト
ルクで表される。
りで宇宙飛行体に加えられるトルクであり、Hは名目上
61N−m−sec(45 ft−lb−sec)であ
る運動量である。この方法は別々に各リニヤ・アクチュ
エータを位置付けするために使用され、あるいはそれは
望みの速度で2本の軸ρ及びγの周りで三角形の台31
を回転させるために使用され得る。どちらの場合におい
ても、本発明の方法は、宇宙飛行体の飛行姿勢角度と速
度とを制御するための宇宙飛行体制御処理装置42の部
分である横揺れ/偏揺れ制御システムによって順に使用
される台の回転を計算するために使用される。
給される時、それらは最初に積分され、それから“順変
換(foward trnsfirmation)によ
ってリニヤ・アクチュエータの必要な延び出し量に変換
される。これらのステップは望ましいアクチュエータの
延び出し量が直接に供給される時にはバイパスされる。
この順変換は2つの望ましい回転の項で3つのアクチュ
エータの延び出し量を表現する。測定されたアクチュエ
ータの延び出し量も“逆変換(backward tr
nsformation)”を使用して台の回転に変換
される。各順及び逆変換は夫々、方程式1及び2の一般
型で与えられる。
ータの延び出し量;JA,JB及びJCは計測されたア
クチュエータの延び出し量;TR及びTGは順変換係
数;TA,TB,TC,FA,FB及びFCは逆変換係
数、ρd及びγdは望ましいモメンタム・ホイール台の
回転;ρ及びγは計算されたモメンタム・ホイール台の
回転;JAf,JBf,JCfは不具合な時のアクチュ
エータの測定された延び出し量である。
時、これらの変換はアクチュエータの延び出し量の合計
をゼロになるように強制することによってユニークなも
のにされる。アクチュエータが正三角形の頂点に位置さ
れる時、この強制は強いて台31の中心が固定された高
さを保持するようにする。この強制は、それがアクチュ
エータの作動範囲の中心から如何なるアクチュエータの
要求される移動も最小限にするので望ましい。どれか1
つのアクチュエータの不具合の場合でも、台31の2軸
の制御はこの強制を削除し、逆変換JAf,JBfある
いはJCfにおける適切なアクチュエータの延び出し量
をその測定値に設定することによって実行の損失なしに
維持され得る。
タが操作でき、台31上のそれらの位置による。アクチ
ュエータが正三角形の頂点にあり、軸が図7及び図8に
示されたように規定される特定の場合に対しては、係数
の値は表1で与えられる。
ンタム・ホイール台操縦方法を説明するブロック線図は
図9及び図10で示される。傾斜機構32のジャッキね
じ・ステッパー・モータ33への配線は整えられ、変更
なしで、同一方法が北あるいは南のモメンタム・ホイー
ルのどちらかを制御するために使用され得る。
つの操作命令形態を持つ。(1)通常、システムは速度
において以下のモードに従っている。この形態におい
て、横揺れ/偏揺れ制御システムによって発生させられ
たモメンタム・ホイール台回転速度命令は最初に積分さ
れて、望みの台の角度を与え、それからジャッキねじの
延び出し量に変換される。ジャッキねじステップ命令は
これらの望みの延び出し量とジャッキねじの現在位置と
の差異として計算される。現在のジャッキねじの位置も
逆変換され、横揺れ−偏揺れ状態見積り器60に対して
元に帰還される台角度を計算する。
である。この形態においては、モメンタム・ホイール台
操縦システムは、地上命令からの相対ジャッキねじ・ス
テップ命令が次の形態の速度で計算されるステップ命令
の代りに使用される場合を除いて、厳密に上記されたよ
うに作動する。この命令形態は地上命令がモメンタム・
ホイール台組立て11の位置決めをできるようにする。
この形態は、その中で如何なるジャッキねじ命令ステッ
プも発生させられず、地上ステーションによって使用さ
れて、存在しているモメンタム・ホイール台角度で制御
システムを初期設定する。この形態において、地上ステ
ーションはポテンシオメータ36によって計測された現
在のモメンタム・ホイール台角度を送る。次に、モメン
タム・ホイール台操縦システムは台速度命令積分器をこ
れらの角度で初期設定し、それらをジャッキねじの延び
出し量へ変換し、ジャッキねじ位置レジスタを初期設定
する。それから逆変換を利用して、それは横揺れ/偏揺
れ状態見積り器60へ帰還される計算されたモメンタム
・ホイール台角度を初期設定する。
上・ステーション命令を使用して、如何なる時でもその
3つの操作形態の中で切り替えら得る。ある場合におい
て、作動形態は本体制御モードに基いたソフトウェアに
よって自動的に選択される。各本体制御モードに対する
通常の操作形態は表2に示される。
及び逆変換は不履行(default)によってボード
に記憶される。1本のジャッキねじが不具合の時、替り
の順及び逆変換が地上によって命令されモメンタム・ホ
イール台を2つの作動ジャッキねじのみで制御すること
ができる。
タム・ホイール台回転速度が3つのジャッキねじのため
の個々のステップ命令に変換される方法を示す。最初
に、これらの回転速度は積分され、望ましいモメンタム
・ホイール台方向ρd及びγdを計算する。
時、モメンタム・ホイール台方向ρd及びγdをユニー
クな一組のジャッキねじの延び出し量の中へ写像するた
めに、台31の中央は静止したままであることを強いら
れる。これは図11に示されたように3つの未知数の一
組の3つの方程式をつくる。各ジャッキねじの位置はこ
の一組の方程式によって計算され、それからステップの
大きさによって量子化される。
を与えるというような平均ステップ速度で、1つあるい
はそれ以上のジャッキねじからの一連のステップに帰着
する。平均して望ましいトルクに等しい間は、宇宙飛行
体に適用される結果として生じたトルクは、ジャッキね
じステップが現れる時に一連のパルスとして実際に適用
され、如何なる所与の時間においても命令からかなり異
なることがある。宇宙飛行体の横揺れ/偏揺れ状態見積
り器60が正確に作動するために、実際のモメンタム・
ホイール台の位置と速度を知ることが必要である。実際
の台の角度ρ及びγは3つのジャッキねじの延び出し量
から2つのモメンタム・ホイール台の角度へ上記変換を
逆に行うことによって計算される。
2つのジャッキねじのみによって横揺れ及び偏揺れ軸の
両方の周りで制御され得る。この機能はジャッキねじの
不具合の時に使用され得る。この場合、モメンタム・ホ
イール台31の中心が静止したままである強制はなくな
る。順変換は方程式1で、逆変換は方程式2で一般的な
型で夫々与えられる。不具合の時、適切な変換係数は表
1から選択される。
変換は宇宙飛行体に乗っているメモリーに記憶される。
ジャッキねじが不具合の時、替りの順及び逆変換は地上
ステーションによって命令され、モメンタム・ホイール
台を2つの操作ジャッキねじのみで制御できるようにし
得る。
縦システムを再び初期設定することが必要であり得る。
これは、地上ステーションからテレメトリで提供される
リニヤ・ポテンシオメータ調整値から各ジャッキねじの
延び出し量を読むことによって達成され得る。それから
これらは地上ステーションで宇宙飛行体上で採用された
同一の変換を使用することによって台角度へ変換され
る。それから本方法は初期設定形態を命令し最初の台角
度にすることによって再び初期設定され得る。本方法
は、一度それが速度追随モードに切り替えられるなら
ば、標準操作を再開する。
テムは1つ以上の方法で操作されることができ、前記説
明によるだけの操作に限定される訳ではないということ
が明確に理解されるべきである。例えば、上記で説明さ
れた台の角度帰還の特有の実施において、システムはジ
ャッキねじステップ命令を累積し、累積されたジャッキ
ねじ・ステップ命令を逆変換して台の角度を計算し、計
算された台の角度を制御システムに帰還する。代案とし
て、システムは単純に積分された台速度命令を制御シス
テムに帰還させ、このようにして全体の逆変換操作を無
くし得る。
の特別の実施において、システムは、望ましいジャッキ
ねじの位置と前のステップ命令の総計である測定された
ジャッキねじの位置との間の差としてステップ命令を計
算する。利用可能なジャッキねじ位置の別の測定もあ
る。ポテンシオメータは、普通地上制御ステーションで
のみ使用されるジャッキねじ位置の測定値を与える。代
案として、もし望まれるのであれば、システムは宇宙飛
行体制御処理装置において使用可能なポテンシオメータ
の読み取り値を使用することによってジャッキねじステ
ップ命令を計算することができる。この代案はステップ
命令を累積する必要を省く。
ル操縦システムの実施例が示されている。図12の実施
例において、横揺れ−偏揺れ状態見積り器及び制御器1
00は順変換コンピュータ102に適用される台角度命
令を作り出す速度積分器101に台速度命令を適用す
る。順変換コンピュータ102はジャッキねじステップ
・コンピュータ103に適用されるアクチュエータ延び
出し量命令を作り出す。代りに、もし望まれるのであれ
ば、台速度命令あるいは台角度命令は命令デコーダ装置
104により変換され得る。ジャッキねじステップ・コ
ンピュータ103はモメンタム・ホイール台106を傾
けるステップ命令を3つのジャッキねじに適用する。ジ
ャッキねじ105の延び出し量はポテンシオメータ10
7によって測定され、その測定値はテレメトリ・エンコ
ーダ装置108によって送られる。ステップ命令はステ
ップ・カウンタ及び累積器でカウントされ、累積され
る。累積されたステップ命令は、横揺れ−偏揺れ状態見
積り器及び制御器100に適用される台角度帰還を作り
出す逆変換コンピュータ111に適用される。ステップ
命令を逆変換することと横揺れ−偏揺れ状態見積り器及
び制御器100に計算された角度を帰還することは必ず
しも必要ではないことは明らかである。この処置はシス
テムを作動させるためには必ずしも必要とされない。代
りに、速度積分器101からの積分された台速度命令
は、図12の破線112で示された連結によって指示さ
れるように横揺れ及び偏揺れ状態見積り器及び制御器1
00へ帰還され得る。この連結は全体の逆変換操作をバ
イパスすることは明白である。
プ命令は望ましいジャッキねじ位置と測定されたジャッ
キねじの位置との間の差としてジャッキねじステップ・
コンピュータで計算される。繰り返すが、この処置はシ
ステムが作動するために要求される物ではない。代り
に、ステップ命令は、別の破線113で示された連結に
よって指示されるようにジャッキねじステップ・コンピ
ュータ103に適用され得るポテンシオメータの読み取
り値即ち測定値を使用することによって計算され得る。
これはステップ命令を累積する必要を省く。
を提供する新しいモメンタム・ホイール台操縦システム
及び方法が説明された。上記実施例は単に本発明の原則
の応用を表す多くの特定の実施例の幾つかの説明であ
る。明確に言えば、多くの別の応用が発明の範囲から離
れることなくその技術において熟練した人々によって容
易に考案されることができる。
行体の概略図。
各角に結合されたリニヤ・アクチュエータとを有する三
角形の台の概略図。
操縦方法及び組立てのあるモメンタム・ホイール台組立
ての実際の実施例の側面図。
結された宇宙飛行体制御処理装置のブロック・フォーム
で表した概略ダイヤグラム。
ォームで表した概略ダイヤグラム。
ォームで表した概略ダイヤグラム。
ル組立ての概略平面図。
ル組立ての概略側面図。
縦システムを説明するダイヤグラム。
操縦システムを説明するダイヤグラム。
モメンタム・ホイール位置決め理論を規定する概略ダイ
ヤグラム。
発明に基く宇宙飛行体制御システムのブロック・フォー
ムで表した簡略ダイヤグラム。
て、12,30…高速度モメンタム・ホイール、13…
回転軸、14,15,16…ジャッキねじ、21,33
…ステッパー・モータ、24,31…正三角形の台、3
2…傾斜機構、34…ねじシャフト、35…球面ナット
部材、36,107…ポテンシオメータ、37…シャフ
ト、38…発射ロック、40…電気コネクタ、42…宇
宙飛行体制御処理装置、43…ホイール駆動電子装置、
44…ホイール・トルク、45…第二母線、46,10
8…テレメトリ・エンコーダ装置、47…第三母線、4
8…第四母線、50,104…命令デコーダ装置、51
…第五母線、54…宇宙飛行体ダイナミックス・ブロッ
ク、55…ステッパー・モータ制御駆動ブロック、56
…ステップ論理ブロック、57…台操縦アナゴリズム、
58…制御利得ブロック、62…標準モード連続論理ブ
ロック、100…横揺れ及び偏揺れ状態見積も器及び制
御器、101…速度積分器、102…順変換コンピュー
タ、103…ジャッキねじステップ・コンピュータ、1
05…ジャッキねじリニヤ・アクチュエータ、106…
モメンタム・ホイール台、110…ステップ・コンピュ
ータ及びアクチュエータ、111…逆変換コンピュー
タ。
Claims (4)
- 【請求項1】 搭載コンンピュ−タで制御される速度追
随モ−ドで宇宙飛行体モメンタム・ホイ−ル台106 を制
御するための装置であり、 望ましいモメンタム・ホイ−ル台速度を発生するための
横揺れ−偏揺れ状態見積り器及び制御器100 と、 前記望ましいモメンタム・ホイ−ル台速度を積分して望
ましいモメンタム・ホイ−ル台角度を作り出すために前
記横揺れ−偏揺れ状態見積り器及び制御器と連結された
速度積分器101 と、 前記速度積分器に連結され、望ましいアクチュエ−タ延
び出し量を計算するために前記望ましいモメンタム・ホ
イ−ル台角度に応答する順変換コンピュ−タ102 と、 前記順変換コンピュ−タに連結され、アクチュエ−タ・
ステップ命令信号を作り出すために望ましいアクチュエ
−タ延び出し量に応答するステップ・コンピュ−タ103
とリニヤ・アクチュエ−タ105 の作動のために前記ステ
ップ・コンンピュ−タと連結され、前記モメンタム・ホ
イ−ル台をある所定量傾斜させる前記リニヤ・アクチュ
エ−タを有するモメンタム・ホイ−ル台106 と、 モメンタム・ホイ−ル台角度帰還信号として前記横揺れ
−偏揺れ状態見積り器100 及び制御器へ帰還される前記
速度積分器101 の出力とを具備する前記制御装置。 - 【請求項2】 搭載コンンピュ−タで制御される速度追
随モ−ドで宇宙飛行体モメンタム・ホイ−ル台を制御す
るための装置であり、 望ましいモメンタム・ホイ−ル台速度を発生するための
横揺れ−偏揺れ状態見積り器及び制御器100 と、 前記横揺れ−偏揺れ状態見積り器及び制御器に連結され
て、望ましいアクチュエ−タ延び出し量を計算するため
に前記の望ましいモメンタム・ホイ−ル台速度に応答す
る搭載コンピュ−タ102 と、 望ましいアクチュエ−タ位置と先行のアクチュエ−タ・
ステップ命令信号の総計を採ることによって決定される
今あるアクチュエ−タ位置との間の差を計算することに
よってアクチュエ−タ・ステップ命令信号を作り出すた
めに前記搭載コンピュ−タに連結され、前記の望ましい
アクチュエ−タ延び出し量に応答するアクチュエ−タ・
ステップ・コンピュ−タ103 と、 前記アクチュエ−タ・ステップ・コンピュ−タに連結さ
れ、リニヤ・アクチュエ−タ105 の作動のために前記ア
クチュエ−タ・ステップ命令に応答して、前記モメンタ
ム・ホイ−ル台をある所定量傾斜させ、それによって前
記の望ましいモメンタム・ホイ−ル台速度を作り出す前
記リニヤ・アクチュエ−タを有するモメンタム・ホイ−
ル台106 とを具備する前記装置。 - 【請求項3】 前記宇宙飛行体上に配置される傾斜可能
な台11と、 その周りに均等に配置される前記台を支持するための3
つのピボット(A,B,C)と、 ステッパ−・モ−タ211 によって駆動されるジャッキね
じ34,35 を夫々が具備する3つのリニヤ・アクチュエ−
タ14,15,16であり、前記リニヤ・アクチュエ−タの夫々
が個々に前記ピボットの違った1つに連結され、その各
ピボットを上げ下げするように適応させられる前記アク
チュエ−タ14,15,16と、 前記台に装着され回転軸13の周りを高速度で回転するた
めに適応させられ、モメンタム・ベクトルを作り出すモ
メンタム・ホイ−ル30であり、前記ホイ−ルの回転軸は
最初に前記宇宙飛行体と関連して所定の方向に揃えら
れ、前記台と前記ホイ−ルとは小さい角度に傾斜させら
れるように適応させられて、前記ホイ−ルの回転軸を横
切る面にホイ−ル・モメンタム・ベクトルの一構成要素
を作り出す、前記モメンタム・ホイ−ル30と、 前記宇宙飛行体上に配置され、前記宇宙飛行体のための
望ましい横揺れ−偏揺れモメンタム・ホイ−ル台速度を
計算するための搭載コンピュ−タ60と、 前記搭載コンピュ−タに連結され、前記横揺れ−偏揺れ
モメンタム・ホイ−ル台速度をジャッキねじ位置命令に
変換する台操縦コンピュ−タ57と、 前記台操縦コンピュ−タに連結され、ジャッキねじ位置
命令をジャッキねじ・ステップ命令に変換するステップ
論理コンピュ−タ56と、 前記ステップ論理コンピュ−タ56から前記リニヤ・アク
チュエ−タに連結され、前記ジャッキねじ・ステップ命
令を前記ステッパ−・モ−タに適用するための複数のス
テッパ−・モ−タ制御駆動装置55とを具備する宇宙飛行
体10のための飛行姿勢制御システム。 - 【請求項4】 搭載コンピュ−タで制御される速度追随
モ−ドでモメンタム・ホイ−ル台106 を制御する方法で
あり、 搭載コンピュ−タで台速度命令を発生させ100 、 台速度命令を積分して101 望ましい台角度を提供し、 望ましい台角度からの望ましいジャッキねじ延び出し量
を計算し102 、 今あるジャッキねじ延び出し量を計測し107 、 望ましいジャッキねじ延び出し量と計測されたジャッキ
ねじ延び出し量との間の差に応じてジャッキねじステッ
プ命令を発生させ103 、 ジャッキねじ105 にジャッキねじステップ命令を適用し
て、モメンタム・ホイ−ル台106 を傾斜させるステップ
を具備する前記制御方法。
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