JPH0817285B2 - 衛星搭載アンテナ駆動機構制御装置 - Google Patents

衛星搭載アンテナ駆動機構制御装置

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JPH0817285B2
JPH0817285B2 JP13053393A JP13053393A JPH0817285B2 JP H0817285 B2 JPH0817285 B2 JP H0817285B2 JP 13053393 A JP13053393 A JP 13053393A JP 13053393 A JP13053393 A JP 13053393A JP H0817285 B2 JPH0817285 B2 JP H0817285B2
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antenna
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control signal
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、人工衛星に搭載されそ
の指向方向が駆動可能なアンテナの指向方向の制御を行
う駆動装置に関し、特に駆動機構制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図1は人工衛星に搭載されている、指向
方向をアクチュエータによって変化させることが可能な
従来のアンテナ駆動機構制御装置の一例を示すブロック
図であり、1はアンテナ+弾性軸受、2はアクチュエー
タ、5は外乱トルク、6は目標指向角、7は制御信号、
11は指向角、13はアンテナ指向角センサ、4はリー
ドラグフィルタ、21は積分器、20はリードラグフィ
ルタ4と積分器21で構成したアンテナ駆動機構制御回
路である。ここでの外乱トルク5とは、アンテナに作用
する太陽光圧など宇宙空間特有の外乱である。従来のア
ンテナ駆動機構制御装置の実現例としては、たとえば日
本機械学会論文集(C編)53巻489号1047ペー
ジなどに記されている。上記のアンテナ駆動機構制御装
置では、アンテナ1の指向角11をアンテナ指向角セン
サ13によって計測し、目標指向角6との差をアンテナ
駆動機構制御回路20に入力することで制御信号7を生
成し、この制御信号7をアクチュエータ2へ入力し、出
力されたアクチュエータ出力トルク12によってアンテ
ナ1の指向方向制御を行っていた。上記アンテナ駆動機
構制御回路20は、アンテナ指向角11と目標指向角6
との定常オフセットを除去するための積分器21と、制
御系の安定化を図るためのリードラグフィルタ4によっ
て構成されており、目標指向角6と指向角11の誤差を
小さくするための制御信号7を出力する。
【0003】また図6はアンテナを支持する弾性軸受を
示す図であり、51は円管、52は板バネである。上記
の弾性軸受は弾性ピボットとも呼ばれ、2つの円管51
を2枚の板バネ52によって結合することで、無潤滑で
耐久性に優れた軸受機能を実現可能としたものである。
したがって上記弾性軸受をアンテナ駆動軸の支持部に使
用したアンテナ駆動機構制御装置では、その指向方向精
度に対して弾性軸受の構成要素である板バネの振動特性
が大きく影響を与えるため、上記板バネを振動させない
ようにアクチュエータを駆動し、アンテナ指向角を制御
することが必要であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】以上述べた従来のアン
テナ駆動機構制御装置では、目標指向角6と指向角11
との誤差を入力とするアンテナ駆動機構制御回路20が
積分器21とリードラグフィルタ4から構成されている
ため、アンテナを支持する弾性軸受の振動特性(固有振
動数)の影響によって、アンテナ指向角を安定に制御で
きる帯域が制限されるとともに、宇宙空間で太陽から受
ける熱などの影響でアンテナの構造パラメータ(アンテ
ナの固有振動数や慣性モーメント)が変化した場合に
は、アンテナ駆動機構制御回路20の制御性能が劣化し
てしまい、その結果、高帯域で高精度なアンテナの指向
制御の実現が困難であった。
【0005】本発明の目的は、指向方向が駆動できるア
ンテナに対して、アンテナを支持する軸受の振動特性が
及ぼす影響や、アンテナ構造パラメータの変化などを補
償する機能を持つアンテナ駆動機構制御回路を用いるこ
とで、高帯域でかつ高精度な指向制御が可能となるアン
テナ駆動機構制御装置を提供することを目的としてい
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の衛星搭載アンテ
ナ駆動機構制御装置は、駆動制御信号(7)に応じて指
向角を変化させるアクチュエータ(2)と指向角を計測
するセンサ(13)を有し、弾性軸受によって支持され
た人口衛星搭載アンテナの駆動機構制御装置において、
前記アンテナの目標指向角(6)と前記指向角センサ
(13)により計測したアンテナ指向角(11)との誤
差信号(14)を用いて前記アンテナの指向制御信号
(15)を生成する主制御器(4)と、前記弾性軸受の
振動特性を無視し作成したアンテナ支持機構剛体モデル
の逆モデル演算器(9)によって前記センサ(13)に
より計測したアンテナ指向角(11)と駆動制御信号
(7)とから前記アンテナに加わる外乱やアンテナを支
持する駆動機構の振動特性を推定し、その振動特性にお
ける推定固有振動帯域をフィルタ(10)によって限定
して外乱補償信号(16)を生成する外乱補償器(3)
とから構成され、前記指向制御信号(15)と前記外乱
補償信号(16)とを足し合わせた信号を前記駆動制御
信号(7)として出力することで前記アクチュエータ
(2)を駆動するアンテナ駆動機構制御回路(8)を具
備したことを特徴とする。
【0007】
【実施例】次に、本発明を図面を参照しながら説明す
る。
【0008】図4は弾性軸受で支持されたアンテナを装
備した人工衛星の一構成例である。図において31は衛
星本体、32はアンテナ、33はアンテナ32を支持す
る弾性軸受とアクチュエータ(駆動モータ)、34はア
ンテナ32で反射した電波を受ける受信部、35はアン
テナ支持ブームである。
【0009】図5は図4で示した弾性軸受+アクチュエ
ータ33の一構成例である。図において41は弾性軸
受、52は弾性軸受41を構成する板バネ、43はアン
テナ取り付け面、46はアンテナ取り付け部材である。
このようにアンテナ支持部に弾性軸受41を用いた機構
では、アクチュエータ45によって弾性軸受41の一端
を駆動することで、アンテナ32の指向方向を調整する
ことができる。この構造では、アンテナ取り付け面43
とアクチュエータ45の間には板バネ52が存在するた
めに、板バネ52の駆動特性がアンテナの指向方向制御
に大きく影響を及ぼすという特徴がある。
【0010】図2は本発明の一実施例を示しており、衛
星搭載用アンテナの駆動機構制御装置のブロック図であ
る。図において1は弾性軸受によって支持されたアンテ
ナ駆動機構(アンテナ+弾性軸受)、2はアクチュエー
タ、3は外乱補償器、4はリードラグフィルタ(主制御
器)、5は外乱トルク、6は目標指向角、7は制御信
号、8はアンテナ駆動機構制御回路、9はアンテナの剛
体逆モデル演算器、10は3次ローパスフィルタ、11
は指向角、12はアクチュエータ出力トルク、13はア
ンテナ指向角センサ、14は指向角誤差信号、15は主
制御信号である。まずアンテナ1の目標指向角6とアン
テナ指向角センサ13によって計測された指向角11の
差から得られた指向角誤差信号14をリードラグフィル
タ4に与えると、リードラグフィルタ4ではその誤差信
号14に応じて誤差信号14を小さくする主制御信号1
5を出力する。さらにアンテナ駆動機構制御回路8を構
成する外乱補償器3では、アンテナ指向角センサ13に
よって計測された指向角11とアンテナ駆動機構制御回
路8が出力する制御信号7をアンテナの剛体逆モデル演
算器9に受け、逆モデル演算器9の出力信号を3次ロー
パスフィルタ10に入力することで外乱トルク5ならび
に弾性軸受の振動特性がアンテナ指向角に及ぼす影響を
相殺する外乱補償信号16を生成する。ここでアンテナ
の剛体逆モデル演算器9では、アンテナ32を支持する
弾性軸受の振動特性や外乱トルク5の値を指向角11と
制御信号7から推定するために、軸受などの振動特性を
無視したアンテナの剛体モデル{1/(Is2 ):sは
ラプラス演算子、Iはアンテナ慣性モーメント}の逆モ
デル(Is2 )に指向角11を入力し、得られた信号の
符号を反転した後、制御信号7と足し合わせて出力する
構成をとる。具体的には、指向角11をy、制御信号7
をuとしたとき、この演算器9からの出力信号zが、z
=−Is2 y+uという関係式によって得られる。アン
テナ駆動機構制御回路8では、リードラグフィルタ4か
ら出力される上記主制御信号15と、外乱補償器3から
出力される外乱補償信号16とを足し合わせ、その信号
を制御信号7として出力し、その制御信号7をアクチュ
エータ2に入力することでアクチュエータ2を駆動し、
得られたアクチュエータ出力トルク12によって、アン
テナ1の指向方向制御を行う。
【0011】本制御装置の作用を明確にするため、図2
のブロック図におけるアンテナ駆動機構制御回路8とし
てリードラグフィルタ4のみを用いた駆動機構制御装置
(本駆動機構制御装置において外乱補償器3を除いた装
置)と、本駆動機構制御装置を用いた場合の、アンテナ
目標指向角6からアンテナ指向角11までの周波数特性
を図3に示す。図3は、目標指向角6を入力とし、セン
サ13により計測されるアンテナ指向角11を出力とす
るアンテナ駆動機構制御装置の開ループ周波数特性を示
したボード線図である。図において、実線で示したもの
が本装置を用いたもの、点線で示したものが制御回路8
としてリードラグフィルタ4のみを用いた制御装置の特
性である。図3(a)のゲイン線図で示すように、制御
回路8を約2.5Hzの制御帯域を持つように設計した
場合に、制御回路8としてリードラグフィルタ4のみを
用いた駆動装置では、弾性軸受の固有振動数が約0.5
5Hzであるために、共振特性を示すピークがOdbを
越えてしまっている。そのため、アンテナ指向角は軸受
の振動特性の影響を受けてしまうことがわかる。それに
対して本実施例の制御装置では、外乱補償器3の効果に
よって弾性軸受の振動特性を示す共振ピークが抑制され
ている。そのため本装置では、軸受の振動特性の影響を
受けないことがわかる。また定常特性についても、リー
ドラグフィルタ4のみでは制御回路8の中に積分器が含
まれていないことから、目標指向角6と指向角11の間
に定常オフセットが生じてしまうのに対して、本装置で
は制御回路8の中に積分器が含まれていないにも関わら
ず、外乱補償器3の作用によって定常オフセットをなく
すことが可能であることがわかる。また図3(b)の位
相線図からは、弾性軸受の固有振動数付近で位相遅れが
生じているものの、2.5Hz付近での位相角の大きさ
から、どちらの制御回路でも、位相余裕は確保されてい
ることがわかる。以上の結果から、リードラグフィルタ
4のみでアンテナ駆動機構制御回路を構成する場合に
は、軸受の振動特性を抑制できないために、アンテナ指
向角の制御帯域が制限されてしまうということがいえ
る。ここで示した結果は、アンテナ駆動機構制御回路8
を構成する外乱補償器3が、アンテナを支持する弾性軸
受の振動特性を、アンテナに加わる他の外乱と等価的に
評価し、それを相殺するために出力した外乱補償信号1
6の作用によるものである。またさらに、アンテナの構
造パラメータ(固有振動数や慣性モーメント)の変動が
何らかの原因で生じた場合でも、外乱補償器3ではパラ
メータ変動の影響をアンテナに加わる外乱として評価す
るために、弾性軸受の振動特性と同様にこのパラメータ
変動の影響も抑制することが可能である。
【0012】
【発明の効果】本発明の衛星搭載アンテナ駆動機構制御
装置は、以上に説明したとおり、アンテナ駆動機構制御
回路8に含まれる外乱補償器3の効果によって、弾性軸
受の振動特性がアンテナ指向角に及ぼす影響や、さらに
アンテナ1の構造パラメータの変化が及ぼす影響などを
抑制でき、ひいては弾性軸受の振動特性やアンテナのパ
ラメータ変動に影響されず、高帯域で高精度なアンテナ
指向角制御を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】アンテナ駆動機構制御回路としてPID制御回
路を用いた場合のアンテナ駆動機構制御装置を示す構成
図である。
【図2】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図3】図2の実施例の特性を示す図である。
【図4】アンテナを搭載した衛星の一構成例を示す図で
ある。
【図5】アンテナを支持する弾性軸受の一構成例を示す
図である。
【図6】弾性軸受を示す図である。
【符号の説明】
1 アンテナ+弾性軸受 2 アクチュエータ 3 外乱補償器 4 リードラグフィルタ 5 外乱トルク 6 目標指向角 7 制御信号 8 アンテナ駆動機構制御回路 9 アンテナの剛体逆モデル演算器 10 3次ローパスフィルタ 11 指向角 12 アクチュエータ出力トルク 13 アンテナ指向角センサ 14 指向角誤差信号 15 主制御信号 16 外乱補償信号 20 アンテナ駆動機構制御回路(リードラグフィル
タ+積分器) 21 積分器 31 衛星本体 32 アンテナ 33 弾性軸受+アクチュエータ 34 受信部 35 アンテナ支持ブーム 41 弾性軸受 43 アンテナ取り付け面 45 アクチュエータ 46 アンテナ取り付け部材 51 円管 52 板バネ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 駆動制御信号(7)に応じて指向角を変
    化させるアクチュエータ(2)と指向角を計測するセン
    サ(13)を有し、弾性軸受によって支持された人口衛
    星搭載アンテナの駆動機構制御装置において、前記アン
    テナの目標指向角(6)と前記指向角センサ(13)に
    より計測したアンテナ指向角(11)との誤差信号(1
    4)を用いて前記アンテナの指向制御信号(15)を生
    成する主制御器(4)と、前記弾性軸受の振動特性を無
    視し作成したアンテナ支持機構剛体モデルの逆モデル演
    算器(9)によって前記センサ(13)により計測した
    アンテナ指向角(11)と駆動制御信号(7)とから前
    記アンテナに加わる外乱やアンテナを支持する駆動機構
    の振動特性を推定し、その振動特性における推定固有振
    動帯域をフィルタ(10)によって限定して外乱補償信
    号(16)を生成する外乱補償器(3)とから構成さ
    れ、前記指向制御信号(15)と前記外乱補償信号(1
    6)とを足し合わせた信号を前記駆動制御信号(7)と
    して出力することで前記アクチュエータ(2)を駆動す
    るアンテナ駆動機構制御回路(8)を具備したことを特
    徴とする衛星搭載アンテナ駆動機構制御装置。
  2. 【請求項2】 前記駆動制御信号(7)をu、前記アン
    テナ指向角(11)をy,前記アンテナの慣性モーメン
    トをI、ラプラス演算子をs、前記逆モデル演算器
    (9)の出力信号をzとすると、z=Is2y+uなる
    関係にあることを特徴とする請求項1に記載の衛星搭載
    アンテナ駆動機構制御装置。
JP13053393A 1993-06-01 1993-06-01 衛星搭載アンテナ駆動機構制御装置 Expired - Lifetime JPH0817285B2 (ja)

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