JPS58168109A - 人工衛星の姿勢制御方式 - Google Patents
人工衛星の姿勢制御方式Info
- Publication number
- JPS58168109A JPS58168109A JP57050526A JP5052682A JPS58168109A JP S58168109 A JPS58168109 A JP S58168109A JP 57050526 A JP57050526 A JP 57050526A JP 5052682 A JP5052682 A JP 5052682A JP S58168109 A JPS58168109 A JP S58168109A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thruster
- control system
- attitude
- angular velocity
- wheels
- Prior art date
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- Granted
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/0005—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots with arrangements to save energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発ｆ１４Ｆｉ、アクチュエータとしてスラスタのほ
かにホイールも備えた人工衛星の姿勢制御方式に関する
ものである。
かにホイールも備えた人工衛星の姿勢制御方式に関する
ものである。
姿勢制御という観点からみると９人工衛星社最終的な定
常運用モードに到達するまてに％Ａろいろな捕捉モード
及び姿勢保持モードが必要となる。地球指向衛星を例に
とると地球捕捉モード、ヨー捕捉モード、軌道制御モー
ドなどがあるが、これらの姿勢制御モード中線通常アク
チュエータとしてスラスタが使用される。
常運用モードに到達するまてに％Ａろいろな捕捉モード
及び姿勢保持モードが必要となる。地球指向衛星を例に
とると地球捕捉モード、ヨー捕捉モード、軌道制御モー
ドなどがあるが、これらの姿勢制御モード中線通常アク
チュエータとしてスラスタが使用される。
ところがスラスタｔＩ！用するこれらの姿勢制御系は、
スラスタが連続的に可変なトルクを発生できないためオ
ンオフ制御系となる。また通常、スタスタは最小オンタ
イムという鳴射時間の最小値が規定され、その時間より
も長いオン時間で使用する。この太め、従来のスラスタ
制御系は、リミットナイクルという自動振動が発生し消
費Ｉｌｋ薬量が非常に多（なる欠点があった。
スラスタが連続的に可変なトルクを発生できないためオ
ンオフ制御系となる。また通常、スタスタは最小オンタ
イムという鳴射時間の最小値が規定され、その時間より
も長いオン時間で使用する。この太め、従来のスラスタ
制御系は、リミットナイクルという自動振動が発生し消
費Ｉｌｋ薬量が非常に多（なる欠点があった。
またスラスタ制御系の安定性を増すため、レートゲイン
を大きくすると、スラスタのオンオフモジュレータの非
線形要素等の影響で、太陽電池パドル等の７レキシビリ
テイとの干渉が問題となることがある。この発明はアク
チェエータとしてスラスタ以外にホイールを使用するこ
とにより、上記の欠点を除去する姿勢制御方式を提供す
るものである。
を大きくすると、スラスタのオンオフモジュレータの非
線形要素等の影響で、太陽電池パドル等の７レキシビリ
テイとの干渉が問題となることがある。この発明はアク
チェエータとしてスラスタ以外にホイールを使用するこ
とにより、上記の欠点を除去する姿勢制御方式を提供す
るものである。
以下、１軸まわりの姿勢制御を例にとり、この発肩！ｌ
−詳細に置引する。
−詳細に置引する。
第１図は６人工衛星の姿勢制御系の構成を示す図で、１
軸まわ９の姿勢制御に使用されるコンポーネントを図示
しである。（１）は人工衛星の本体であ５．姿勢制御の
目的はこの衛星本体（１１ｔ、目標姿勢の方向にむける
ことである。（２）は制御しようとする軸を表わし、こ
こではピッチ軸と呼ぶことにする。口）はピッチ輪伐）
のまわりの姿勢角を検出する姿勢角センナ、（４）はピ
ッチ軸は）のまわりＯ角逐ｆを検出□する角速度センナ
である。衛轟（１）のピッチ軸（２）まわりの姿勢は。
軸まわ９の姿勢制御に使用されるコンポーネントを図示
しである。（１）は人工衛星の本体であ５．姿勢制御の
目的はこの衛星本体（１１ｔ、目標姿勢の方向にむける
ことである。（２）は制御しようとする軸を表わし、こ
こではピッチ軸と呼ぶことにする。口）はピッチ輪伐）
のまわりの姿勢角を検出する姿勢角センナ、（４）はピ
ッチ軸は）のまわりＯ角逐ｆを検出□する角速度センナ
である。衛轟（１）のピッチ軸（２）まわりの姿勢は。
この姿勢角センナ（３）及び角１１度センナに）の出力
を用いて制御される。
を用いて制御される。
ａはピッチ軸（２）のまわ９に正のトルクを発生するス
ラスタ、（６）はピッチ軸（２）のまわ９に負のトルク
を発生するスラスタである。（））はピッチ軸（２）の
まわ９の正負のトルクを発生すると同時に角運動量を蓄
積することができるホイールである。従来のスラスタ制
御系は姿勢角センナ（３）の出力と角速度センサ（４）
の出力をもとに、オンオフのパルス列に変換して、スラ
スタ（５１、＋６）を駆動する。
ラスタ、（６）はピッチ軸（２）のまわ９に負のトルク
を発生するスラスタである。（））はピッチ軸（２）の
まわ９の正負のトルクを発生すると同時に角運動量を蓄
積することができるホイールである。従来のスラスタ制
御系は姿勢角センナ（３）の出力と角速度センサ（４）
の出力をもとに、オンオフのパルス列に変換して、スラ
スタ（５１、＋６）を駆動する。
第２図は、スラスタ制御系のブロック図を示す。（８）
は制御シルク決定部で、姿勢角センナ（３）の出力信号
（勅と角速度センサの出力信号αＩｔ−人力として、オ
ンオフモジュレータＩへモジュレータコマンド信号−を
出力する。オンオフモジュレータ自力は、コマンド信号
なｓに応じて、スラスタＫ） 、 （６）への駆動信号
（１１，Ｈを発生する０オンオ７モジ工レータＵとして
は、入力信号に対し、出力信号が時間平均して、比例効
果をもつもの、あるいは、比例プラス微分効果をもつも
のなどがある０これらのモジュレータは通常。
は制御シルク決定部で、姿勢角センナ（３）の出力信号
（勅と角速度センサの出力信号αＩｔ−人力として、オ
ンオフモジュレータＩへモジュレータコマンド信号−を
出力する。オンオフモジュレータ自力は、コマンド信号
なｓに応じて、スラスタＫ） 、 （６）への駆動信号
（１１，Ｈを発生する０オンオ７モジ工レータＵとして
は、入力信号に対し、出力信号が時間平均して、比例効
果をもつもの、あるいは、比例プラス微分効果をもつも
のなどがある０これらのモジュレータは通常。
ヒステリシス付デッドバンド要素及び−次遅れ賛素尋で
構成されており、モジュレータによってパルス列の最小
オンタイムが 龜まりでしまう。このためスラスタの１
／（ルスによる角運動量変化に、下限値が生じ、衛星の
角速度変化を無限に小さくすることはでき１醇また。モ
ジュレータの入力信号がデッドＩくンドの内側に（ると
スラスタ駆動信号はオフになるので、デッドバンドの内
側では、レートダンピングの効果が発生しない。このた
め、外乱トルクの大きさに比べてスラスタｑ最小オンタ
イムによる角運動−を変化が大きいとこの制御系は定常
状態で第ｓｇに示すようなリミットサイクルを生じる０
図中、横軸■は喪勢誤差、縦軸Ｕは姿勢角速度を示す。
構成されており、モジュレータによってパルス列の最小
オンタイムが 龜まりでしまう。このためスラスタの１
／（ルスによる角運動量変化に、下限値が生じ、衛星の
角速度変化を無限に小さくすることはでき１醇また。モ
ジュレータの入力信号がデッドＩくンドの内側に（ると
スラスタ駆動信号はオフになるので、デッドバンドの内
側では、レートダンピングの効果が発生しない。このた
め、外乱トルクの大きさに比べてスラスタｑ最小オンタ
イムによる角運動−を変化が大きいとこの制御系は定常
状態で第ｓｇに示すようなリミットサイクルを生じる０
図中、横軸■は喪勢誤差、縦軸Ｕは姿勢角速度を示す。
昧η、］・はオンオフモジュレータ１と制御トルク針算
部（６）によりてｔ！ｉ壕る境界線ｔ１！わし、この二
つの境界線にはさまれた領域−ではスラスタはオフとな
る０１１０境界線よりＪ［点からみて外側にある領域−
では負のトルクを発生するスラスタ（２）がオンにな９
．９ｍＯ境界線より原点から与で外側にある領域（至）
では正のトルクを発生するスラスタ−がオンとなる０（
２）はリミットサイクルの運動を表ねす軌跡である。
部（６）によりてｔ！ｉ壕る境界線ｔ１！わし、この二
つの境界線にはさまれた領域−ではスラスタはオフとな
る０１１０境界線よりＪ［点からみて外側にある領域−
では負のトルクを発生するスラスタ（２）がオンにな９
．９ｍＯ境界線より原点から与で外側にある領域（至）
では正のトルクを発生するスラスタ−がオンとなる０（
２）はリミットサイクルの運動を表ねす軌跡である。
す２ツトナイクルの軌跡（２）で、姿勢誤差四が一定で
姿勢角速度−が変化している所は、スラスタの噴射の直
前から、直後を示し時間的には非常に短い期間を表わす
。一方、姿勢角速度ａ１Ｂが一定で姿勢誤差−が変化し
ている所は、スラスタ噴射後の衛１の自由運動を示して
いる。姿勢誤差−が大きくなってスラスタオンオフ切換
線ｔカ、ｔたは−に接すると、スラスタが噴射して、角
速度が正負逆になり、姿勢誤差（ハ）の運動の向きは反
対となる。
姿勢角速度−が変化している所は、スラスタの噴射の直
前から、直後を示し時間的には非常に短い期間を表わす
。一方、姿勢角速度ａ１Ｂが一定で姿勢誤差−が変化し
ている所は、スラスタ噴射後の衛１の自由運動を示して
いる。姿勢誤差−が大きくなってスラスタオンオフ切換
線ｔカ、ｔたは−に接すると、スラスタが噴射して、角
速度が正負逆になり、姿勢誤差（ハ）の運動の向きは反
対となる。
このような、振動現象がりξットサイクルと呼ばれるも
ので、その周期はスラスタのトルクレベル及びオンオフ
モジュレータによりて惠まる最小オ／タイムに逆比例す
る。このリミットサイクルは安定なリミットサイクルと
呼ばれるもので、定常状態では必ずこの振動現象が発生
する。このリミットサイクルのため１通常スラスタの消
費推薬量は、理−縮約に外乱トルクを補償する時に必要
な消費推薬貴と比べて、！けた以上大舞（表る・ このような、スラスタ制御系のり建ットサイクルによる
むだうちをなくすために、考えられたのが、第４図に示
すホイールによるレート制御系である。ホイールによる
レート制御系は第２図のスラスタ制御系と同時に使用さ
れる。第４図のブロック図中、ａＦ１角速度センナ（４
）の出力信号１ｕＩｔ′もとに、ホイールの制御トルク
コマンド信号ｆＩ４を発生す、る部分である。制御トル
クは衛星の角速度がＯとなるように決定される。
ので、その周期はスラスタのトルクレベル及びオンオフ
モジュレータによりて惠まる最小オ／タイムに逆比例す
る。このリミットサイクルは安定なリミットサイクルと
呼ばれるもので、定常状態では必ずこの振動現象が発生
する。このリミットサイクルのため１通常スラスタの消
費推薬量は、理−縮約に外乱トルクを補償する時に必要
な消費推薬貴と比べて、！けた以上大舞（表る・ このような、スラスタ制御系のり建ットサイクルによる
むだうちをなくすために、考えられたのが、第４図に示
すホイールによるレート制御系である。ホイールによる
レート制御系は第２図のスラスタ制御系と同時に使用さ
れる。第４図のブロック図中、ａＦ１角速度センナ（４
）の出力信号１ｕＩｔ′もとに、ホイールの制御トルク
コマンド信号ｆＩ４を発生す、る部分である。制御トル
クは衛星の角速度がＯとなるように決定される。
ホイール駆動回路（至）は制御トルクコマンド信号を入
力とし七ホイール駆動信号ａｌｔ発生し、ホイール（７
）を駆動する。この制御系は、スラスタ制御系のように
デッドバンドをもたず、ｉた制御トルクを連続的に小さ
くできるため、スラスタ制御系のデッドバンドの内側で
も、レートダンピング効果が発生する。このため、外乱
トルクが衛１に作用しない場合、衛１はスラスタ制御系
のデッドバンドの内側で静止して、リミットサイクルを
生じなくなる。このようすを第３図に対応して示すとＢ
Ｓ図のようになる。
力とし七ホイール駆動信号ａｌｔ発生し、ホイール（７
）を駆動する。この制御系は、スラスタ制御系のように
デッドバンドをもたず、ｉた制御トルクを連続的に小さ
くできるため、スラスタ制御系のデッドバンドの内側で
も、レートダンピング効果が発生する。このため、外乱
トルクが衛１に作用しない場合、衛１はスラスタ制御系
のデッドバンドの内側で静止して、リミットサイクルを
生じなくなる。このようすを第３図に対応して示すとＢ
Ｓ図のようになる。
ｔＩＸｓ図は、スラスタ制御系と同時に、ホイールによ
るレート制御系が作用している場合の。
るレート制御系が作用している場合の。
衛星の運動の軌跡を示したものである。図中。
Ｗは衛星の運動の軌跡である０この図は、ピッチ軸傍）
のまわりＫ負のトルクを発生するスラスタ（６）が噴射
してｉる時及びその直後の運動を示している。姿勢誤差
（へ）が一定で姿勢角速度αｅがプラスからマイナスに
変化している軌跡は、スラスタ噴射時の角速度の変化を
示し、その後の放物線状の軌跡は、ホイールによって角
速度が制御されているようすを示したものである。衛星
は初期条件によって（至）で示したデッドバンドのどこ
かに静止する。＠はピッチ軸のまわりに正の一定外乱ト
ルクが作用した場合の衛星の運 □動の軌跡を示
したものである。この場合に発生するリミットサイクル
は外乱トルクを補償するためのもので、ｇＳ図のリミッ
トサイクル（至）とは本質的に違、うものである。
のまわりＫ負のトルクを発生するスラスタ（６）が噴射
してｉる時及びその直後の運動を示している。姿勢誤差
（へ）が一定で姿勢角速度αｅがプラスからマイナスに
変化している軌跡は、スラスタ噴射時の角速度の変化を
示し、その後の放物線状の軌跡は、ホイールによって角
速度が制御されているようすを示したものである。衛星
は初期条件によって（至）で示したデッドバンドのどこ
かに静止する。＠はピッチ軸のまわりに正の一定外乱ト
ルクが作用した場合の衛星の運 □動の軌跡を示
したものである。この場合に発生するリミットサイクル
は外乱トルクを補償するためのもので、ｇＳ図のリミッ
トサイクル（至）とは本質的に違、うものである。
また、ホイールによるレート制御系を使用すると、スラ
スタ制御系からみるとｉ衛星はダンピングのある制御対
象となるため、角速度フィードバックのゲインｔあｉり
大きくしなくても姿勢制御系は充分安定となる このことを考慮するとスラスタ制御系は角速度の２イー
ドバツクのゲインを小さくすることができるため、太陽
電池／くドル等の７レキシビリテイとの干渉の問題を避
けることが容易になる０ 以上のように、この発明によれば、スラスタ制御系のリ
ミットサイクルによるむだうちｔ抑制し消費推薬量を少
なくすると同時に、太陽電池パドル等の７レキシビリテ
イとの干渉の問題を避けるのを容易にすることができる
。−
スタ制御系からみるとｉ衛星はダンピングのある制御対
象となるため、角速度フィードバックのゲインｔあｉり
大きくしなくても姿勢制御系は充分安定となる このことを考慮するとスラスタ制御系は角速度の２イー
ドバツクのゲインを小さくすることができるため、太陽
電池／くドル等の７レキシビリテイとの干渉の問題を避
けることが容易になる０ 以上のように、この発明によれば、スラスタ制御系のリ
ミットサイクルによるむだうちｔ抑制し消費推薬量を少
なくすると同時に、太陽電池パドル等の７レキシビリテ
イとの干渉の問題を避けるのを容易にすることができる
。−
籐１図は人工衛星の姿勢制御系の構成の一例を示す説明
−，飢２図はスラスタ制御系のブロック図、第１図は従
来のスラスタ制御系によって生じるリミットサイクルを
示す説明図、第４図は、この発明によって付加されるホ
イールによるレート制御系のプ四ツク図ｅＫｓ図はこの
発明を適用したときの衛星の応答のようすを示す説明図
である。 図中ｉ１１人工衛星の本体、（２）は制御される軸（ピ
ッチ軸）、ｍは姿勢角センサｉ４１角速度センナ、ａは
ピッチ軸まわりに正のトルクを発生するスラスタ、＃）
＆！負のトルクを発生するスラスタ、 ｆｆ）はホイー
ル、（８＞は制御トルク決定部、（９）は姿勢角センナ
の出力信号、鱈は角速度センナの出力信号、■はオンオ
フモジュレータ。 輪はモジニレ−タコマント信号、Ｕはスラスタ（６）の
駆動信号、軸はスラスタ（８）の駆動信号、ａ！９は姿
勢誤差を表わす横軸、鱒は姿勢角速度を表わス縦軸、鰭
はスラスタ（（転）のオンオフ切換境界線、−はスラス
タ−のオンオフ切換境界線、 ｉｓは両方のスラスタが
オフとなる領域、（至）はスラスタ（２）がオンとなる
領域、（財）はスラスタ（５）がオンとなる領域、ａは
り叱ットサイクルの運動を示す軌跡、（２）はホイール
の制御トルク決定部。 ｒ２４は制御トルクコマンド信号、＠はホイール駆動回
路、ａＳはホイール駆動信号、’ａｓＦｉこの発明を適
用した時の外乱がない時の軌跡、＠は外乱がない時に静
止するデッドバンド、＠はピッチ軸まわりに正の一定外
乱トルクが作用した時の軌跡の１例である。 なお剖中、同一あるいは相尚部分には同一符号を付して
示しである。 代理人 葛 野 信 − 第１図 第３図 第５図
−，飢２図はスラスタ制御系のブロック図、第１図は従
来のスラスタ制御系によって生じるリミットサイクルを
示す説明図、第４図は、この発明によって付加されるホ
イールによるレート制御系のプ四ツク図ｅＫｓ図はこの
発明を適用したときの衛星の応答のようすを示す説明図
である。 図中ｉ１１人工衛星の本体、（２）は制御される軸（ピ
ッチ軸）、ｍは姿勢角センサｉ４１角速度センナ、ａは
ピッチ軸まわりに正のトルクを発生するスラスタ、＃）
＆！負のトルクを発生するスラスタ、 ｆｆ）はホイー
ル、（８＞は制御トルク決定部、（９）は姿勢角センナ
の出力信号、鱈は角速度センナの出力信号、■はオンオ
フモジュレータ。 輪はモジニレ−タコマント信号、Ｕはスラスタ（６）の
駆動信号、軸はスラスタ（８）の駆動信号、ａ！９は姿
勢誤差を表わす横軸、鱒は姿勢角速度を表わス縦軸、鰭
はスラスタ（（転）のオンオフ切換境界線、−はスラス
タ−のオンオフ切換境界線、 ｉｓは両方のスラスタが
オフとなる領域、（至）はスラスタ（２）がオンとなる
領域、（財）はスラスタ（５）がオンとなる領域、ａは
り叱ットサイクルの運動を示す軌跡、（２）はホイール
の制御トルク決定部。 ｒ２４は制御トルクコマンド信号、＠はホイール駆動回
路、ａＳはホイール駆動信号、’ａｓＦｉこの発明を適
用した時の外乱がない時の軌跡、＠は外乱がない時に静
止するデッドバンド、＠はピッチ軸まわりに正の一定外
乱トルクが作用した時の軌跡の１例である。 なお剖中、同一あるいは相尚部分には同一符号を付して
示しである。 代理人 葛 野 信 − 第１図 第３図 第５図
Claims (1)
- スラスタをアクチュエータとして使用する人工衛星の姿
勢制御方式において、アクチュエータとしてスラスタの
＃１かにホイールも使用することにより、スラスタ制御
系のデッドバンドの中でもホイールによるレートダンピ
ング効果が発生することを利用してスラスタ制御系のオ
ンオフ制御により生しるり之ットサイクルを−制し、上
記スラスタの消費推薬量を減少させるとともに、スラス
タ制御系のレートゲインを小さくして、太陽電池バドル
郷フレキシビリティを有する物との干渉を避けるためス
ラスタ制御系にホイールによるレート制御系を付加し、
上記スラスタ制御系とレート制御系とを同時に作用させ
るようにしたことｔｑＩＩ黴とする人工衛星の姿勢制御
方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57050526A JPS58168109A (ja) | 1982-03-29 | 1982-03-29 | 人工衛星の姿勢制御方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57050526A JPS58168109A (ja) | 1982-03-29 | 1982-03-29 | 人工衛星の姿勢制御方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58168109A true JPS58168109A (ja) | 1983-10-04 |
| JPH0147360B2 JPH0147360B2 (ja) | 1989-10-13 |
Family
ID=12861426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57050526A Granted JPS58168109A (ja) | 1982-03-29 | 1982-03-29 | 人工衛星の姿勢制御方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58168109A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50107700A (ja) * | 1974-02-04 | 1975-08-25 |
-
1982
- 1982-03-29 JP JP57050526A patent/JPS58168109A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50107700A (ja) * | 1974-02-04 | 1975-08-25 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0147360B2 (ja) | 1989-10-13 |
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