JPS6147760B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6147760B2 JPS6147760B2 JP55131238A JP13123880A JPS6147760B2 JP S6147760 B2 JPS6147760 B2 JP S6147760B2 JP 55131238 A JP55131238 A JP 55131238A JP 13123880 A JP13123880 A JP 13123880A JP S6147760 B2 JPS6147760 B2 JP S6147760B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- axis
- satellite
- angular velocity
- yaw
- roll angle
- 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】
この発明はリアクシヨンホイールを有するバイ
アスモーメンタイム衛星において、ヨー角信号を
使わずにリアクシヨンホイールを駆動させる三軸
衛星姿勢制御装置に関するものである。
アスモーメンタイム衛星において、ヨー角信号を
使わずにリアクシヨンホイールを駆動させる三軸
衛星姿勢制御装置に関するものである。
三軸衛星とは衛星に固定された３つの座標軸Ｘ
（ロール軸）、Ｙ（ピツチ軸）、Ｚ（ヨー軸）がそ
れぞれ進行方向、軌道面と垂直な方向、地球の中
心方向と一致するように制御されている人工衛星
のことをいう。そして、各軸Ｘ，Ｙ，Ｚまわりの
回転角度を姿勢角といい、それぞれロール角、ピ
ツチ角、ヨー角と呼ぶ。
（ロール軸）、Ｙ（ピツチ軸）、Ｚ（ヨー軸）がそ
れぞれ進行方向、軌道面と垂直な方向、地球の中
心方向と一致するように制御されている人工衛星
のことをいう。そして、各軸Ｘ，Ｙ，Ｚまわりの
回転角度を姿勢角といい、それぞれロール角、ピ
ツチ角、ヨー角と呼ぶ。
通常、三軸衛星姿勢制御装置は第１図に示すよ
うに構成されている。
うに構成されている。
図において、１はロール角とピツチ角とを検出
する地球センサ、２はモーメンタムホイール、３
はリアクシヨンホイール、４はこの２つのホイー
ル２，３を駆動する制御装置である。なお、図
中、Ｘ，Ｙ，Ｚの座標軸はそれぞれロール軸、ピ
ツチ軸、ヨー軸を示す。
する地球センサ、２はモーメンタムホイール、３
はリアクシヨンホイール、４はこの２つのホイー
ル２，３を駆動する制御装置である。なお、図
中、Ｘ，Ｙ，Ｚの座標軸はそれぞれロール軸、ピ
ツチ軸、ヨー軸を示す。
第１図において、モーメンタムホイール２はピ
ツチ軸へ大きな角運動量を与えて、外乱トルクに
対する姿勢変動を小さくする働きを持つと同時
に、地球センサ１で検出されたピツチ角誤差を零
にするようにホイールの回転が制御されるように
構成されている。またリアクシヨンホイール３は
同様に地球センサ１によつて検出されたロール角
誤差を零にするようにホイールの回転が制御され
るように構成されている。以上の構成を動作とし
て図に表わしたのが第２図である。特にバイアス
モーメンタム方式の三軸衛星では、ロール運動と
ヨー運動とがモーメンタムホイールの角動量のた
めに強く連成しているので、ロール角を制御して
おけば観測困難なヨー角を検出しなくても間接的
にヨー角が制御されるという利点がある。
ツチ軸へ大きな角運動量を与えて、外乱トルクに
対する姿勢変動を小さくする働きを持つと同時
に、地球センサ１で検出されたピツチ角誤差を零
にするようにホイールの回転が制御されるように
構成されている。またリアクシヨンホイール３は
同様に地球センサ１によつて検出されたロール角
誤差を零にするようにホイールの回転が制御され
るように構成されている。以上の構成を動作とし
て図に表わしたのが第２図である。特にバイアス
モーメンタム方式の三軸衛星では、ロール運動と
ヨー運動とがモーメンタムホイールの角動量のた
めに強く連成しているので、ロール角を制御して
おけば観測困難なヨー角を検出しなくても間接的
にヨー角が制御されるという利点がある。
このような構成の三軸衛星では、検出したピツ
チ角とロール角信号をフイルタを通して位相を変
え、このフイルタからの出力に比例したトルクで
各々のホイールを回転させるように制御装置４が
働く。ここでピツチ制御回路は通常の位相進み回
路で特に問題はないが、ロール制御回路は系の安
定化のため非最小回路になる。非最小位相回路と
は出力の位相が入力よりも180度以上遅れる特性
をもつフイルターの一種である。従来この回路の
伝達関数は、例えばＫ１−Ｔ２Ｓ／１＋Ｔ１Ｓというよ
うな形で 表わされ、正の実数極をもつ形のものであつた。
チ角とロール角信号をフイルタを通して位相を変
え、このフイルタからの出力に比例したトルクで
各々のホイールを回転させるように制御装置４が
働く。ここでピツチ制御回路は通常の位相進み回
路で特に問題はないが、ロール制御回路は系の安
定化のため非最小回路になる。非最小位相回路と
は出力の位相が入力よりも180度以上遅れる特性
をもつフイルターの一種である。従来この回路の
伝達関数は、例えばＫ１−Ｔ２Ｓ／１＋Ｔ１Ｓというよ
うな形で 表わされ、正の実数極をもつ形のものであつた。
しかし、このような回路の場合には、系の減衰
率を安定に上げることが困難であり、また、第２
図のように制御方式がロール角設定値とロール角
信号との差だけを入力としたものであるため、設
定値を変えた際には過度的に逆応答するなど好ま
しくない特性をもつていた。
率を安定に上げることが困難であり、また、第２
図のように制御方式がロール角設定値とロール角
信号との差だけを入力としたものであるため、設
定値を変えた際には過度的に逆応答するなど好ま
しくない特性をもつていた。
この発明は以上のような従来のものの欠点をな
くすためになされたもので、ロール角信号とリア
クシヨンホイールの駆動トルク信号とから衛星の
ダイナミツクスを考慮してヨー角速度を推定する
観測器を構成し、推定されたヨー角速度をロール
角信号と合わせてリアクシヨンホイールへフイー
ドバツクすることによつて衛星の減衰特性と設定
値入力に対する過渡応答特性とを改善することを
目的とするものである。
くすためになされたもので、ロール角信号とリア
クシヨンホイールの駆動トルク信号とから衛星の
ダイナミツクスを考慮してヨー角速度を推定する
観測器を構成し、推定されたヨー角速度をロール
角信号と合わせてリアクシヨンホイールへフイー
ドバツクすることによつて衛星の減衰特性と設定
値入力に対する過渡応答特性とを改善することを
目的とするものである。
このようなロール角制御装置のブロツク図を第
３図に示す。この図におけるヨー角速度推定観測
器５は地球センサ１から出力される人工衛星１０
のロール角信号とリアクシヨンホイール３のリア
クシヨンホイール駆動信号とを入力して、ヨー角
速度を推定するためのものである。推定されたヨ
ー角速度はロール角の、ロール角設定値との誤差
信号との適当な線形結合になつてリアクシヨンホ
イール駆動回路４１へフイードバツクされる。こ
こで観測器５からの出力は系のフイードバツク特
性根を変化させないことが知られているので、増
巾器１，６及び増巾器２，７の値はヨー角速度が
直接わかつているときに決められる増巾器と同じ
ものが使用できる。ここでゲイン１、ゲイン２と
は第４図の増巾率を区別して記したものであり、
増巾器を意味するものであるが、増巾率を示すも
のではない。
３図に示す。この図におけるヨー角速度推定観測
器５は地球センサ１から出力される人工衛星１０
のロール角信号とリアクシヨンホイール３のリア
クシヨンホイール駆動信号とを入力して、ヨー角
速度を推定するためのものである。推定されたヨ
ー角速度はロール角の、ロール角設定値との誤差
信号との適当な線形結合になつてリアクシヨンホ
イール駆動回路４１へフイードバツクされる。こ
こで観測器５からの出力は系のフイードバツク特
性根を変化させないことが知られているので、増
巾器１，６及び増巾器２，７の値はヨー角速度が
直接わかつているときに決められる増巾器と同じ
ものが使用できる。ここでゲイン１、ゲイン２と
は第４図の増巾率を区別して記したものであり、
増巾器を意味するものであるが、増巾率を示すも
のではない。
観測器５は人工衛星の入力である駆動トルクμ
と出力であるロール角φとを人工衛星の力学的特
性を使つて電気的に処理することによつて観測不
可能なヨー角Ψの変化率推定値Ψを求めるための
ものである。
と出力であるロール角φとを人工衛星の力学的特
性を使つて電気的に処理することによつて観測不
可能なヨー角Ψの変化率推定値Ψを求めるための
ものである。
近似的に衛星の短周期運動特性は３次微分方程
式で記述されるが、この観測器も最低２次の微分
方程式となり(1)式で表わすことができる。
式で記述されるが、この観測器も最低２次の微分
方程式となり(1)式で表わすことができる。
ただしφ，Ψはロール角速度、ヨー角速度の推
定値Z1，Z2は観測器の状態変数、l1，l2は観測器
の固有値を求めるのに使われるパラメータであ
る。
定値Z1，Z2は観測器の状態変数、l1，l2は観測器
の固有値を求めるのに使われるパラメータであ
る。
なお(1)式では衛星のニユーテーシヨン周期が１
ラジアン毎秒のものと想定してある。なお、ここ
でΨは観測器の出力を示し、ヨー角速度の推定値
である。またφ，Ψ，μはラプラス変換した値、
しない値を区別せずに用いたものである。観測器
５の固有値は通常ニユーテーシヨン角速度の２倍
程度の負の実数となるように選べば良い。このよ
うにして、増巾器１，６、増巾器２，７を適当に
与えれば、衛星の減衰率や特性振動数の範囲をか
なり広くとることができる。また第３図で示して
いるようにロール角設定値入力が直接に、制御入
力として加えられているために、逆応答などの不
自然な特性を除去することができる。上述した観
測器５により、衛星のダイナミツクスを利用して
ヨー角速度をはじめて正確に推定し得る。この推
定されたヨー角速度を用いてリアクシヨンホイー
ルの駆動トルクを制御することにより、衛星の減
衰特性と過渡応答特性を改善することができる。
ラジアン毎秒のものと想定してある。なお、ここ
でΨは観測器の出力を示し、ヨー角速度の推定値
である。またφ，Ψ，μはラプラス変換した値、
しない値を区別せずに用いたものである。観測器
５の固有値は通常ニユーテーシヨン角速度の２倍
程度の負の実数となるように選べば良い。このよ
うにして、増巾器１，６、増巾器２，７を適当に
与えれば、衛星の減衰率や特性振動数の範囲をか
なり広くとることができる。また第３図で示して
いるようにロール角設定値入力が直接に、制御入
力として加えられているために、逆応答などの不
自然な特性を除去することができる。上述した観
測器５により、衛星のダイナミツクスを利用して
ヨー角速度をはじめて正確に推定し得る。この推
定されたヨー角速度を用いてリアクシヨンホイー
ルの駆動トルクを制御することにより、衛星の減
衰特性と過渡応答特性を改善することができる。
なお、上述の実施例では、リアクシヨンホイー
ル回転軸がヨー軸と平行な場合のものを示した
が、第４図に示すように、ヨー軸Ｚに対してオフ
セツト角αを持つているリアクシヨンホイールの
場合でも観測器のパラメータを変化させるだけで
同様の効果がある。リアクシヨンホイール軸はピ
ツチ軸と平行でなければ任意の方向に取り付けて
よい。またリアクシヨンホイール駆動回路は人工
衛星の内部に設けられている。また、第５図に示
すように、２つのホイール回転軸をピツチ軸Ｙか
らヨー軸Ｚの正負方向へ傾けたオフセツト角βを
有するホイール構成を持ち、２つの回転ベクトル
の和でモーメンタムホイールの働きを、また、差
でリアクシヨンホイールの働きをさせるようにし
た複合型モーメンタムホイールをもつ衛星がある
が、このような方式の衛星は本質的に第１図のも
のと等価であるから全く同一の観測器を適用する
ことができる。
ル回転軸がヨー軸と平行な場合のものを示した
が、第４図に示すように、ヨー軸Ｚに対してオフ
セツト角αを持つているリアクシヨンホイールの
場合でも観測器のパラメータを変化させるだけで
同様の効果がある。リアクシヨンホイール軸はピ
ツチ軸と平行でなければ任意の方向に取り付けて
よい。またリアクシヨンホイール駆動回路は人工
衛星の内部に設けられている。また、第５図に示
すように、２つのホイール回転軸をピツチ軸Ｙか
らヨー軸Ｚの正負方向へ傾けたオフセツト角βを
有するホイール構成を持ち、２つの回転ベクトル
の和でモーメンタムホイールの働きを、また、差
でリアクシヨンホイールの働きをさせるようにし
た複合型モーメンタムホイールをもつ衛星がある
が、このような方式の衛星は本質的に第１図のも
のと等価であるから全く同一の観測器を適用する
ことができる。
以上のようにこの発明によれば、リアクシヨン
ホイール駆動回路にヨー角速度推定観測器を使用
しているため同じホイール構成の衛星の運動特性
を著しく向上させることが可能である。
ホイール駆動回路にヨー角速度推定観測器を使用
しているため同じホイール構成の衛星の運動特性
を著しく向上させることが可能である。
第１図は通常のバイアスモーメンタム三軸衛星
の制御装置構成図、第２図は従来の制御方式のブ
ロツク図、第３図はこの発明によるヨー角速度推
定観測器を使つた衛星の姿勢制御方式のブロツク
図、第４図および第５図はそれぞれ異つた方式の
三軸衛星の制御装置の構成図である。 図において、１は地球センサ、２はモーメンタ
ムホイール、３はリアクシヨンホイール、４はホ
イール駆動制御装置、４１はリアクシヨンホイー
ル駆動回路、５はヨー角速度推定観測器、６は増
巾器１、７は増巾器２、８は複合型モーメンタム
ホイールを示す。なお、図中同一符号は各々同一
または相当部分を示す。
の制御装置構成図、第２図は従来の制御方式のブ
ロツク図、第３図はこの発明によるヨー角速度推
定観測器を使つた衛星の姿勢制御方式のブロツク
図、第４図および第５図はそれぞれ異つた方式の
三軸衛星の制御装置の構成図である。 図において、１は地球センサ、２はモーメンタ
ムホイール、３はリアクシヨンホイール、４はホ
イール駆動制御装置、４１はリアクシヨンホイー
ル駆動回路、５はヨー角速度推定観測器、６は増
巾器１、７は増巾器２、８は複合型モーメンタム
ホイールを示す。なお、図中同一符号は各々同一
または相当部分を示す。
Claims (1)
- １ 人工衛星に固定されたロール軸、ピツチ軸及
びヨー軸がそれぞれ人工衛星の進行方向、軌道面
と垂直な方向、及び地球の中心方向と一致するよ
うに制御される三軸衛星姿勢制御装置において、
上記ロール軸及びピツチ軸まわりの姿勢を示すロ
ール角を検出する地球センサと、検出されたロー
ル角が設定値となるように駆動トルクが制御され
るリアクシヨンホイールと、上記駆動トルクと上
記ロール角とから上記ヨー軸まわりのヨー角速度
を推定するヨー角速度観測器と、推定されたヨー
角速度信号と上記ロール角の、上記設定値との誤
差信号とを加え合せた信号により上記リアクシヨ
ンホイールの駆動トルクを制御するリアクシヨン
ホイール駆動回路とを備えた三軸衛星姿勢制御装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55131238A JPS5755300A (en) | 1980-09-20 | 1980-09-20 | Triaxial satellite attitude controller |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55131238A JPS5755300A (en) | 1980-09-20 | 1980-09-20 | Triaxial satellite attitude controller |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5755300A JPS5755300A (en) | 1982-04-02 |
| JPS6147760B2 true JPS6147760B2 (ja) | 1986-10-21 |
Family
ID=15053229
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55131238A Granted JPS5755300A (en) | 1980-09-20 | 1980-09-20 | Triaxial satellite attitude controller |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5755300A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3017820U (ja) * | 1994-12-08 | 1995-11-07 | 株式会社大紅 | 車輪に付着した泥土の除去装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4521855A (en) * | 1981-07-27 | 1985-06-04 | Ford Aerospace & Communications Corporation | Electronic on-orbit roll/yaw satellite control |
-
1980
- 1980-09-20 JP JP55131238A patent/JPS5755300A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3017820U (ja) * | 1994-12-08 | 1995-11-07 | 株式会社大紅 | 車輪に付着した泥土の除去装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5755300A (en) | 1982-04-02 |
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