JPS6218399A - 人工衛星の姿勢制御装置 - Google Patents
人工衛星の姿勢制御装置Info
- Publication number
- JPS6218399A JPS6218399A JP60156302A JP15630285A JPS6218399A JP S6218399 A JPS6218399 A JP S6218399A JP 60156302 A JP60156302 A JP 60156302A JP 15630285 A JP15630285 A JP 15630285A JP S6218399 A JPS6218399 A JP S6218399A
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- Japan
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- roll
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- wheel
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- 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】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、定常運用時の人工衛星の姿勢制御装置に関
するものである。
するものである。
従来１人工衛星の三軸姿勢制御装置としては。
日本自動制御協会発刊６システムと制御”、 ｖ。
１２７、ｎｏ、６ 「人工衛星の三軸姿勢制御」に示京
れるように、ゼロモーメンタム方式（第３図）と、バイ
アスモーメンタム方式（第４図）がある。
れるように、ゼロモーメンタム方式（第３図）と、バイ
アスモーメンタム方式（第４図）がある。
（１）はロール／ヨー検出装置（地球センサ１．（２１
はロール／ヨー検出装置電子回路、（３）はヨーセンサ
。
はロール／ヨー検出装置電子回路、（３）はヨーセンサ
。
（４）はヨーセンサ電子回路、（５）は姿勢制御装置、
０゜＋９１． （７１はそれぞれロール、ピッチ、ヨー
ホイール。
０゜＋９１． （７１はそれぞれロール、ピッチ、ヨー
ホイール。
（ＩＩ、 １８１． （６１はそれぞれロール、ピッチ
、ヨーホイール駆動回路である。
、ヨーホイール駆動回路である。
第３図のゼロモーメンタム方式では、姿勢制御を三軸独
立に行う。即ち、ロール角は地球センサ（１）によって
検出され、ロールホイール（１１１の回転速度を変化さ
せることによってロール角の制御を行う。同様に、ピッ
チ角は地球センサ（１）によって検出され、ピッチホイ
ール（９）の回転速度を変化させることによってピッチ
角の制御を行う。ヨー角はヨーセンサ（３）によって検
出され、ヨーホイール（７）の回転速度を変化させるこ
とによってヨー角の制御を行う。
立に行う。即ち、ロール角は地球センサ（１）によって
検出され、ロールホイール（１１１の回転速度を変化さ
せることによってロール角の制御を行う。同様に、ピッ
チ角は地球センサ（１）によって検出され、ピッチホイ
ール（９）の回転速度を変化させることによってピッチ
角の制御を行う。ヨー角はヨーセンサ（３）によって検
出され、ヨーホイール（７）の回転速度を変化させるこ
とによってヨー角の制御を行う。
第４図のバイアスモーメンタム方式では、ジャイロ剛性
を利用することからロール／ヨー軸が強い連杵効果をも
つ。同じバイアスモーメンタム方式でも、ホイール構成
によって制御装置は異なるが、ここでは、１モーメンタ
ムホイール、１リアクションホイール、コンフイギレー
ションのコントｏ −／ｌ／ ）”バイアスモーメンタ
ム方式ヲ考エルコとにする。ロール角は地球センサ（１
１によって検出され、ヨーホイール（７）の回転速度を
変化ζせることによってロール角の制御を行う。ヨー角
はピッチホイールのバイアスモーメンタムによるジャイ
ロ剛性と軌道運動カップリングによるロール／ヨー変換
を利用して、ロール角を制御することによ幻受動的に行
われる。
を利用することからロール／ヨー軸が強い連杵効果をも
つ。同じバイアスモーメンタム方式でも、ホイール構成
によって制御装置は異なるが、ここでは、１モーメンタ
ムホイール、１リアクションホイール、コンフイギレー
ションのコントｏ −／ｌ／ ）”バイアスモーメンタ
ム方式ヲ考エルコとにする。ロール角は地球センサ（１
１によって検出され、ヨーホイール（７）の回転速度を
変化ζせることによってロール角の制御を行う。ヨー角
はピッチホイールのバイアスモーメンタムによるジャイ
ロ剛性と軌道運動カップリングによるロール／ヨー変換
を利用して、ロール角を制御することによ幻受動的に行
われる。
ピッチ軸は他の２軸と独立に考えることができ。
地球センサ（１）によってピッチ角が検出すれ、ピッチ
ホイール（９）の回転速度を変化させること釦よってピ
ッチ角の制御を行う。
ホイール（９）の回転速度を変化させること釦よってピ
ッチ角の制御を行う。
ゼロモーメンタム装置では、三軸をそれぞれ独立に制御
するため、姿勢制御ロジックは簡単なものでよ〈、姿勢
制御精度も高い制御系を実現することができる。Ｌかし
、ヨーセンサの連続使用が前提であり、信頼度の高いヨ
ーセンサが開発２れていない現状を考慮すると、システ
ムのインテグリテイ（保全性）が低いと言わざるをえな
い。バイアスモーメンタム方式では、ピッチバイアスモ
ーメンタムのジャイロ剛性によって受動安定が実現され
ており、たとえ制御系が働かなくともある程度は姿勢を
維持することができる。ところが。
するため、姿勢制御ロジックは簡単なものでよ〈、姿勢
制御精度も高い制御系を実現することができる。Ｌかし
、ヨーセンサの連続使用が前提であり、信頼度の高いヨ
ーセンサが開発２れていない現状を考慮すると、システ
ムのインテグリテイ（保全性）が低いと言わざるをえな
い。バイアスモーメンタム方式では、ピッチバイアスモ
ーメンタムのジャイロ剛性によって受動安定が実現され
ており、たとえ制御系が働かなくともある程度は姿勢を
維持することができる。ところが。
ロール／ヨー軸の強ｂカップリング効果によって。
お互いの姿勢擾乱が影響し合い高精度の姿勢精度を実現
することは困難である。また、、高精度の姿勢精度を実
現するために１モーメンタムホイール。
することは困難である。また、、高精度の姿勢精度を実
現するために１モーメンタムホイール。
２リアクシヨンホイール・コンフイギレーションのコン
ドロールドバイアスモーメンタム方式を採用した場合の
姿勢制御ロジックの設計は、２人力２出力の多変数制御
系設計となり、従来の１人力１出力における設計手法で
は対処しきれな論。
ドロールドバイアスモーメンタム方式を採用した場合の
姿勢制御ロジックの設計は、２人力２出力の多変数制御
系設計となり、従来の１人力１出力における設計手法で
は対処しきれな論。
この発明は、かかる問題を改善するためのものである。
即ち、太陽センサ使用時にはピッチバイアスモーメンタ
ムをヨーレートフィートノ々ツク信号によってキャンセ
ルし、ヨーからロールの影響を断ち、非干渉化すること
によって、ゼロモーメンタム方式と同等の特性を実現す
る。また、太陽センサネ使戸時忙はヨー信号が消えるた
め、ピッチバイアスモーメンタムによるコントロールト
ノくイアスモーメンタム方式に自動的に移行する。本装
置により、ゼロモーメンタム方式とバイアスモーメンタ
ム方式との長所を組み合わせた人工衛星の姿勢制御装置
を実現するものである。
ムをヨーレートフィートノ々ツク信号によってキャンセ
ルし、ヨーからロールの影響を断ち、非干渉化すること
によって、ゼロモーメンタム方式と同等の特性を実現す
る。また、太陽センサネ使戸時忙はヨー信号が消えるた
め、ピッチバイアスモーメンタムによるコントロールト
ノくイアスモーメンタム方式に自動的に移行する。本装
置により、ゼロモーメンタム方式とバイアスモーメンタ
ム方式との長所を組み合わせた人工衛星の姿勢制御装置
を実現するものである。
この発明におけるロール出力は、太陽センサ使片時には
ヨー角からの影響を受けないため、精度良く制御するこ
とができる。
ヨー角からの影響を受けないため、精度良く制御するこ
とができる。
第１図は、この発明による人工衛星の姿勢制御装置の一
実施例を示す全体構成図である。この実施例は、第１図
から明らかなように２人工衛星の姿勢角のうち、ロール
角、ピッチ角を検出するロール／ピッチ検出装置１０−
例えば、地球センサー。
実施例を示す全体構成図である。この実施例は、第１図
から明らかなように２人工衛星の姿勢角のうち、ロール
角、ピッチ角を検出するロール／ピッチ検出装置１０−
例えば、地球センサー。
及びその電子回路（２）と、ヨー角を検出するヨー検出
装置（３）−例えば、太陽センサー、及びその電子回路
（４）とから入力された信号により、１人工衛星の姿勢
角、及び姿勢角の変化率を、目標の姿勢角。
装置（３）−例えば、太陽センサー、及びその電子回路
（４）とから入力された信号により、１人工衛星の姿勢
角、及び姿勢角の変化率を、目標の姿勢角。
及び姿勢角の変化率へ到達するように、ロールホイール
（７）、ピッチホイール（９）、ヨーホイール（１１）
の回転速度を変化させるために、それぞれのホイールの
駆動回路＋６１．１８１． ＱＩＩＣ制御信号を出力
する姿勢制御精度とによって構成されている。
（７）、ピッチホイール（９）、ヨーホイール（１１）
の回転速度を変化させるために、それぞれのホイールの
駆動回路＋６１．１８１． ＱＩＩＣ制御信号を出力
する姿勢制御精度とによって構成されている。
第２図は１本装置のロール／ヨー系を示すブロック図で
ある。ロール角、ヨー角は、それぞれ地球センサ、太陽
センサによって検出され、系にフィードバックされて誤
差信号を生成する。ロール角、ヨー角誤差信号は、α乃
〜ａＳのＰＤゲインによって補償され、ａＯ〜錦のカッ
プリングファクタを経過したのチ、アクチュエータであ
るホイールのコマンド信号となる。ここでαδはロール
レートゲイン、α漕ハロールポジションゲイン、ａ４１
ハヨーレートゲイン、αＳはヨーポジションゲインであ
る。
ある。ロール角、ヨー角は、それぞれ地球センサ、太陽
センサによって検出され、系にフィードバックされて誤
差信号を生成する。ロール角、ヨー角誤差信号は、α乃
〜ａＳのＰＤゲインによって補償され、ａＯ〜錦のカッ
プリングファクタを経過したのチ、アクチュエータであ
るホイールのコマンド信号となる。ここでαδはロール
レートゲイン、α漕ハロールポジションゲイン、ａ４１
ハヨーレートゲイン、αＳはヨーポジションゲインであ
る。
またαｅはロールレート信号からヨーへのカップリング
ファクタ、＋ｌηはロール信号からヨーへのカップリン
グ７アクタ、 （ＩＩはヨーレート信号からロールへの
カップリングファクタである。ホイールコマンド信号に
よってホイールが駆動されると、αｌ〜＠のダイナミク
スに伝わり、姿勢角ロール、ヨーが変化する。同時に、
外乱Ｈｚ、 Ｈｚがシステムに加えられる。ここで０は
ロール慣性ダイナミクス、（イ）はヨー慣性ダイナミク
ス、■、Ｑυはピッチバイアスモーメンタムによるロー
ル／ヨーカップリングである。
ファクタ、＋ｌηはロール信号からヨーへのカップリン
グ７アクタ、 （ＩＩはヨーレート信号からロールへの
カップリングファクタである。ホイールコマンド信号に
よってホイールが駆動されると、αｌ〜＠のダイナミク
スに伝わり、姿勢角ロール、ヨーが変化する。同時に、
外乱Ｈｚ、 Ｈｚがシステムに加えられる。ここで０は
ロール慣性ダイナミクス、（イ）はヨー慣性ダイナミク
ス、■、Ｑυはピッチバイアスモーメンタムによるロー
ル／ヨーカップリングである。
ロール／ヨー系の簡略された姿勢方程式は１次の通りで
ある。
ある。
工Ｘφ＋ｈＢψ＝ Ｈｘ −ｈｘ
工２ψ−ｈＢφ＝Ｈｚ−ｈｚ
但り、ＩＸＨロール軸慣軸上性モーメント２はヨー軸慣
性モーメント、φはロール角、ψはヨー角。
性モーメント、φはロール角、ψはヨー角。
ｈＢはピッチバイアスモーメンタム、 Ｈｘｉ［ｆｉ
に加えられるロール外乱モーメント、Ｈｚは衛星に加え
られるヨー外乱モーメント、 ｈｘはロールホイール
制御モーメンタム、ｈＺｉｔヨーホイール制御モーメン
タムである。
に加えられるロール外乱モーメント、Ｈｚは衛星に加え
られるヨー外乱モーメント、 ｈｘはロールホイール
制御モーメンタム、ｈＺｉｔヨーホイール制御モーメン
タムである。
上記のように構成でれた姿勢制御装置において。
ホイール制御則は９次の通りである。
ａ）ヨーセンサＯＮ時
ｈｘ＝（Ｋｄｘ＋”−）（φＣ−φ）十γＫｄｚ（ψＣ
−ψ）（ψＣ−ψ） ｂｌ ヨーセンサ０ＩＦＦ’時 −ｈｘ＝（Ｋｄ＋ｃ−１−’Ｅ”−）（φ。−６、−ｈ
ｚ＝−（ａＫｄｚ−４−ξ三）（φＣ−φ）但し、Ｋｄ
Ｘはロールレートゲイン、Ｋｄｚはヨーレートゲイン、
Ｋｐｘはロールポジションケイン。
−ψ）（ψＣ−ψ） ｂｌ ヨーセンサ０ＩＦＦ’時 −ｈｘ＝（Ｋｄ＋ｃ−１−’Ｅ”−）（φ。−６、−ｈ
ｚ＝−（ａＫｄｚ−４−ξ三）（φＣ−φ）但し、Ｋｄ
Ｘはロールレートゲイン、Ｋｄｚはヨーレートゲイン、
Ｋｐｘはロールポジションケイン。
Ｋｐｚｔｔｉヨーポジションゲイン、φＣはロール角コ
マンド、 ψＣはヨー角コマンド、αはロールレート信
号からヨーへのカップリングファクタ、βはロール信号
からヨーへのカップリングファクタ。
マンド、 ψＣはヨー角コマンド、αはロールレート信
号からヨーへのカップリングファクタ、βはロール信号
からヨーへのカップリングファクタ。
γはヨーレート信号からロールへのカップリングファク
タである。
タである。
ここで、α、β、ｒのカップリングファクタを調整する
ことにより、ヨーセンサ使用時にはピッチバイアスモー
メンタムをヨーレートフィートノｑツク信号によってキ
ャンセルすることができる。
ことにより、ヨーセンサ使用時にはピッチバイアスモー
メンタムをヨーレートフィートノｑツク信号によってキ
ャンセルすることができる。
このとき、ロール／ヨー系の閉ループ方程式は。
次の通りである。
ａ）ヨーセンサＯＮ時
ｂ）ヨーセンサ０７７時
ヨーセンサＯＮ時にヨーかへロールの影響を断ち、非干
渉化した結果、ヨーセンサＯＮ時から０７７時には勿論
、０７７時からＱＮ時のヨー過渡広答はロールに影響り
ない。
渉化した結果、ヨーセンサＯＮ時から０７７時には勿論
、０７７時からＱＮ時のヨー過渡広答はロールに影響り
ない。
本装置の姿勢告制御系は、ヨーセンサ使用時にはゼロモ
ーメンタム装置、ヨーセ／す０７７時にはバイアスモー
メンタム方式の特性を持ち、何れの場合でも安定性の保
証されている系を採戸することができる。
ーメンタム装置、ヨーセ／す０７７時にはバイアスモー
メンタム方式の特性を持ち、何れの場合でも安定性の保
証されている系を採戸することができる。
本装置の姿勢制御系においては、ロール系は独立に設計
することができる。またヨー系は設計されたロールを考
慮して設計される。残された非対角項はヨーセンサ０７
７時の特性により決定される。
することができる。またヨー系は設計されたロールを考
慮して設計される。残された非対角項はヨーセンサ０７
７時の特性により決定される。
第５図は１本装置の性能を確認するための数値シミュレ
ーション例である。ヨーセンサＯＮ。
ーション例である。ヨーセンサＯＮ。
ＯＦ’？、 ○Ｎを１０分ずつ切換え、衛星に一定外
乱ｆ）ＪＤえたときの姿勢角、ホイール駆動コマンドを
示した。本図によって１次のことが確認される。
乱ｆ）ＪＤえたときの姿勢角、ホイール駆動コマンドを
示した。本図によって１次のことが確認される。
ロール角は常に目標値に制御される。一方、ヨー角はヨ
ーセンサＯＮ時には目標値に制御されるのに対し、ヨー
センサ０７７時には誤差を生じる。
ーセンサＯＮ時には目標値に制御されるのに対し、ヨー
センサ０７７時には誤差を生じる。
そのため、ヨーセンサＯＮ時から０７７時にヨー角に過
渡応答が発生するが、非干渉化によってロール角には影
響が及ばない。
渡応答が発生するが、非干渉化によってロール角には影
響が及ばない。
この発明は以上説明した通り９人工衛星の姿勢制御系に
おいて、ヨーセンサ使片時にはピッチバイアスモーメン
タムをヨーレートフィードバック信号によってキャンセ
ルするといった簡単な構造によって、ヨーセンサＯＮ時
にはゼロモーメンタム装置、ヨーセンサＯＦＦ’ 時に
はバイアスモーメンタム方式の特性を持たせることがで
き、安定な姿勢制御系を構成することができるという効
果がある。
おいて、ヨーセンサ使片時にはピッチバイアスモーメン
タムをヨーレートフィードバック信号によってキャンセ
ルするといった簡単な構造によって、ヨーセンサＯＮ時
にはゼロモーメンタム装置、ヨーセンサＯＦＦ’ 時に
はバイアスモーメンタム方式の特性を持たせることがで
き、安定な姿勢制御系を構成することができるという効
果がある。
第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図はこ
の発明の一実施例を示すロール／ヨー系ブロック図、第
３図は従来の人工衛星の姿勢制御装置の１つであるゼロ
モーメンタム方式を示す構成図、第４図は従来の人工衛
星の姿勢制御装置の１つであるバイアスモーメンタム方
式を示す構成図、第５図はこの発明の一実施例の性能を
確認するためのシミュレーション例である。 図において、（１）はロール／ピッチ検出装置、（２）
はロール／ピッチ電子回路、（３）はヨー検出装置。 （４）はヨー電子回路、（５１は姿勢制御装置、（６）
はヨーホイール駆動回路、（７）はヨーホイール、（８
）はピッチホイール駆動回路、（９）はピッチホイール
、α値はロールホイールｆｆｉ動回路、 ａｌｌｌｄロ
ールホイール。 ａｓハロールレートケイン、α３はロールポジションゲ
イン、Ｉはヨーレートゲイン、αりはヨーポジションゲ
イン、αｅはローシレー８８号−ｂｈらヨーへのカップ
リングファクタ、（ｌηはロール信号からヨーへのカラ
プリングツりクタ、α秒はヨーレート（８号からロール
へのカップリングファクタ、α値はロール慣性ダイナミ
クス、 ｍ、 ｅυはピッチバイアスモーメンタムによ
るロール／ヨーカップリング、（２）はヨー慣性ダイナ
ミクスである＠ 尚２図中、同−符号は同一、又は相当部分を示す。
の発明の一実施例を示すロール／ヨー系ブロック図、第
３図は従来の人工衛星の姿勢制御装置の１つであるゼロ
モーメンタム方式を示す構成図、第４図は従来の人工衛
星の姿勢制御装置の１つであるバイアスモーメンタム方
式を示す構成図、第５図はこの発明の一実施例の性能を
確認するためのシミュレーション例である。 図において、（１）はロール／ピッチ検出装置、（２）
はロール／ピッチ電子回路、（３）はヨー検出装置。 （４）はヨー電子回路、（５１は姿勢制御装置、（６）
はヨーホイール駆動回路、（７）はヨーホイール、（８
）はピッチホイール駆動回路、（９）はピッチホイール
、α値はロールホイールｆｆｉ動回路、 ａｌｌｌｄロ
ールホイール。 ａｓハロールレートケイン、α３はロールポジションゲ
イン、Ｉはヨーレートゲイン、αりはヨーポジションゲ
イン、αｅはローシレー８８号−ｂｈらヨーへのカップ
リングファクタ、（ｌηはロール信号からヨーへのカラ
プリングツりクタ、α秒はヨーレート（８号からロール
へのカップリングファクタ、α値はロール慣性ダイナミ
クス、 ｍ、 ｅυはピッチバイアスモーメンタムによ
るロール／ヨーカップリング、（２）はヨー慣性ダイナ
ミクスである＠ 尚２図中、同−符号は同一、又は相当部分を示す。
Claims (1)
- 人工衛星の姿勢角を検出する地球センサ、太陽センサ、
及びそれぞれの電子回路と、地球センサ、太陽センサそ
れぞれの電子回路の出力信号を入力として、人工衛星の
姿勢角、及び姿勢角変化率を目標の姿勢角、及び姿勢角
変化率に到達させるために駆動されるロールホイール、
ピッチホイール、ヨーホイールと、これら三つのホイー
ルの回転速度を制御する駆動回路と、それぞれのセンサ
電子回路からのロール角、ロールレート、ピッチ角、ピ
ッチレート、ヨー角、ヨーレート信号を用いたＰＤ制御
を行い、ホイール駆動回路に制御信号を出力する姿勢制
御装置とを有し、太陽センサ使用時のみに姿勢制御装置
を用いて、ヨーレート信号によりピッチホイールのバイ
アスモーメンタムを打ち消し、太陽センサ不使用時には
、コントロールバイアスモーメンタム方式に自動的に移
行することを特徴とする人工衛星の姿勢制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60156302A JPS6218399A (ja) | 1985-07-16 | 1985-07-16 | 人工衛星の姿勢制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60156302A JPS6218399A (ja) | 1985-07-16 | 1985-07-16 | 人工衛星の姿勢制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6218399A true JPS6218399A (ja) | 1987-01-27 |
| JPH0471757B2 JPH0471757B2 (ja) | 1992-11-16 |
Family
ID=15624837
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60156302A Granted JPS6218399A (ja) | 1985-07-16 | 1985-07-16 | 人工衛星の姿勢制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6218399A (ja) |
-
1985
- 1985-07-16 JP JP60156302A patent/JPS6218399A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0471757B2 (ja) | 1992-11-16 |
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