DE3214378C2 - Device for the flywheel control of a satellite - Google Patents
Device for the flywheel control of a satelliteInfo
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- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
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- B64G1/24—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
- B64G1/244—Spacecraft control systems
Abstract
Es soll ein mit einem oder mehreren Drallrädern (17) ausgerüsteter Satellit hinsichtlich der Regelung des Drallrades (17) so verbessert werden, daß unvermeidlich Drallverluste kompensiert werden. Hierzu wird ständig ein rechnerisch ermitteltes, anhand eines Modells verwirklichtes ideales Drallrad (16) mit dem realen Drallrad (17) verglichen, wobei das reale Drallrad (17) dem idealen Drallrad (16) nachgeführt wird.A satellite equipped with one or more spin wheels (17) is to be improved with regard to the regulation of the spin wheel (17) in such a way that inevitable spin losses are compensated. For this purpose, a computationally determined ideal swirl wheel (16) realized on the basis of a model is constantly compared with the real swirl wheel (17), the real swirl wheel (17) tracking the ideal swirl wheel (16).
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für die Schwungrad-Regelung eines mit einem oder mehreren Schwungrädern ausgerüsteten Satelliten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.The invention relates to a device for controlling one or more flywheels Flywheels equipped satellites according to the preamble of the claim.
Es ist bekannt, Satelliten mittels Schwungrädern zu stabilisieren oder auch deren Lage zu regeln. In den F i g. 1 und 2 ist die Schwungradregelung eines Satelliten nach dem Stand der Technik dargestelltIt is known to use flywheels to control satellites stabilize or regulate their position. In the F i g. 1 and 2 show the flywheel control of a satellite according to the prior art
Ein Lagewinkel 1 des Satelliten wird durch einen Lagewinkelsensor 2 gemessen, det hieraus ein Sensorsignal 3 erzeugt Ein Lagekoiiipcnsierkreis 4 empfängt als Eingangssignal ein Lagefehlersignü 6, welches die Differenz zwischen einem Lagewinkelkommandosignal 5 und dem Sensorsignal 3 darstellt und erzeugt hieraus ein Drehmoment-Steuersignal 8 als Ausgangssignal. Das Drehmoment-Steuersignal 8 wird einem Schwungrad 7 zugeführt, welches ein Drehmoment 9 erzeugt mit dem die Regelung des Satelliten 10 in die gewünschte Lage durchgeführt wird.An attitude angle 1 of the satellite is measured by an attitude angle sensor 2, from which a sensor signal 3 is generated Input signal a position error signal 6, which is the difference between a position angle command signal 5 and the sensor signal 3 and generates a torque control signal 8 as an output signal therefrom. The torque control signal 8 is fed to a flywheel 7, which generates a torque 9 with which the regulation of the satellite 10 is carried out in the desired position.
Aufgrund der Satellitendynamik wird die Lage des Satelliten 10 entsprechend dem Drehmoment 9 beeinflußt Der Satellit 10 wird auf diese Weise in seiner Lage mit einem geschlossenen Regelkreis geregeltDue to the satellite dynamics, the position of the satellite 10 is influenced in accordance with the torque 9. The satellite 10 is in its position in this way regulated with a closed control loop
F i g. 2 bezieht sich auf das Drehmoment-Steuersignal 8 für das Schwungrad 7 des Satelliten. Ein Motor mit Rückführung wird durch einen Motorregelkreis 11 geschaltet, um ein Drehmoment 12 proportional zum Drehmoment-Steuersignal 8 zu erzeugen. Im Beispiel hat der Motorregelkreis 11 die Übertragungsfunktion KJ{\ + TnS). Obwohl das Drehmoment 12 des Motors proportional zum Drehmoment-Steuersignal 8 ist, stellt sich aufgrund eines Drehmomentverlus'tes 13 (z. B. hervorgerufen durch Lagerreibung, Drehzahlschwankungen, Temperaturänderungen usw.) ein kleineres Drehmoment als beabsichtigt ein.F i g. 2 relates to the torque control signal 8 for the flywheel 7 of the satellite. A motor with feedback is switched by a motor control circuit 11 to generate a torque 12 proportional to the torque control signal 8. In the example, the motor control loop 11 has the transfer function KJ {\ + T n S). Although the torque 12 of the motor is proportional to the torque control signal 8, a torque loss 13 (e.g. caused by bearing friction, speed fluctuations, temperature changes, etc.) results in a smaller torque than intended.
Demzufolge wird die Drehzahl 15 des Schwungrades wegen seiner durch den Funktionsblock 14 repräsentierten Dynamik kleiner als erwartet, mit dem Ergebnis, daß sich die Genauigkeit der Lageregelung verschlechtert. Die Raddynamik 14 hat eine Übertragungsfunktion M(Iw ■ s), worin lw das Trägheitsmoment des Schwungrades ist.As a result, the speed 15 of the flywheel is lower than expected because of its dynamics represented by the function block 14, with the result that the accuracy of the position control deteriorates. The wheel dynamics 14 has a transfer function M (Iw ■ s), where I w is the moment of inertia of the flywheel.
Um eine solche Drehmomentabweichung zu kompensieren, wird nach dem Stand der Technik ein Vorhalt entsprechend dem Drehmomentverlust 13 zu demIn order to compensate for such a torque deviation, a lead is made according to the prior art corresponding to the torque loss 13 to the Drehmoment-Steuersigna! 8 hinzuaddiert Dieser Vorhalt wird konstant gehalten. Da jedoch der Drehmomentverlust 13 Änderungen unterliegt z. B. infolge von Drehzahländerungen des Schwungrades oder Temperaturschwankungen, führt ein solcher konstanter Vorhalt zu einer ansteigenden Differenz zwischen dem Drehmoment, welches dem Drehmoment-Steuersignal entspricht und dem tatsächlich vom Schwungrad ausgeübten Drehmoment 9.Torque control signal! 8 added This lead is kept constant. However, since the torque loss 13 is subject to changes e.g. B. as a result of Such a constant lead leads to changes in the speed of the flywheel or temperature fluctuations to an increasing difference between the torque which corresponds to the torque control signal and the torque 9 actually exerted by the flywheel.
ίο Eine Einrichtung der eingangs genannten Art ist aus der US-PS 39 68 352 bekannt Gemäß der dortigen Fig. 3 wird von einem Rechner ein Drehmoment-Steuersignal Tc erzeugt welches einem quasi idealen Schwungrad in Form eines Integrators zugeführt wird,ίο A facility of the type mentioned above is off the US-PS 39 68 352 known According to Fig. 3 there, a computer generates a torque control signal Tc which is a quasi-ideal Flywheel is supplied in the form of an integrator, welcher ein Soll-Winkelgeschwindigkeitssignal abgibt Aus diesem sowie einem zugeführten Ist-Winkelgeschwindigkeitssignal wird ein Winkelgeschwindigkeitsfehlersignal gebildet welches einem Motor zur Drehmomenterzeugung zugeführt wird. Das von diesem ab-which emits a target angular velocity signal From this and a supplied actual angular velocity signal, an angular velocity error signal is formed which is supplied to a motor for generating torque. That differing from this gegebene Drehmoment TM wird durch Stördrehmo-U1Sn^e f ° wrfgisr*hf er» HaR schließlich eine von der gewünschten Drehzahl abweichende Drehzahl des realen Schwungrades resultiert Dieser Schwierigkeit soll durch einfache Rückführung des realen WinkelgeThe given torque T M is finally caused by a disturbance torque U 1 Sn ^ ef ° wrfgisr * hf er »HaR a speed of the real flywheel deviating from the desired speed schwindigkeitssignals und Bildung des Winkelgeschwin digkeitsfehlersignals abgeholfen werden. Diese Einrichtung ist jedoch hinsichtlich ihrer Effizienz noch verbesserungsfähig. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einespeed signal and formation of the angular speed error signal can be remedied. However, this facility can still be improved in terms of its efficiency. The invention is therefore based on the object of a Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der der Unterschied zwischen dem durch das Drehmoment-Steuersignal repräsentierten Drehmoment und dem tatsächlichen Drehmoment stets so klein wie möglich gehalten werden kann.Establish the type mentioned at the beginning which is the difference between the torque represented by the torque control signal and the actual torque can always be kept as small as possible.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst daß aus dem Winkelgeschwindigkeitsfehlersignal über einen Regler ein Rückführsignal erzeugt wird, welches zu dem Drehmoment-Steuersignal addiert wird, und das hierdurch entstehende Surmensignal das EinThis object is achieved according to the invention in that from the angular velocity error signal a feedback signal is generated via a controller, which is added to the torque control signal, and the resulting surf signal the one gangssignal für die Regelung des realen Schwungrades istoutput signal for controlling the real flywheel is
Mit Hilfe dieser einfachen Einrichtung gelingt es, die für die Antennenausrichtung und andere Lageregelungsaufgaben wichtige Drehmomenterzeugung mittelsWith the help of this simple device, it is possible to generate the torque that is important for antenna alignment and other position control tasks des Schwungrades auf die genau benötigten Werte einzustellen. Damit stellen sich auch erhebliche Energie- und Kraftstoffeinsparungen ein, da notwendige Fehlerkorrekturen auf ein Minimum beschränkt werden. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand derof the flywheel to the precisely required values. This also creates considerable energy and fuel savings as necessary error corrections are kept to a minimum. An embodiment of the invention is based on the
5J F i g. 3 näher erläutert5J F i g. 3 explained in more detail
Durch den Funktionsblock wird ein ideales und durch den Funktionsblock 17 ein reales Schwungrad repräsentiert Gemäß der Erfindung wird ein Drehmomentverlust kompensiert, indem das reale Schwungrad demAn ideal flywheel is represented by the function block and a real flywheel is represented by the function block 17 idealen Schwungrad ohne Drehmomentverlust nachgeführt wird.ideal flywheel is tracked without loss of torque.
Das reale Schwungrad 17 entspricht dem in Fig.2 gezeigten. Das ideale Schwungrad 16 beinhaltet einen idealen Motorregelkreis 18 und eine ideale RaddynamikThe real flywheel 17 corresponds to that shown in FIG. The ideal flywheel 16 includes one ideal motor control circuit 18 and ideal wheel dynamics 19, welche dem realen Motorregelkreis 11 und der Raddynamik 14 des realen Schwungrades 17 nachgebildet sind. Das ideale Schwungrad 16 hat die Übertragungsfunktion19, which simulates the real engine control loop 11 and the wheel dynamics 14 of the real flywheel 17 are. The ideal flywheel 16 has the transfer function
welche mittels Computer oder Analogkreis gemäß derwhich by means of a computer or analog circuit according to the
ÜbertragungsfunktionTransfer function
Kn, 1 K n , 1
p Unter normalen Bedingungen hat das Drehmoment,p Under normal conditions, the torque
1 + Tms Iws1 + T m s I w s
des realen Schwungrades 17 definiert wird.of the real flywheel 17 is defined.
Das ideale Schwungrad 16 ergibt ein Drehmoment, welches dem als Eingangssignal anliegenden Drehmoment-Steuer;;£nal
8 direkt proportional ist. Das reale Schwungrad 17 weist eine Rückführung bezüglich des
Drehmoment-Steuersignals 8 in der Weise auf, daß das Winkelgeschwindigkeitssignal 15 des realen Schwungrades
17 ebenso wie das Winkelgeschwindigkeitssignal 21 des idealen Schwungrades 16 einer Summierstelle
zugeführt wird. Ein Regler 22 erfaßt das Winkelgeschwindigkeitsfehlersignai
23 zwischen dem Winkelgeschwindigkertssignal 21 des idealen und dem Winkelgeschwindigkeitssignal
15 des realen Schwungrades und bildet hieraus ein Rückführsignal 24. Das Eingangssignal
25 für das reale Schwungrad 17 steilt die Summe aus dem Drehmomeni-Steuersigna! S und dem RQckfflhrsignal
24 vom Regler 22 dar.
pThe ideal flywheel 16 produces a torque which is directly proportional to the torque control applied as an input signal. The real flywheel 17 has a feedback with respect to the torque control signal 8 in such a way that the angular velocity signal 15 of the real flywheel 17 as well as the angular velocity signal 21 of the ideal flywheel 16 is fed to a summing point. A controller 22 detects the angular velocity error signal 23 between the angular velocity signal 21 of the ideal and the angular velocity signal 15 of the real flywheel and from this forms a feedback signal 24. The input signal 25 for the real flywheel 17 is the sum of the torque control signal! S and the feedback signal 24 from controller 22.
p
fö welches vom Motorregelkreis 11 in bezug zum Rück-
f: l'ührsignal 24 für die Drehmomentkompensierung ery
zeugt wird, die gleiche Größe wie der Drehmomentverf ·; iust 13, so daß letzterer eliminiert wird, mithin das Dreh-
}: moment 9 proportional zum Drehmoment-Steuersignal
fs 8 gehalten wird. Variiert der Drehmomentverlust 13, so
ändert sich das Rückführsignal 24 entsprechend, und der Jj Drehmomentverlust 13 wird aufgrund der Rückführung
f> des Winkelgeschwindigkeitsfehlersignals 23 beseitigt
■ß fö which f by the motor control loop 11 with respect to the rear: l'ührsignal is evidence for the ery Drehmomentkompensierung 24, the same size as the Drehmomentverf ·; iust 13, so that the latter is eliminated, thus the torque}: torque 9 is kept proportional to the torque control signal fs 8. If the torque loss 13 varies, the feedback signal 24 changes accordingly, and the Jj torque loss 13 is eliminated due to the feedback f> of the angular velocity error signal 23
■ ß
ti Hierzu 1 Blatt Zeichnungenti 1 sheet of drawings
4040
4545
5050
5555
6060
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1983
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Legal Events
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: MITSUBISHI ELECTRIC CORP., TOKIO/TOKYO, JP DEUTSCH |
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