FR2525359A1 - METHOD AND DEVICE FOR ATTITUDE REGULATION OF AN ARTIFICIAL TERRESTRIAL SATELLITE - Google Patents
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Abstract
REGULATION AU MOYEN D'UNE MEMOIRE A IMPULSIONS DE ROTATION ET D'UN GENERATEUR DE MOMENT MAGNETIQUE EXERCANT EN INTERACTION AVEC LE CHAMP MAGNETIQUE TERRESTRE UN MOMENT DE ROTATION SUR LE SATELLITE POUR MAINTENIR LE MOMENT DE ROTATION MEMORISE A UNE VALEUR MAXIMALE ADMISSIBLE. POUR OBTENIR AUSSI EXACTEMENT QUE POSSIBLE LE CONTRE-MOMENT A CREER PAR LE GENERATEUR DE MOMENT MAGNETIQUE 10, 12, ON ESTIME, A PARTIR DE L'IMPULSION DE ROTATION H MEMORISEE ET D'AUTRES DONNEES DE MOUVEMENT DU SATELLITE, LA PART H DE L'IMPULSION DE ROTATION A AFFECTER A L'AXE DE ROULIS; IL SUFFIT A CET EFFET DE MUNIR LES SYSTEMES DE REGULATION CLASSIQUES DE DEUX DIFFERENTIATEURS 14, 15, L'UN A L'EGARD DE LA VITESSE ANGULAIRE D'UNE ROUE A REACTION 8, L'AUTRE A L'EGARD DE L'ANGLE D'UN PALPEUR D'ANGLE DE ROULIS 6. EXEMPLE D'APPLICATION : EN COMBINAISON AVEC UN SYSTEME CLASSIQUE.REGULATION BY MEANS OF A ROTATION PULSES MEMORY AND A MAGNETIC MOMENT GENERATOR EXERCISING IN INTERACTION WITH THE EARTH MAGNETIC FIELD A ROTATION MOMENT ON THE SATELLITE TO MAINTAIN THE MEMORIZED ROTATION MOMENT AT A MAXIMUM PERMISSIBLE VALUE. TO OBTAIN AS EXACTLY AS POSSIBLE THE COUNTER-MOMENT TO BE CREATED BY THE MAGNETIC MOMENT GENERATOR 10, 12, WE ESTIMATE, FROM THE STORED H ROTATION PULSE AND OTHER SATELLITE MOVEMENT DATA, THE H PART OF L 'ROTATION PULSE TO BE AFFECTED TO THE ROLL AXIS; IT IS SUFFICIENT FOR THIS EFFECT TO EQUIP THE CLASSIC REGULATION SYSTEMS WITH TWO DIFFERENTIATORS 14, 15, ONE WITH RESPECT TO THE ANGULAR SPEED OF A REACTION WHEEL 8, THE OTHER WITH REGARD TO THE ANGLE D '' A ROLL ANGLE SENSOR 6. EXAMPLE OF APPLICATION: IN COMBINATION WITH A CLASSIC SYSTEM.
Description
Procédé et dispositif de régulation d'attitudeAttitude regulation method and device
d'un satellite terrestre artificiel. an artificial terrestrial satellite.
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de régulation d'attitude d'un satellite ter- restre artificiel muni d'une mémoire à impulsions de rotation pour absorber des moments de rotation extérieurs conduisant à un changement d'attitude du satellite et pour corriger ladite attitude par modification des composantes The present invention relates to a method and device for attitude control of an artificial earth satellite provided with a rotational pulse memory for absorbing external rotational moments leading to a change of attitude of the satellite and for correcting said attitude by changing the components
d'impulsions de rotation par rapport aux axes dudit satel- of rotation pulses with respect to the axes of said satellite.
lite ainsi que d'un générateur de moment magnétique pour créer un moment magnétique exerçant en interaction avec le champ magnétique terrestre un moment de rotation sur le lite as well as a magnetic moment generator to create a magnetic moment exerting in interaction with the Earth's magnetic field a moment of rotation on the
satellite afin de maintenir à une valeur maximale admis- satellite in order to maintain a maximum permissible value
sible le moment de rotation mémorisé. sible the memorized moment of rotation.
On peut entre autre stabiliser dans leur atti- We can, among other things, stabilize in their
tude des satellites terrestres artificiels en "déchargeant" une impulsion de rotation mémorisée dans ces derniers, par exemple à l'aide de roues à moment et à réaction On peut avoir recours aussi au champ magnétique terrestre pour cette décharge de l'impulsion de rotation dans un satellite study of artificial terrestrial satellites by "unloading" a rotation pulse stored in them, for example by means of moment and reaction wheels. It is also possible to use the terrestrial magnetic field for this discharge of the rotational pulse in a satellite
terrestre stabilisé sur trois axes. ground stabilized on three axes.
La figure 1 du dessin annexé représente schémati- Figure 1 of the attached drawing shows schematically
quement en perspective un satellite stabilisé sur trois axes La référence 1 désigne une roue à moment servant de mémoire à impulsions de rotation, la référence 2 une roue à réaction servant également de mémoire à impulsions de rotation, la référence 3 un générateur de moment magnétique, ou transmetteur magnétique de moment de rotation, et la 3 is a perspective view of a three-axis stabilized satellite Reference 1 denotes a moment wheel serving as a rotational pulse memory, the reference 2 also a reaction wheel serving as a rotational pulse memory, reference 3 a magnetic moment generator, or magnetic torque transmitter, and the
référence 4 un palpeur d'angle de roulis Un système de coor- reference 4 a roll angle sensor A coordination system
données fixe par rapport au satellite est formé par l'axe de roulis X, l'axe de tangage Y et l'axe de lacet Z. La régulation du satellite est telle que l'axe X suit la direction de vol, l'axe Y est perpendiculaire au plan de l'orbite et l'axe Z est dirigé perpendiculairement à un plan passant par les axes X et Y Si le satellite décrit une fixed data with respect to the satellite is formed by the roll axis X, the pitch axis Y and the yaw axis Z. The regulation of the satellite is such that the X axis follows the direction of flight, the axis Y is perpendicular to the plane of the orbit and the Z axis is directed perpendicular to a plane passing through the X and Y axes.
orbite circulaire, l'axe Z passe par le centre de la terre. circular orbit, the Z axis passes through the center of the earth.
Les systèmes de régulation d'attitude peuvent être répartis en trois catégories, à savoir celle des systèmes à haute impulsion de rotation, celle des systèmes sans impulsion de rotation et, en intermédiaire, celle des systèmes à impulsion de rotation commandée ou soumise Attitude control systems can be divided into three categories, namely high-speed rotation systems, non-rotational systems and, in the intermediate mode, controlled or controlled rotational pulse systems.
à régulation.with regulation.
On a représenté sur la figure 1 un système à impul- FIG. 1 shows a pulse system
sion de rotation fondamentale soumise à régulation, dans laquelle une grande impulsion de rotation est constamment prescrite comme impulsion de rotation fondamentale en direction de l'axe de tangage afin d'engendrer une stabilité giroscopique suffisante et de maintenir ainsi les changements d' attitude du satellite à un minimum Dans un satellite terrestre réglé de la sorte, un moment de rotation extérieure agissant autour de l'axe Y est absorbé en ce que l'impulsion de rotation de la roue à moment se modifie Les moments de rotation agissant autour des axes Z et X s'exercent, par suite de la stabilité gyroscopique due à l'impulsion de rotation élevée en direction de l'axe de tangage, comme des angles modifiant l'attitude, à savoir comme des angles de roulis autour de l'axe X ou des angles de lacet autour de l'axe Z Un moment de rotation autour de l'axe Z peut aussi être absorbé en ce que l'angle de roulis soit mesuré par le palpeur correspondant et soit utilisé pour modifier par voie de rétro-action l'impulsion de rotation de la roue à réaction 3 On ne prévoit dans ce système ni un palpeur d'angle de lacet ni un dispositif d'absorption direct de momentsde rotation agissant autour de l'axe X Etant donné la haute stabilité gyroscopique autour de l'axe de tangage, un tel moment de rotation peut cependant être absorbé indirectement controlled fundamental rotation axis, in which a large rotational pulse is constantly prescribed as a fundamental rotational pulse in the direction of the pitch axis in order to generate sufficient gyroscopic stability and thereby maintain the satellite attitude changes to a minimum In a terrestrial satellite set in this way, an external moment of rotation acting around the Y axis is absorbed in that the momentum of rotation of the moment wheel is modified. The moments of rotation acting around the Z axes and X, as a result of the gyroscopic stability due to the high rotational pulse towards the pitch axis, as attitude-modifying angles, namely, roll angles around the X-axis or yaw angles around the Z axis A moment of rotation around the Z axis can also be absorbed in that the roll angle is measured by the corresponding probe and is used for by means of retro-action the rotational pulse of the reaction wheel 3 In this system, neither a yaw angle probe nor a device for direct absorption of moments of rotation acting around the X axis is provided. given the high gyroscopic stability around the pitch axis, such a moment of rotation can however be absorbed indirectly
par réglage à un faible angle de lacet Un système de régu- by adjustment at a low yaw angle A control system
lation d'attitude à impulsions de rotationélevée et soumise à régulation es t avantageux par rapport à un système de régulation d'attitude sans impulsion de rotation, ou à impulsion de rotation nulle, car on peut renoncer, par suite de l'incorporation de la stabilité gyroscopique, à un propre palpeur d'angle de lacet. Si les composantes en X et en Z d'une impulsion de rotation sont désignées par Hx et Hz, l'impulsion de rotation combinée Ho peut s'exprimer comme suit Ho = VHX 2 + Hz 2 ( 1) Pendant le vol sur orbite du satellite, les impulsions de rotation, ou composantes d'impulsions de rotation Hx et Hz, se modifient avec une amplitude fondamentale H à la période d'orbite du satellite L'angle de lacet change lui aussi The high rotational and controlled pulse attitude attitude is advantageous over an attitude control system without a rotational pulse, or with a zero rotational pulse, since it can be dispensed with by the incorporation of the gyroscopic stability, at a proper yaw angle sensor. If the X and Z components of a rotation pulse are denoted by Hx and Hz, the combined rotation pulse Ho may be expressed as follows Ho = VHX 2 + Hz 2 (1) During the flight into orbit of satellite, the rotational pulses, or components of rotational pulses Hx and Hz, change with a fundamental amplitude H to the satellite orbit period The yaw angle also changes
périodiquement, cela avec une amplitude fondamentale pro- periodically, this with a fundamental amplitude
portionnelle à H Si l'on absorbe un moment de rotation No extérieur, l'angle de rotation devient en effet très grand et dépasse le maximum admissible pendant une longue période H-proportional If an external rotation torque is absorbed, the angle of rotation becomes very large and exceeds the maximum permissible for a long period of time.
de temps Il en va de même aussi pour les vitesses de rota- This is also the case for rotational speeds
tion de la roue à moment 1 et de la roue à réaction 2 Pour écarter cette difficulté, il ést nécessaire d'exercer sur le satellite, et de faire absorber par lui, un moment de rotation, de sorte que ce moment de rotation extérieur puisse 1 To avoid this difficulty, it is necessary to exert on the satellite, and to absorb by it, a moment of rotation, so that this moment of external rotation can
être absorbé pour décharger l'impulsion de rotation mémorisée. be absorbed to discharge the stored rotation pulse.
La décharge des composantes d'impulsion de rotation Hx et H nécessite des moments de rotation autour des axes X et Z. Dans l'exemple de satellite représenté sur la figure 1, un moment de rotation est exercé par le transmetteur magnétique de moment de rotation 3, cela par une interaction entre un champ magnétique engendré par le transmetteur magnétique The discharge of the rotational pulse components Hx and H requires moments of rotation around the X and Z axes. In the satellite example shown in FIG. 1, a torque is exerted by the magnetic torque transmitter. 3, this by an interaction between a magnetic field generated by the magnetic transmitter
de moment de rotation 3 et le champ magnétique terrestre. of torque 3 and the Earth's magnetic field.
Si l'on désigne par My un moment magnétique engendré If we denote by My a magnetic moment generated
autour de l'axe Y, par Bx et Bz l'induction du champ magné- around the Y axis, by Bx and Bz the induction of the magnetic field
tique terrestre en directions respectives de l'axe X et de l'axe Z, les moments de rotation magnétique M B et -M B y x y x sont engendrés autour des axes X et Z On sait que les composantes d'impulsion de rotation Hx et H z par rapport aux axes X et Z se déchargent de façon efficace dès lors que l'on engendre un moment magnétique My satisfaisant à l'équation suivante: My = -K(Bz Hx -Bx HZ) ( 2) in the respective directions of the X axis and the Z axis, the magnetic rotation moments MB and -MB yxyx are generated around the X and Z axes. It is known that the rotational pulse components H x and H z by X and Z axes are effectively discharged when a magnetic moment My is generated satisfying the following equation: My = -K (Bz Hx -Bx HZ) (2)
Dans cette équation, K désigne une constante appropriée. In this equation, K denotes a suitable constant.
Les valeurs Bx et Bz peuvent être déterminéespar un palpeur magnétique non représenté Maisells peuvent aussi être obtenuesou estimées à partir d'un modèle donné du champ magnétique terrestre approché On introduit dans ce cas, au lieu des valeurs Bx, Bz effectives, les valeurs obtenues par estimation Le premier terme du deuxième membre de l'équation ( 2) correspond à une décharge de la composante d'impulsion de rotation Hx, le second terme à une décharge The values Bx and Bz can be determined by a magnetic probe (not shown) but can also be obtained or estimated from a given model of the approximate earth magnetic field. In this case, instead of the actual values Bx, Bz, the values obtained by estimate The first term of the second member of equation (2) corresponds to a discharge of the rotational pulse component Hx, the second term to a discharge
de la composante d'impulsion de rotation Hz. of the rotational pulse component Hz.
Par suite de la stabilité gyroscopique autour de As a result of the gyroscopic stability around
l'axe de tangage et de l'impulsion de rotation élevée mémo- the pitch axis and the high rotation pulse
risée ici, la composante d'impulsion de rotation Hx peut être engendrée, et mémorisée, par réglage à un petit angle de lacet Il est à vrai dire difficile de mesurer directement la composante d'impulsion de rotation Hx, car il n'existe Here, the rotational pulse component Hx can be generated and stored by adjusting at a small yaw angle. It is actually difficult to directly measure the rotational pulse component Hx because there is
pas de palpeur d'angle de lacet en propre. no yaw angle sensor in own.
La figure 2 est un schéma synoptique d'un système classique de régulation d'attitude d'un satellite terrestre dans lequel on a désigné par les références 5 la voie de régulation correspondant à la dynamique du satellite, 6 un palpeur d'angle d'attitude, 7 une commande de roue à réaction, 8 une roue à réaction, 9 un générateur modèle de moment magnétique, 10 une commande de moment magnétique, 1 l un équivalent de champ magnétique terrestre, 12 un transmetteur magnétique de moment de rotation et 13 un totalisateur Le palpeur d'angle d'attitude 6 mesure par exemple l'angle de roulis du satellite et engendre un signal de sortie d'angle de roulis Ce palpeur d'angle de roulis correspond à celui de la figure 1 La commande de roue à réaction 7 engendre en signal de sortie un signal de moment de rotation pour la commande de la roue à réaction 8 en accord avec le signal de sortie du palpeur d'angle d'atti- tude 6 La roue à réaction 8 reçoit de la commande 7 ce signal de moment de rotation pour exercer un moment de rotation sur la voie de régulation du satellite 5 et procure d'autre part à la commande de moment magnétique 10 un signal indiquant la vitesse de rotation de la roue à réaction 8 Le générateur modèle de moment magnétique 9 crée un signal correspondant à l'expression Bx dans l'équation( 2) La commande de moment magnétique 10 réagit pour sa part au signal d'angle de roulis du palpeur d'angle d'attitude 6 et à unsignal de vitesse de la roue à réaction 8 et engendre un signal indiquant la composante Z de l'impulsion A partir de ce signal et de celui du générateur modèle de moment FIG. 2 is a block diagram of a conventional attitude control system of a terrestrial satellite in which reference numerals 5 designate the control channel corresponding to the dynamics of the satellite, 6 an angle probe of attitude, 7 a reaction wheel control, 8 a reaction wheel, 9 a magnetic moment model generator, 10 a magnetic moment control, 1 1 a terrestrial magnetic field equivalent, 12 a magnetic torque transmitter and 13 a totalizer The attitude angle sensor 6 measures, for example, the roll angle of the satellite and generates a roll angle output signal. This roll angle sensor corresponds to that of FIG. 1. The wheel control In response, the output signal 7 generates a torque signal for the control of the reaction wheel 8 in accordance with the output signal of the attitude angle sensor 6. The reaction wheel 8 receives from the control 7 this signal of torque for exerting a moment of rotation on the control channel of the satellite 5 and on the other hand provides the magnetic moment control 10 with a signal indicating the rotational speed of the reaction wheel 8 The magnetic moment model generator 9 creates a signal corresponding to the expression Bx in equation (2) The magnetic moment control 10 reacts for its part to the roll angle signal of the attitude angle sensor 6 and to a speed signal of the reaction wheel 8 and generates a signal indicating the Z component of the pulse From this signal and that of the moment model generator
magnétique 9, on engendre dans la commande de moment magné- 9, one generates in the magnetic moment control
tique 10 un signal de sortie qui correspond au deuxième terme du second membre de l'équation( 2) Le transmetteur magnétique de moment de rotation 12 réagit au signal de la commande de moment magnétique 10 et engendre autour de l'axe Y un moment magnétique qui correspond à tout le second membre de l'équation ( 2) Un moment de rotation Z est alors engendré à partir du moment magnétique produit autour de l'axe Y par le transmetteur magnétique de moment de rotation 12 et del'inducticn Bx en direction de l'axe X du champ magnétique terrestre, ce qui a d'autre part pour 10 an output signal which corresponds to the second term of the second member of equation (2) The magnetic torque transmitter 12 responds to the signal of the magnetic moment control 10 and generates around the Y axis a magnetic moment which corresponds to the entire second member of equation (2) A moment of rotation Z is then generated from the magnetic moment generated around the Y axis by the magnetic torque transmitter 12 and the Bx inductively in the direction of the X axis of the Earth's magnetic field, which on the other hand
effet de décharger la composante Z, dénommée Hz, de l'im- effect of discharging the Z component, referred to as Hz, of the
pulsion de rotation Le transmetteur magnétique de moment de rotation correspond lui-même au transmetteur magnétique de moment de rotation 3 de la figure 1 Le totalisateur 13 marque nettement que le moment de rotation agissant sur le satellite avec sa dynamique 5 est la somme de deux moments, rotational pulse The magnetic torque transmitter itself corresponds to the magnetic torque transmitter 3 of FIG. 1 The totalizer 13 clearly indicates that the moment of rotation acting on the satellite with its dynamic 5 is the sum of two moments ,
à savoir celui de la roue à réaction 8 et celui du transmet- namely that of the reaction wheel 8 and that of the transmitting
teur magnétique 12.magnetic transmitter 12.
Dans le système de régulation d'attitude connu représenté sur la figure 2, il n'existe pas de palpeur d'angle de lacet On ne peut en outre mesurer facilement et décharger directement que la composante Hz de l'impulsion In the known attitude control system shown in FIG. 2, there is no yaw angle sensor. Moreover, it can be easily measured and unloaded directly only the Hz component of the pulse.
de rotation, au lieu que Hx ne peut être déchargé qu'indi- of rotation, whereas Hx can not be unloaded unless indicated
rectement par la commutation précitée entre Hl X et Hz pendant le mouvement sur orbite du satellite terrestre La décharge de Hx est donc subordonnée à celle de H et ne peut être réalisée effectivement, ce qui a pour résultat une faible by the aforementioned switching between H1 X and Hz during the on-orbit movement of the terrestrial satellite The discharge of Hx is therefore subordinated to that of H and can not be carried out effectively, which results in a weak
précision de la régulation d'attitude. accuracy of attitude regulation.
L'invention a pour objet un procédé et un dispositif par lesquels on puisse améliorer la régulation classique d'attitude de satellitesterrestreset décharger directement The subject of the invention is a method and a device by which the conventional regulation of earth-satellite attitude can be improved and discharged directly.
la composante X de l'impulsion de rotation. the X component of the rotation pulse.
Le procédé est caractérisé par le fait que l'on estime la composante de l'impulsion de rotation mémorisée et affectée à l'axe de roulis du satellite à partir de la composante affectée à l'axe de lacet et d'autres données de mouvement du satellite et on l'annule, ou la décharge, directement en engendrant un moment magnétique Dans un mode de réalisation préféré, on calcule approximativement la composante de l'impulsion de rotation affectée à l'axe de roulis du satellite en formant le quotient négatif de la différentielle par rapport au temps de la composante de lacet de ladite impulsion de rotation par la vitesse angulaire The method is characterized by estimating the component of the rotational pulse stored and allocated to the roll axis of the satellite from the component assigned to the yaw axis and other motion data. of the satellite and canceling, or discharging, directly by generating a magnetic momentum In a preferred embodiment, the component of the rotational pulse allocated to the roll axis of the satellite is approximately calculated by forming the negative quotient the time differential of the yaw component of said rotational pulse by the angular velocity
du satellite sur son orbite.satellite on its orbit.
Le dispositif de mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé par le fait qu'il comporte un montage pour la différentiation d'unecomposante de lacet de l'impulsion The device for implementing this method is characterized by the fact that it comprises a mounting for the differentiation of a component of yaw of the pulse
de rotation mémorisée et que la sortie de ce montage diffé- stored rotation and that the output of this different
rentiateur est reliée à un montage de commande du générateur de moment magnétique dans lequel le signal de sortie dudit montage différentiateurse combine avec un signal correspondant à l'induction du champ magnétique terrestre pour la formation d'une part de moment de rotation par le générateur de moment magnétique Dans un mode de réalisation préféré, s'agissant d'un satellite comportant une roue à moment alignée en direction de l'axe de tangage pour mémoriser une impulsion de rotation fondamentale élevée, une roue à réaction à vitesse de rotation variable alignée en direction de l'axe de lacet, et enfin un générateur de moment magnétique pour créer un moment magnétique My de décharge des composantes de roulis et de lacet H et H et l'impulsion de rotation selon l'équation My = -K(Bz Hx Bx HZ) dans laquelle K désigne une constante et Bx, Bz l'induction du champ magnétique terrestre en direction des axes de roulis et de lacet, il existe un différentiateur à l'égard de la vitesse angulaire de la roue à réaction et un autre à l'égard du signal d'angle de roulis délivré par un palpeur d'angle d'attitude et les sorties de ces différentiateurs sont combinées, dans la commande de moment magnétique, pour la formation de la composante de roulis H dans l'équation H Hz =Hyt + I J x ai LV * x o o dans laquelle H désigne l'impulsion de rotation de la roue y à moment, I le moment d'inertie de la roue à réaction,0 " la différentielle par rapport au temps de la vitesse angulaire de la roue à réaction et W la vitesse angulaire du satellite The annotator is connected to a control arrangement of the magnetic moment generator in which the output signal of said differential arrangement combines with a signal corresponding to the induction of the earth's magnetic field for the formation of a moment of rotation by the generator of magnetic moment In a preferred embodiment, in the case of a satellite having a pitch wheel aligned in the direction of the pitch axis for storing a high fundamental rotational pulse, a variable speed rotational gear wheel aligned with direction of the yaw axis, and finally a magnetic moment generator to create a magnetic moment My discharge of the roll and yaw components H and H and the rotation pulse according to the equation My = -K (Bz Hx Bx HZ) in which K designates a constant and Bx, Bz the induction of the terrestrial magnetic field in the direction of roll and yaw axes, there is a differentiation r with respect to the angular velocity of the reaction wheel and another with respect to the roll angle signal delivered by an attitude angle sensor and the outputs of these differentiators are combined, in the control of magnetic moment, for the formation of the roll component H in the equation H Hz = Hyt + IJ x ai LV * xoo in which H designates the impulse of rotation of the wheel y at moment, I the moment of inertia of the reaction wheel, 0 "the differential with respect to the time of the angular velocity of the reaction wheel and W the angular velocity of the satellite
sur son orbite.on its orbit.
Selon les caractéristiques ci-dessus, on estime la composante du moment de rotation rapportée à l'axe de roulis du satellite terrestre et on la décharge dans une mesure According to the above characteristics, the component of the rotational moment relative to the roll axis of the Earth satellite is estimated and discharged to a certain extent.
correspondante pour régler ainsi l'attitude dudit satellite. corresponding to thus adjust the attitude of said satellite.
L'estimation repose sur des mesures qui portent sur la composante de lacet de l'impulsion de rotation et sur les équations de mouvement du satellite Une bonne estimation de la composante X de l'impulsion de rotation est donnée par The estimate is based on measurements of the yaw component of the rotation pulse and the equations of motion of the satellite. A good estimate of the X component of the rotation pulse is given by
le quotient de la dérivée par rapport au temps de la compo- the quotient of the derivative with respect to the time of the
sante Z de l'impulsion de rotation par la vitesse angulaire du satellite La dérivation par rapport au temps de la composante Z de l'impulsion de rotation peut avoir lieu au moyen de deux différentiateurs, l'un pour le signal d'angle de roulis du palpeur d'attitude, l'autre pour la vitesse Sante Z of the rotational pulse by the satellite angular velocity The time derivative of the Z component of the rotational pulse can take place by means of two differentiators, one for the roll angle signal attitude sensor, the other for speed
angulaire d'une roue à réaction affectée à l'axe de lacet. angle of a reaction wheel assigned to the yaw axis.
La composante X, importante pour la régulation d'attitude, de l'impulsion de rotation, peut ensuite s'exprimer par la somme de deux termes, à savoir du produit de la composante Y de l'impulsion de rotation fondamentale mémorisée par la vitesse angulaire de roulis et du poduit du moment d'inertie dela roue à réaction à affectera l'axe Z par la dérivée par rapport au temps de la vitesse de rotation de cette dernière Les deux termes peuvent être facilement déterminés, The component X, important for the regulation of attitude, of the rotation pulse, can then be expressed by the sum of two terms, namely the product of the component Y of the fundamental rotation pulse stored by the speed The angle of roll and the velocity of the moment of inertia of the reaction wheel will affect the Z axis by the time derivative of the rotational speed of the latter. The two terms can easily be determined.
si bien que l'on peut agir ensuite directement sur la compo- so that one can then act directly on the
sante X de l'impulsion de rotation.health X of the rotation pulse.
Une telle régulation selon l'invention de l'attitude du satellite s'exerce par le fait que l'on décharge la composante X de l'impulsion de rotation au lieu de la Such a regulation according to the invention of the attitude of the satellite is exerted by the fact that the X component of the rotational pulse is discharged instead of the
composante Z On branche les composantes Hx et Hz confor- component Z The components Hx and Hz are connected in accordance
mément à l'orbite circulaire du satellite, si bien que l'on décharge également ensuite Hz L'invention est d'une utilisation particulièrement avantageuse si l'orbite du satellite passe par le pôle nord et le pôle sud de la terre, car lavaleur de Bz au-dessus des pôles nord et sud est alors approximativement le double de celle de Bx au-dessus de l'équateur de la terre En outre, on peut utiliser en commun un système de régulation d'attitude classique et un système selon l'invention pour obtenir un effet amélioré de la décharge de H et H The invention is of particularly advantageous use if the orbit of the satellite passes through the north pole and the south pole of the earth, because the value Bz above the north and south poles is then approximately double that of Bx above the earth equator. In addition, a conventional attitude control system and a system according to the invention can be used together. invention to obtain an improved effect of the discharge of H and H
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la des- The invention will be better understood with the aid of
cription détaillée d'un mode de réalisation pris comme exemple non limitatif et illustré par un schéma synoptique dans la detailed description of an embodiment taken as a non-limiting example and illustrated by a block diagram in the
figure 3 du dessin annexé.Figure 3 of the accompanying drawing.
Sur cette figure 3, on a désigné par les références la voie de régulation correspondant aux grandeurs de mouvement d' un satellite terrestre,6 un palpeur d'angle d'attitude, ici sous la forme d'un palpeur d'angle de roulis, 7 une commande de roue à réaction, 8 une roue à réaction, 14 un différentiateur de vitesse, 15 un différentiateur d'angle de roulis, 9 un générateur modèle de moment magnétique, une commande de moment magnétique, Il un équivalent de champ magnétique terrestre, 12 un transmetteur magnétique de moment de rotation et 13 un totalisateur Les éléments restés inchangés par rapport à la figure 2 conservent les In this FIG. 3 reference has been made to the regulation channel corresponding to the magnitudes of motion of a terrestrial satellite, 6 to an attitude angle sensor, here in the form of a roll angle sensor, 7 a reaction wheel control, 8 a reaction wheel, 14 a speed differentiator, a roll angle differentiator, 9 a magnetic moment model generator, a magnetic moment control, A terrestrial magnetic field equivalent , 12 a magnetic torque transmitter and 13 a totalizer The elements remained unchanged compared to Figure 2 retain the
mêmes signes de référence que sur celle-ci. same reference signs as on this one.
Si on désigne par uv la vitesse angulaire du satellite terrestre pendant son orbite autour de la terre et par T un moment de rotation exercé autour de l'axe Z du satellite, on peut établir l'équation suivante: Hz =T H ( 3) z o O x Le point qui surmonte Hz désigne une différentiation par rapport au temps Etant donné que le deuxième terme du second membre de l'équation( 3) est grand par rapport au premier terme, l'équation peut se simplifier en H I Hz ( 4) x U 4 O Le fait que la vitesse angulaireu O est connue et que H peut être facilement déterminéeet différentiée par rapport au temps pour donner Hz permet d'estimer Hx d'après l'équation ( 4) La figure 3 représente un exemple de réalisation dans lequel on peut décharger H x sur la base des relations données If we denote by uv the angular velocity of the earth satellite during its orbit around the earth and by T a moment of rotation exerted around the Z axis of the satellite, we can establish the following equation: Hz = TH (3) zo O x The point which overcomes Hz denotes a differentiation with respect to time Given that the second term of the second member of equation (3) is large compared to the first term, the equation can be simplified in HI Hz (4) x U 4 O The fact that the angular velocity O is known and that H can be easily determined and differentiated with respect to time to give Hz makes it possible to estimate Hx according to equation (4). FIG. 3 represents an exemplary embodiment. in which one can unload H x on the basis of given relations
par les équations ( 3) ( 4).by equations (3) (4).
Si l'impulsion de rotation fondamentale Hy affectée à l'axe de tangage, c'est-à-dire l'impulsion de rotation élevée mémorisée, est grande et que l'angle de roulis t soit petit, on peut décrire l'équation suivante: Hz = Hy +Ib ( 5) Dans cette équation, I représente le moment d'inertie de If the fundamental rotation pulse Hy assigned to the pitch axis, i.e., the stored high rotation pulse, is large and the roll angle t is small, the equation can be described. following: Hz = Hy + Ib (5) In this equation, I represents the moment of inertia of
la roue à réaction 8 et d) la vitesse linéaire de celle-ci. the reaction wheel 8 and d) the linear velocity thereof.
Les deux membres de l'équation ( 5) peuvent ensuite être différentiés par rapport au temps, ce qui donne Hz = HY + + I O J ( 6) Le produit de Hy, c'est-à-dire de la différentielle par rapport au temps de Hy, par l'angle de roulis C, étant petit comparativement aux autres termes, l'équation peut se simplifier comme suit: H H + I Lau ( 7) Si l'on introduit Hz, conformément à cette équation ( 7), dans l'équation ( 4), on obtient une expression bien approchée de Hx qui repose sur des grandeurs à mesurer directement On voit par là qu'il faut ajouter à un système de régulation d'attitude classique selon la figure 2 un différentiateur par lequel on puisse satisfaire à l'équation ( 7), non sans devoir encore adapter les coefficients et autres éléments analogues, afin d'engendrer de cette façon un signal correspondant au premier terme du second membre de l'équation ( 2) On peur de la sorte déterminer très exactement le moment magnétique nécessaire à la compensation The two members of equation (5) can then be differentiated with respect to time, which gives Hz = HY + + IOJ (6) The product of Hy, that is, the time differential of Hy, by the roll angle C, being small compared to the other terms, the equation can be simplified as follows: HH + I Lau (7) If we introduce Hz, according to this equation (7), in equation (4), we obtain a well-approximated expression of Hx which is based on quantities to be measured directly. It is seen from this that it is necessary to add to a conventional attitude control system according to FIG. 2 a differentiator by which one can satisfy the equation (7), not without having to adapt the coefficients and other similar elements, in order to generate in this way a signal corresponding to the first term of the second member of the equation (2). very precisely determine the magnetic moment necessary for compensation
de perturbations extérieures.external disturbances.
C'est pourquoi le système de régulation d'attitude selon la figure 3 comporte le différentiateur 15, dans lequel on différentie le signal d'angle du palpeur d'angle de roulis 6 et en outre un différentiateur 14 dans lequel on différentie par rapport au temps le signai de vitesse angulaire de la roue à réaction 8 Ces signaux différentiés des différentiateurs 14 et 15 sont amenés à la commande de moment magnétique 10, dans laquelle un signal ( 4) correspondant à la valeur de Hx estimée selon l'équation ( 4) est engendré Le générateur il modèle de moment magnétique crée un signal correspondant à Bz dans l'équation( 3) Les signaux ainsi engendrés sont utilisés pour engendrer à leur tour un signal correspondant This is why the attitude control system according to FIG. 3 comprises the differentiator 15, in which the angle signal of the roll angle sensor 6 is differentiated and furthermore a differentiator 14 in which it is differentiated with respect to The differentiated signals of the differentiators 14 and 15 are fed to the magnetic moment control 10, wherein a signal (4) corresponding to the value of Hx estimated according to the equation (4). ) is generated The magnetic moment model generator creates a signal corresponding to Bz in equation (3). The signals thus generated are used to generate in turn a corresponding signal.
au premier terme du second membre de l'équation ( 2). at the first term of the second member of equation (2).
Soumis à l'action de ce signal, le transmetteur de moment magnétique engendre un moment magnétique correspondant au premier terme du second membre de l'équation ( 2) Ce moment magnétique autour de l'axe Y et l'induction B en direction de l'axe Z du champ magnétique terrestre 1 l engendrent, par l'interaction, un moment de rotation autour de l'axe X par lequel l'impulsion de rotation affectée à Subject to the action of this signal, the magnetic moment transmitter generates a magnetic moment corresponding to the first term of the second member of the equation (2). This magnetic moment around the Y axis and the induction B in the direction of the Z axis of the earth magnetic field 1 l generate, by the interaction, a moment of rotation about the axis X by which the rotation pulse assigned to
cet axe se décharge.this axis is discharged.
Bien que l'invention ait été décrite en corrélation avec un système de régulation d'attitude à impulsion de rotation commandée, ladite invention est aussi utilisable pour un satellite stabilisé sur trois axes dans lequel on mesure la composante Z, c'est-à-dire de lacet, Hz de l'impulsion de rotation Par différentiation par rapport au temps, on peut satisfaire à l'équation ( 4) dans ce cas Although the invention has been described in correlation with a controlled rotation pulse attitude control system, said invention is also usable for a three-axis stabilized satellite in which the Z component is measured, i.e. say of yaw, Hz of the rotation pulse By differentiation with respect to time, we can satisfy equation (4) in this case
aussi.as well.
Selon l'invention, on utilise deux palpeurs d'angle de lacet dans un système de régulation d'attitude On utilise en outre simultanément la composante Z de l'impulsion de rotation et les équations de mouvement du satellite terrestre sur son orbite pour estimer la composante X de l'impulsion de rotation et l'annuler, ou la décharger, de According to the invention, two yaw angle probes are used in an attitude control system. In addition, the Z component of the rotation pulse and the equations of motion of the earth satellite in its orbit are used simultaneously to estimate the speed of rotation. component X of the rotational pulse and cancel it, or unload it,
façon correspondante On peut utiliser un système de régu- corresponding way A control system can be used
lation d'attitude selon l'invention en liaison avec un système classique, dans lequel on ne peut décharger que la attitude according to the invention in connection with a conventional system, in which one can unload only the
composante Z de l'impulsion de rotation Une telle combi- component Z of the rotational impulse Such a combination
naison permet de décharger de façon plus efficace Hx et Hz. naison makes it possible to discharge more efficiently Hx and Hz.
Un satellite terrestre muni d'un tel système de régulation d'attitude peut être maintenu stable dans son attitude avec A terrestrial satellite equipped with such an attitude control system can be kept stable in its attitude with
une précision accrue par rapport au temps. increased accuracy over time.
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