JP2008132965A - コントロール・モーメント・ジャイロスコープのアレイにおける特異点回避のための階層的構想 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】宇宙船の姿勢を調節する制御システムは、零空間操作を可能にするように構成されたコントロール・モーメント・ジャイロスコープ(CMG)106の集合を備えている。制御システムは、更に、CMG106の集合に結合され、特異点を回避するための強制的零空間操作を決定し、得られるトルクを増大するための任意の零空間操作を決定するように構成された運動量アクチュエータ制御プロセッサを備えている。強制的零空間操作は、ある種のジンバル角度に基づいて計算することができ、逆ヤコビ制御行列を増大することによって実施することができる。
【選択図】図1
Description
ヤコビアンCは、CMGジンバル・レートを三次元アレイ・トルクにマッピングする。
Cω=τ (1)
ここで、Cは3×nヤコビ行列、ωはn個のジンバルに対するジンバル・レートのn×1アレイ、τは宇宙船に分与されるトルク成分の3×1アレイである。上記式を既知のトルク・コマンドτと共に用いると、CMG毎に個々のジンバル・レートを計算することができる。周知のムーア・ペンローズ疑似反転を用いてヤコビ行列を反転させると、可能なジンバル・レート集合は次のようになる。
ω=CT(CCT)−1τ (2)
一実施形態例では、前述のような特異点を回避する方法において、逆ヤコビ制御行列を修正することによって、強制的零空間操作を実施する。
以下の詳細な説明は、性質上単なる一例に過ぎず、本発明も、発明の用途や使用も限定する意図はない。更に、前述の技術分や、背景、端的な概要、あるいは以下の詳細な説明に呈示する理論が何を表現又は意味するにしても、それに拘束されることも意図していない。
以下の詳細な説明では、本発明の使用を、CMGアレイ特異点回避システムの一例において使用する場合について説明する。しかしながら、本発明の用途は、いずれの1つの特定的な用途や実施形態にも限定されず、多くの異なる試行分野において有用である。
ジンバル・レートの第3ベクトルが存在するが、トルクを生成しない。これは、零空間ベクトルである。一実施形態例では、特異値の分解を用いることによってこれを得ることができる。
これらの調節を行うことができるのは、命令されたトルクが供給され、これとともに要求された特異点回避が行われた後にいずれかのジンバル・レートが未だ利用可能である場合である。
ステップ1104の後、ステップ1116〜1122において自由裁量の移動を決定し、ステップ1110〜1114において強制的な移動を決定する。また、ステップ1106及び1108において暫定的な計算を行う。
ステップ1108において、特異点回避判断基準を定義する境界を満たす操作の傾斜を計算する。先に論じたように、この境界が表す線は、CMG106がトルクを与えるために移動しているときに、角度Ψがその線よりも下になってはならないことを表す。
最初にステップ1116における自由裁量移動に移り、CMG106の現在の位置に対する最適角度を次の式から計算する。
ステップ1120において、自由裁量の移動を決定する。先に論じたように、自由裁量の移動は、所与の運動量の大きさに対して、Ψ値を増大させて、システムの状態全体を改善する。これによって、システムにおいて得られるトルクを増大するが、特異点回避には十分でない。一実施形態例では、除外ゾーン902内にあるCMG106の運動量ベクトル906の貫入の深さを用いて、移動を実施するためのジンバル・レートを決定する。貫入の深さを減少させることによって、Ψを増大させ、得られるトルクに関して、システムの状態全体を高める。
強制的な移動に移り、ステップ1110において、∂θ/∂H及び零ベクトルを決定する。ムーア−ペンローズの疑似反転を用いて、先に論じたようにして決定した、ヤコビ行列の反転は∂θ/∂Hであり、実施形態例では、3×2行列である。零ベクトルはトルクを生じないジンバル・レートのベクトルである。
境界を満たす操作に対する傾斜をステップ1108において決定した後、ステップ1112において、CMG106の移動は行列式の傾斜に追従しなければならない。言い換えると、ステップ1118において計算した傾斜は、零空間移動に対する判断基準として賦課される。
「ルーフ」アレイとして構成した6つのCMGの集合について一実施形態例において論じたが、本発明の教示は、零空間において誘導することができるその他の構成や数のCMGにも適用可能である。
Claims (3)
- 零空間操作を可能にするように構成したコントロール・モーメント・ジャイロスコープ(CMG)(106)の集合の移動において特異点を回避する方法であって、
特異点を回避するために強制的零空間操作を決定するステップと、
得られるトルクを増大するために、オプションの零空間操作を決定するステップと、
を備えていることを特徴とする方法。 - 宇宙船の姿勢を調節する制御システムであって、
零空間操作を可能にするように構成されたコントロール・モーメント・ジャイロスコープ(CMG)(106)の集合と、
前記CMG(106)の集合に結合され、特異点を回避するための強制的零空間操作を決定し、得られるトルクを増大するための任意の零空間操作を決定するように構成された運動量アクチュエータ制御プロセッサと、
を備えていることを特徴とする制御システム。 - 請求項2記載のシステムにおいて、前記運動量アクチュエータ制御プロセッサは更に、
最適な角度を決定し、
除外ゾーン内にある侵害CMG(106)の半径方向ベクトル及び運動量ベクトル間の第1角度を決定し、
前記最適な角度と前記第1角度との間の距離に対応するものとして、前記侵害CMG(106)の移動量ベクトルの前記除外ゾーンへの貫入深さを表す第2角度を決定し、
前記除外ゾーンへの貫入深さを減少させるために前記侵害CMG(106)を調節する、
ように構成されていることを特徴とするシステム。
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