JP2013184537A

JP2013184537A - アクチュエータ駆動装置

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Publication number: JP2013184537A
Application number: JP2012050570A
Authority: JP
Inventors: Mikihiro Sugita; 幹浩杉田; Keita Sawayama; 敬太澤山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2013-09-19
Anticipated expiration: 2032-03-07
Also published as: JP5955037B2

Abstract

【課題】ＣＭＧの駆動により所望の姿勢制御トルクを得られない場合に、ＲＷが姿勢制御トルクの不足分を補うアクチュエータ駆動装置を実現する。
【解決手段】ＣＭＧ駆動制御器３００は、第１アクチュエータセット６０１（ＣＭＧ６００）を駆動する。そして、ＣＭＧステアリング則制御器３１０が第１アクチュエータセット６０１により発生するトルク量を特定する。そして、所望の姿勢制御トルクを得られない場合に、ＲＷ駆動制御器２００が不足分のトルクを補うように、第２アクチュエータセット５０１（ＲＷ５００）を駆動する。
【選択図】図１

Description

この発明は、アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動装置に関する。

人工衛星等の宇宙機の３軸姿勢制御を行うためのアクチュエータとして、リアクションホイール（以降、「ＲＷ」と称する）やコントロールモーメントジャイロ（以降「ＣＭＧ」と称する）がある。
宇宙機の姿勢制御を行う方法には、ＣＭＧのみで姿勢制御を行う方法や、ＲＷとＣＭＧとの両方で姿勢制御を行う方法がある。（例えば、特許文献１）。

特開２００９−１７３０６９号公報

従来のＲＷとＣＭＧとの両方で姿勢制御を行う方法では、一方の系（例えばＣＭＧ）の特異状態が発生した場合に、姿勢制御トルクの不足分を一方の系（例えばＣＭＧ）のみで補うように制御される。そして、一方の系（例えばＣＭＧ）のみでは姿勢制御トルクの不足分が補えない場合に、宇宙機の姿勢制御が完全になされず、姿勢誤差が発生するという課題がある。

この発明は前記のような課題を解決することを主な目的とするもので、例えば、２つの系を有効に用いて必要な姿勢制御トルクを発生させることを主な目的とする。

この発明に係るアクチュエータ駆動装置は、
対象物の姿勢制御に用いられるアクチュエータをそれぞれ少なくとも１つ有する第１アクチュエータセットと第２アクチュエータセットとを駆動するアクチュエータ駆動装置であって、
前記対象物の姿勢制御に必要なトルク量を必要トルク量として算出する必要トルク量算出部と、
前記必要トルク量を発生させるように、前記第１アクチュエータセットを駆動する第１セット駆動部と、
前記第１セット駆動部による前記第１アクチュエータセットの駆動の結果、前記第１アクチュエータセットが発生させたトルク量が前記必要トルク量に不足している場合に、前記第２アクチュエータセットに不足分のトルク量を発生させるように、前記第２アクチュエータセットを駆動する第２セット駆動部と
を備えることを特徴とする。

この発明に係るアクチュエータ駆動装置は、第１アクチュエータセットを駆動の結果、必要トルク量を得られない場合に、第２アクチュエータセットが不足分のトルク量を補うことが出来る。

実施の形態１を示す図で、ＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器の構成を示す図。実施の形態１を示す図で、フィードバック指令値生成部の構成および動作を示す図。実施の形態１を示す図で、ＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の動作の第１の例を示す図。実施の形態１を示す図で、ＣＭＧによる姿勢制御トルクが足りている場合のＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の処理の例を示すフローチャート。実施の形態１を示す図で、ＣＭＧによる姿勢制御トルクが不足している場合のＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の処理の例を示すフローチャート。実施の形態１を示す図で、ＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の動作の第２の例を示す図。実施の形態１を示す図で、ＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の動作の第３の例を示す図。実施の形態１を示す図で、ＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の動作の第４の例を示す図。実施の形態１を示す図で、ＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の動作の第４の例の処理の例を示すフローチャート。実施の形態１を示す図で、ＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の動作の第５の例を示す図。

実施の形態１．
（ＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器の構成）
図１は、ＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器の構成を示す図である。
ＲＷとＣＭＧとの両方で姿勢制御を行うためのアクチュエータ駆動装置を「ＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器」と称する。
ここで、ＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００は、アクチュエータ駆動装置に対応する。

ＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００は、第１アクチュエータセット６０１と第２アクチュエータセット５０１とを駆動する。本実施の形態では、第１アクチュエータセット６０１はＣＭＧ６００のセットであり、第２アクチュエータセット５０１はＲＷ５００のセットであるものとする。ただし、第１アクチュエータセット６０１がＲＷ５００のセットであり、第２アクチュエータセット５０１がＣＭＧ６００のセットであってもよい。
ＣＭＧ６００とＲＷ５００との台数に制限は無いが、本実施の形態の動作の説明では、ＣＭＧ６００とＲＷ５００とがそれぞれ３台以上の複数台（ｎ台）あるものとする。
そして、第１アクチュエータセット６０１は、複数台のＣＭＧ６００のトルクが合成されて３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の姿勢制御トルクを発生し、第２アクチュエータセット５０１は、複数台のＲＷ５００のトルクが合成されて３軸の姿勢制御トルクを発生するものとする。ここで、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、対象物（例えば宇宙機）において、予め定義がなされているものとする。
なお、アクチュエータの種類は、ＣＭＧ６００とＲＷ５００とに限らず、例えばスラスタなどであってもよい。

必要トルク量算出部５０は、対象物（例えば宇宙機）の３軸姿勢制御に必要な各軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）のトルク量を算出する。この３軸姿勢制御に必要なトルク量を「必要トルク量（Ｔａｌｌ）」と称する。

必要トルク量算出部５０は、ポインティング駆動指令制御器１１０、フィードバック指令値生成部６０、演算部Ｂ３５０から構成される。そして、フィードバック指令値生成部６０は、姿勢決定フィルタ１２０、演算部Ａ３４０、定常モードレギュレータ１３０から構成される。ポインティング駆動指令制御器１１０、フィードバック指令値生成部６０、演算部Ｂ３５０、姿勢決定フィルタ１２０、演算部Ａ３４０、定常モードレギュレータ１３０の詳細については後述で説明する。なお、ポインティング駆動指令制御器１１０は、第１セット駆動制御部と、第２セット駆動制御部とに対応する。

ＣＭＧフィードバック制御スイッチ２０は、必要トルク量算出部５０が算出したトルク量のうち、フィードバック制御分のトルク量をＣＭＧ駆動制御器３００に伝達する。ＣＭＧフィードバック制御スイッチ２０は、第１セット駆動制御部に対応する。

ＣＭＧ駆動制御器３００は、対象物の軸毎（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）に必要トルク量を発生させるように、第１アクチュエータセット６０１（ＣＭＧ６００）を駆動する。ＣＭＧ駆動制御器３００は、第１セット駆動部に対応する。

ＣＭＧ駆動制御器３００は、ＣＭＧステアリング則制御器３１０、演算部Ｄ３７０、ＣＭＧジンバルトルク計算器３２０から構成される。ＣＭＧステアリング則制御器３１０、演算部Ｄ３７０、ＣＭＧジンバルトルク計算器３２０の詳細については後述で説明する。なお、ＣＭＧステアリング則制御器３１０は、不足トルク量導出部に対応する。

３軸トルク変換器３３０は、第１アクチュエータセット６０１（ＣＭＧ６００）により発生するトルク量を出力する。ここで、第１アクチュエータセット６０１（ＣＭＧ６００）により発生するトルク量を「ＣＭＧ相当トルク量（Ｔｃｍｇ）」と称する。
ＣＭＧフィードフォワード制御スイッチ３０は、ＣＭＧ相当トルク量を演算部Ｃ３６０に伝達する。

演算部Ｃ３６０は、必要トルク量からＣＭＧ相当トルク量をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸毎に差し引く。そして、演算部Ｃ３６０は、各軸のＣＭＧ相当トルク量のいずれかが、当該軸の必要トルク量に不足している場合に、当該軸の不足分のトルク量を導出する。演算部Ｃ３６０は、不足トルク量導出部に対応する。
この軸毎の不足分のトルク量は、第２アクチュエータセット５０１（ＲＷ５００）により発生させる軸毎のトルク量となる。この第２アクチュエータセット５０１（ＲＷ５００）により発生させるトルク量を「ＲＷトルク量（Ｔｒｗ）」と称する。

ＲＷ制御スイッチ１０は、ＲＷトルク量をＲＷ駆動制御器２００に伝達する。ＲＷ制御スイッチ１０は、第２セット駆動制御部に対応する。
ＲＷ駆動制御器２００は、軸毎のＲＷトルク量を発生させるように第２アクチュエータセット５０１（ＲＷ５００）を駆動する。ＲＷ駆動制御器２００は、第２セット駆動部に対応する。
ＲＷ駆動制御器２００は、ホイールトルク分配器２１０、ホイール速度ループ制御器２２０から構成される。ホイールトルク分配器２１０、ホイール速度ループ制御器２２０の詳細については後述する。

（フィードバック指令値生成部の構成および動作説明）
図２は、フィードバック指令値生成部の構成および動作を示す図である。
まず、必要トルク量算出部５０のフィードバック指令値生成部６０について説明する。

姿勢決定フィルタ１２０は、制御対象の姿勢を感知するセンサなどからの情報を基に、推定姿勢角と推定姿勢レートとを決定し、出力する。

演算部Ａ３４０は、ポインティング駆動指令制御器１１０からポインティングリファレンス角とポインティングリファレンスレートとを入力する。
ポインティングリファレンス角は、ＣＭＧ６００やＲＷ５００のフィードフォワード制御によって変化する制御対象の姿勢の３軸リファレンス角である。ポインティングリファレンスレートは、ＣＭＧ６００やＲＷ５００の駆動によって変化する制御対象の姿勢の３軸リファレンスレートである。
ポインティングリファレンス角とポインティングリファレンスレートとは、ＣＭＧ６００によるフィードフォワード制御が行われる場合にＣＭＧ６００駆動分が含まれ、ＲＷ５００によるフィードフォワード制御が行われる場合にＲＷ５００駆動分が含まれる。
ポインティングフィードフォワードトルクとジンバル角・ジンバル角速度フィードフォワードとについては後述する。

演算部Ａ３４０は、推定姿勢角とポインティングリファレンス角との差分を演算し、推定姿勢レートとポインティングリファレンスレートとの差分を演算する。すなわち、フィードフォワード制御による変化分を除いた姿勢角と姿勢レートとを演算する。
そして、定常モードレギュレータ１３０は、前記２つの差分からフィードバック制御用の各軸のトルク量を算出する。このフィードバック制御用のトルク量を「フィードバックトルク量（Ｔｆｂ）」と称する。

（ＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の動作の第１の例）
図３は、ＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の動作の第１の例を示す図である。
図４は、ＣＭＧによる姿勢制御トルクが足りている場合のＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の処理の例を示すフローチャートである。
図５は、ＣＭＧによる姿勢制御トルクが不足している場合のＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の処理の例を示すフローチャートである。
なお、図３において、ポインティングリファレンス角と、ポインティングリファレンスレートとの図示は、省略している（以降の説明においても同様にポインティングリファレンス角と、ポインティングリファレンスレートとの図示は省略する）。

ＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の動作の第１の例では、ＣＭＧ６００による姿勢制御トルクが足りている場合はＣＭＧ６００のみで３軸姿勢制御（フィードフォワード制御とフィードバック制御）を行う。そして、例えば、ＣＭＧ６００が特異状態になり、姿勢制御トルクが不足する場合に、姿勢制御トルクが不足する軸に対してＲＷ５００が姿勢制御トルクを補う。
ここで、ＣＭＧ６００の特異状態について説明する。ＣＭＧは、ジンバルを回転させることでトルクを発生する。そして複数のＣＭＧにより、宇宙機の３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の所望の姿勢制御トルクを発生するが、ジンバルを回転させても特定の軸（例えばＸ軸）の姿勢制御トルクが発生しない状態となる場合がある。この状態を一般にＣＭＧの特異状態と称する。
ＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の動作の第１の例において、ＲＷ制御スイッチ１０とＣＭＧフィードバック制御スイッチ２０とＣＭＧフィードフォワード制御スイッチ３０とは、全てＯＮ状態となっている。

以下、図３と図４とを用いて、ＣＭＧ６００のみで姿勢制御トルクが足りている場合のＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の処理を説明する。
ポインティング駆動指令制御器１１０はＣＭＧ６００のジンバルのフィードフォワード制御量であるジンバル角・ジンバル角速度フィードフォワード（ｆｆ（ｃｍｇ））を出力する（図３のＳ１、図４のＳ４０１）。

ここで、ジンバル角・ジンバル角速度フィードフォワードは、ポインティング駆動指令制御器１１０にて算出したジンバル角およびジンバル角速度のフィードフォワード目標値である。
そして、ＣＭＧ６００はｎ台であるため、ｎ台分のポインティングフィードフォワードトルク（θ_ＦＦ１、φ_ＦＦ１、ψ_ＦＦ１）〜（θ_ＦＦｎ、φ_ＦＦｎ、ψ_ＦＦｎ）が出力される。

また、ポインティング駆動指令制御器１１０は、ジンバル角・ジンバル角速度フィードフォワード（ｆｆ（ｃｍｇ））に相当する値のポインティングフィードフォワードトルク（Ｔｆｆ）を出力する（図３のＳ２、図４のＳ４０１）。
ポインティングフィードフォワードトルク（Ｔｆｆ）は、ｘｙｚの軸毎に、Ｔｆｆｘ、Ｔｆｆｙ、Ｔｆｆｚが出力される。
ここで、ポインティングフィードフォワードトルク（Ｔｆｆ）の具体的な値の例として「Ｔｆｆｘ＝７、Ｔｆｆｙ＝７、Ｔｆｆｚ＝７」であるとする。すなわち、ジンバル角・ジンバル角速度フィードフォワード（ｆｆ（ｃｍｇ））は、「Ｔｆｆｘ＝７、Ｔｆｆｙ＝７、Ｔｆｆｚ＝７」に相当する。
なお、ここで、ポインティング駆動指令制御器１１０は、第１アクチュエータセット６０１とは別に第２アクチュエータセット５０１にフィードフォワード制御させる為のトルク量をポインティングフィードフォワードトルク（Ｔｆｆ）に加えて出力することも可能である。

一方、フィードバック指令値生成部６０は、３軸分のフィードバックトルク量（Ｔｆｂ）として「Ｔｆｂｘ＝３、Ｔｆｂｙ＝３、Ｔｆｂｚ＝３」を出力するものとする（図３のＳ３、図４のＳ４０１）。
ＣＭＧステアリング則制御器３１０は、ＣＭＧフィードバック制御スイッチ２０を介して、フィードバック指令値生成部６０が出力したフィードバックトルク量（Ｔｆｂ）を入力する。そして、ＣＭＧステアリング則制御器３１０は、「Ｔｆｂｘ＝３、Ｔｆｂｙ＝３、Ｔｆｂｚ＝３」に相当するジンバル角・ジンバル角速度フィードバック（ｆｂ（ｃｍｇ））を算出する（図３のＳ４、図４のＳ４０２）。ＣＭＧステアリング則制御器３１０もｎ台のＣＭＧ６００の分のジンバル角・ジンバル角速度フィードバック（ｆｂ（ｃｍｇ））を算出する。

演算部Ｄ３７０は、ＣＭＧ６００毎にジンバル角・ジンバル角速度フィードフォワード（ｆｆ（ｃｍｇ））とジンバル角・ジンバル角速度フィードバック（ｆｂ（ｃｍｇ））とを加算する（図４のＳ４０３）。ここでは、加算の結果、必要トルク量に相当する値が得られる。
ＣＭＧジンバルトルク計算器３２０は、演算部Ｄ３７０によるＣＭＧ６００毎の加算結果（θ_１、φ_１、ψ_１）〜（θ_ｎ、φ_ｎ、ψ_ｎ）を入力し（図４のＳ４０３）、ジンバルトルクをＣＭＧ６００毎に演算する（θ_ｃｍｄ１、φ_ｃｍｄ１、ψ_ｃｍｄ１）〜（θ_ｃｍｄｎ、φ_ｃｍｄｎ、ψ_ｃｍｄｎ）。そして、各ＣＭＧ６００は、ＣＭＧジンバルトルク計算器３２０により演算されたジンバルトルクに基づき駆動される。すなわち、第１アクチュエータセット６０１は、必要トルク量を発生させるように駆動される。

一方、ＣＭＧステアリング則制御器３１０は、ＣＭＧジンバルトルク計算器３２０により駆動された結果、第１アクチュエータセット６０１が発生する各軸のトルク量を演算により導出することが可能である。すなわち、ＣＭＧステアリング則制御器３１０は、第１アクチュエータセット６０１が発生させたトルク量を特定する。このＣＭＧステアリング則制御器３１０によるトルク量の演算については、既存の技術によるものであり、詳細説明を省略する。

ここでは、ＣＭＧ６００による姿勢制御トルクが足りており、第１アクチュエータセット６０１は、各軸とも「１０」のトルクを発生させたものとする。
そして、ＣＭＧステアリング則制御器３１０は、第１アクチュエータセット６０１が各軸とも「１０」のトルクを発生させていることを導出する。また、３軸トルク変換器３３０は、ＣＭＧ相当トルク量（Ｔｃｍｇ）として「Ｔｃｍｇｘ＝１０、Ｔｃｍｇｙ＝１０、Ｔｃｍｇｚ＝１０」をＣＭＧフィードフォワード制御スイッチ３０を介して演算部Ｃ３６０に出力する（図３のＳ５、図４のＳ４０４）。

一方、演算部Ｂ３５０は、「Ｔｆｆｘ＝７、Ｔｆｆｙ＝７、Ｔｆｆｚ＝７」と「Ｔｆｂｘ＝３、Ｔｆｂｙ＝３、Ｔｆｂｚ＝３」とを加算し、必要トルク量（Ｔａｌｌ）として、「Ｔａｌｌｘ＝１０、Ｔａｌｌｙ＝１０、Ｔａｌｌｚ＝１０」を出力する（図３のＳ６、図４のＳ４０５）。

そして、演算部Ｃ３６０は、「Ｔａｌｌｘ＝１０、Ｔａｌｌｙ＝１０、Ｔａｌｌｚ＝１０」から「Ｔｃｍｇｘ＝１０、Ｔｃｍｇｙ＝１０、Ｔｃｍｇｚ＝１０」を差し引き、ＲＷトルク量（Ｔｒｗ）として、「Ｔｒｗｘ＝０、Ｔｒｗｙ＝０、Ｔｒｗｚ＝０」を出力する（図３のＳ７、図４のＳ４０６）。

すなわち、ＣＭＧ６００がｎ台で各軸の姿勢制御トルクを発生し、いずれの軸も姿勢制御トルクが足りていれば、ＣＭＧ６００のみで対象物の姿勢制御が可能である。その為、ＲＷ５００は駆動されず、ＣＭＧ６００のみで３軸姿勢制御が行われる。

次に、図３と図５とを用いて、ＣＭＧ６００による姿勢制御トルクが不足している場合のＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の処理を説明する。
ここで、いずれかの軸でＣＭＧ６００による姿勢制御トルクが不足する場合として、ＣＭＧ６００が特異状態となり、特定の軸の姿勢制御トルクが発生しなくなる場合や、ＣＭＧ６００だけでは発生させられない大きな姿勢制御トルクが必要な場合や、いずれかのＣＭＧ６００が故障した場合などが想定される。また、第１アクチュエータセット６０１のＣＭＧ６００が３台未満であり、元々、第１アクチュエータセット６０１が３軸中の少なくともいずれかの軸の姿勢制御トルクを発生出来ない構成となっている場合（例えば、第１アクチュエータセット６０１がＸ軸とＹ軸としか姿勢制御トルクを発生出来ない構成となっている場合）を想定してもよい。

図５のＳ５０１〜Ｓ５０３については、図４のＳ４０１〜Ｓ４０３と同様である為、説明を省略する。
図５のＳ５０４において、ＣＭＧステアリング則制御器３１０は、ＣＭＧジンバルトルク計算器３２０により駆動された結果、第１アクチュエータセット６０１が発生する各軸のトルク量を演算により導出する。
そして、ここでは、特異状態が発生し、Ｘ軸のトルク量が「０」になった場合を想定する。

この場合、ＣＭＧステアリング則制御器３１０は、第１アクチュエータセット６０１がＹ軸とＺ軸とに「１０」のトルクを発生させ、Ｘ軸にはトルクを発生させていないことを導出する。そして、３軸トルク変換器３３０は、ＣＭＧ相当トルク量（Ｔｃｍｇ）として「Ｔｃｍｇｘ＝０、Ｔｃｍｇｙ＝１０、Ｔｃｍｇｚ＝１０」をＣＭＧフィードフォワード制御スイッチ３０を介して演算部Ｃ３６０に出力する（図３のＳ５、図５のＳ５０４）。

なお、第１アクチュエータセット６０１が、Ｘ軸のトルク量として、「５」を発生している場合は、３軸トルク変換器３３０は、ＣＭＧ相当トルク量（Ｔｃｍｇ）として「Ｔｃｍｇｘ＝５、Ｔｃｍｇｙ＝１０、Ｔｃｍｇｚ＝１０」を出力する。

図５のＳ５０５については、図４のＳ４０５と同様であり、説明を省略する。

そして、演算部Ｃ３６０は、「Ｔａｌｌｘ＝１０、Ｔａｌｌｙ＝１０、Ｔａｌｌｚ＝１０」から「Ｔｃｍｇｘ＝０、Ｔｃｍｇｙ＝１０、Ｔｃｍｇｚ＝１０」を差し引き、ＲＷトルク量（Ｔｒｗ）として、「Ｔｒｗｘ＝１０、Ｔｒｗｙ＝０、Ｔｒｗｚ＝０」を出力する（図３のＳ７、図５のＳ５０６）。
すなわち、演算部Ｃ３６０は、第１アクチュエータセット６０１が発生させたトルク量が必要トルク量に不足している場合に、ＲＷトルク量（Ｔｒｗ）の値を導出する。

ホイールトルク分配器２１０は、ＲＷ制御スイッチ１０を介して、ＲＷトルク量（Ｔｒｗ）「Ｔｒｗｘ＝１０、Ｔｒｗｙ＝０、Ｔｒｗｚ＝０」を入力する。そして、Ｘ軸のＲＷトルク量が示されている為に、ホイールトルク分配器２１０は、第２アクチュエータセット５０１のうち、Ｘ軸の姿勢制御トルクを発生するＲＷ５００に「Ｔｒｗｘ＝１０」を分配する。そして、ホイール速度ループ制御器２２０は、分配されたトルク量に基づきＲＷ５００を駆動する。すなわち、ホイール速度ループ制御器２２０は、第１アクチュエータセット６０１が発生させたトルク量が必要トルク量に不足している場合に、不足分のトルク量を発生させるように、第２アクチュエータセット５０１を駆動する。

換言すると、ＣＭＧ６００のみで３軸姿勢制御が不可能な場合、ＲＷ５００により、姿勢制御トルクが足りない部分が補償される。

（ＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の動作の第２の例）
本実施の形態のＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００は、各種スイッチ（ＲＷ制御スイッチ１０、ＣＭＧフィードバック制御スイッチ２０、ＣＭＧフィードフォワード制御スイッチ３０）のＯＮ／ＯＦＦを組み合わせることで、制御に用いるアクチュエータ及び、フィードフォワード制御、フィードバック制御の組合せを選択することが可能である。

図６は、ＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の動作の第２の例を示す図である。
このＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の動作の第２の例は、第２アクチュエータセット５０１のみで対象物の姿勢制御を行う例である。すなわち、ＲＷ駆動制御器２００のみが有効となっている。

ここで、ＣＭＧフィードバック制御スイッチ２０は、ＯＦＦ状態となっており、ポインティング駆動指令制御器１１０は、ジンバル角・ジンバル角速度フィードフォワード（ｆｆ（ｃｍｇ））を出力しない。
すなわち、ＣＭＧフィードバック制御スイッチ２０とポインティング駆動指令制御器１１０とは、ＣＭＧ駆動制御器３００が第１アクチュエータセット６０１を駆動しないように制御している。

そして、ポインティング駆動指令制御器１１０は、第２アクチュエータセット５０１のフィードフォワード制御に必要なトルク量をポインティングフィードフォワードトルク（Ｔｆｆ）として出力する。ここで、前述のＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の動作の第１の例では、ポインティングフィードフォワードトルク（Ｔｆｆ）はジンバル角・ジンバル角速度フィードフォワード（ｆｆ（ｃｍｇ））に相当する値であったが、第２の例ではポインティングフィードフォワードトルク（Ｔｆｆ）は、ジンバル角・ジンバル角速度フィードフォワード（ｆｆ（ｃｍｇ））と無関係である。

演算部Ｂ３５０は、フィードバックトルク量（Ｔｆｂ）とポインティングフィードフォワードトルク（Ｔｆｆ）とから必要トルク量（Ｔａｌｌ）を導出する。
そして、ＲＷ駆動制御器２００は、必要トルク量（Ｔａｌｌ）を発生させるように第２アクチュエータセット５０１を駆動する。

（ＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の動作の第３の例）
図７は、ＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の動作の第３の例を示す図である。
このＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の動作の第３の例は、第１アクチュエータセット６０１のみで対象物の姿勢制御を行う例である。すなわち、ＣＭＧ駆動制御器３００のみが有効となっている。

ここで、ＲＷ制御スイッチ１０は、ＯＦＦ状態となっている。そして、ポインティング駆動指令制御器１１０は、第１アクチュエータセット６０１のフィードフォワード制御に必要なジンバル角・ジンバル角速度フィードフォワード（ｆｆ（ｃｍｇ））を出力し、第２アクチュエータセット５０１のフィードフォワード制御に必要なトルク量は出力しない。
すなわち、ＲＷ制御スイッチ１０とポインティング駆動指令制御器１１０とは、ＲＷ駆動制御器２００が第２アクチュエータセット５０１を駆動しないように制御している。

ＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の動作の第３の例は、ＣＭＧ相当トルク量（Ｔｃｍｇ）が演算部Ｃ３６０に出力されないこと以外は、ＣＭＧ駆動制御器３００の動作は、ＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の動作の第１の例と同じである為、説明を省略する。

（ＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の動作の第４の例）
図８は、ＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の動作の第４の例を示す図である。
図９は、ＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の動作の第４の例の処理の例を示すフローチャートである。
このＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の動作の第４の例は、第１アクチュエータセット６０１にフィードフォワード制御を行わせ、ＲＷ駆動制御器２００にフィードフォワード制御とフィードバック制御とを行わせる例である。すなわち、ＣＭＧ駆動制御器３００とＲＷ駆動制御器２００との両方が有効となっている。

図９のＳ９０１は、図４のＳ４０１と同様であるため、説明を省略する。なお、ここで、ポインティング駆動指令制御器１１０は、第１アクチュエータセット６０１とは別に第２アクチュエータセット５０１にフィードフォワード制御させる為のトルク量をポインティングフィードフォワードトルク（Ｔｆｆ）に加えて出力することも可能である。

図９のＳ９０２において、ＣＭＧフィードバック制御スイッチ２０は、ＯＦＦ状態となっている。そして、ＣＭＧステアリング則制御器３１０は、ジンバル角・ジンバル角速度フィードバック（ｆｂ（ｃｍｇ））を算出しない（図９のＳ９０２）。

そして、ＣＭＧジンバルトルク計算器３２０は、「Ｔｆｆｘ＝７、Ｔｆｆｙ＝７、Ｔｆｆｚ＝７」に相当するジンバル角・ジンバル角速度フィードフォワード（ｆｆ（ｃｍｇ））を入力し、第１アクチュエータセット６０１を駆動する（図９のＳ９０３）。

一方、ＣＭＧステアリング則制御器３１０は、ＣＭＧジンバルトルク計算器３２０により駆動された結果、第１アクチュエータセット６０１が発生する各軸のトルク量を演算により導出する。
ここでは、ＣＭＧ６００による姿勢制御トルクが足りており、第１アクチュエータセット６０１は、各軸とも「７」のトルクを発生させたものとする。
そして、３軸トルク変換器３３０は、ＣＭＧ相当トルク量（Ｔｃｍｇ）として「Ｔｃｍｇｘ＝７、Ｔｃｍｇｙ＝７、Ｔｃｍｇｚ＝７」をＣＭＧフィードフォワード制御スイッチ３０を介して演算部Ｃ３６０に出力する（図９のＳ９０４）。

図９のＳ９０５については、図４のＳ４０４と同様である為、説明を省略する。
そして、演算部Ｃ３６０は、「Ｔａｌｌｘ＝１０、Ｔａｌｌｙ＝１０、Ｔａｌｌｚ＝１０」から「Ｔｃｍｇｘ＝７、Ｔｃｍｇｙ＝７、Ｔｃｍｇｚ＝７」を差し引き、ＲＷトルク量（Ｔｒｗ）として、「Ｔｒｗｘ＝３、Ｔｒｗｙ＝３、Ｔｒｗｚ＝３」を出力する（図９のＳ９０６）。

すなわち、第１アクチュエータセット６０１がフィードフォワード制御分のトルクを発生し、第２アクチュエータセット５０１がフィードバック制御分のトルクを発生する。
また、第１アクチュエータセット６０１において、フィードフォワード制御分のトルクが不足する場合は、ＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の動作の第１の例と同様に、不足分を第２アクチュエータセット５０１が補うことが可能である。

（ＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の動作の第５の例）
図１０は、ＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の動作の第５の例を示す図である。
このＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００の動作の第５の例は、非制御状態を示す例である。
ここで、ＲＷ制御スイッチ１０、ＣＭＧフィードバック制御スイッチ２０、ＣＭＧフィードフォワード制御スイッチ３０が全てＯＦＦ状態となっている。ポインティング駆動指令制御器１１０もジンバル角・ジンバル角速度フィードフォワード（ｆｆ（ｃｍｇ））を出力しない。

すなわち、ＣＭＧ駆動制御器３００とＲＷ駆動制御器２００との両方が無効となっている。ポインティング駆動指令制御器１１０やフィードバック指令値生成部６０から制御信号が出力されてもＲＷ駆動制御器２００とＣＭＧ駆動制御器３００とはアクチュエータを駆動しない。

（実施の形態１の効果）
実施の形態１のＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００は、例えば、ＣＭＧ６００が特異状態となり、第１アクチュエータセット６０１で対象物の姿勢誤差を補償しきれない場合に、自動的に第２アクチュエータセット５０１にて対象物の姿勢誤差を補償可能である。換言すると、実施の形態１のＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００は、第１アクチュエータセット６０１で対象物の姿勢誤差を補償しきれる場合には、第２アクチュエータセット５０１は自動的に無効となる。

また、実施の形態１のＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００は、第１アクチュエータセット６０１（ＣＭＧ６００）のみの制御、第２アクチュエータセット５０１（ＲＷ５００）のみの制御、第１アクチュエータセット６０１と第２アクチュエータセット５０１とを組み合わせた制御を任意に選択可能である。そして、実施の形態１のＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００は、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを第１アクチュエータセット６０１と第２アクチュエータセット５０１とに任意に割り振ることも可能である。
また、第１アクチュエータセット６０１と第２アクチュエータセット５０１とのいずれかが故障した場合に、実施の形態１のＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００は、故障していないアクチュエータセットに制御を割り振ることで、対象物の姿勢安定化を図ることが可能である。すなわち、実施の形態１のＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００は、故障に対するロバスト性を備えている。

実施の形態１のＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００は、精緻な動作を利点とするＲＷ５００と、高トルク出力を利点とするＣＭＧ６００とを組み合わせることで精緻な動作かつ高トルク出力による対象物の姿勢制御を可能とする。
また、実施の形態１のＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００は、ＲＷ５００とＣＭＧ６００との台数の制限はない。例えば、第１アクチュエータセット６０１のＣＭＧ６００が２台という第１アクチュエータセット６０１のみでは３軸姿勢制御が不可能な構成の場合においても、第２アクチュエータセット５０１にＲＷ５００を複数台備えることによって、実施の形態１のＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器１００は、３軸姿勢制御を実現可能である。

１０ＲＷ制御スイッチ、２０ＣＭＧフィードバック制御スイッチ、３０ＣＭＧフィードフォワード制御スイッチ、５０必要トルク量算出部、６０フィードバック指令値生成部、１００ＲＷ／ＣＭＧハイブリッド制御器、１１０ポインティング駆動指令制御器、１２０姿勢決定フィルタ、１３０定常モードレギュレータ、２００ＲＷ駆動制御器、２１０ホイールトルク分配器、２２０ホイール速度ループ制御器、３００ＣＭＧ駆動制御器、３１０ＣＭＧステアリング則制御器、３２０ＣＭＧジンバルトルク計算器、３３０３軸トルク変換器、３４０演算部Ａ、３５０演算部Ｂ、３６０演算部Ｃ、３７０演算部Ｄ、５００ＲＷ、５０１第２アクチュエータセット、６００ＣＭＧ、６０１第１アクチュエータセット。

Claims

対象物の姿勢制御に用いられるアクチュエータをそれぞれ少なくとも１つ有する第１アクチュエータセットと第２アクチュエータセットとを駆動するアクチュエータ駆動装置であって、
前記対象物の姿勢制御に必要なトルク量を必要トルク量として算出する必要トルク量算出部と、
前記必要トルク量を発生させるように、前記第１アクチュエータセットを駆動する第１セット駆動部と、
前記第１セット駆動部による前記第１アクチュエータセットの駆動の結果、前記第１アクチュエータセットが発生させたトルク量が前記必要トルク量に不足している場合に、前記第２アクチュエータセットに不足分のトルク量を発生させるように、前記第２アクチュエータセットを駆動する第２セット駆動部と
を備えることを特徴とするアクチュエータ駆動装置。
前記アクチュエータ駆動装置は、更に、
前記第１アクチュエータセットが発生させたトルク量を特定し、前記必要トルク量から前記第１アクチュエータセットが発生させたトルク量を差し引いて、前記不足分のトルク量を導出する不足トルク量導出部を備え、
前記第２セット駆動部は、
前記不足トルク量導出部により導出された不足分のトルク量を発生させるように、前記第２アクチュエータセットを駆動することを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ駆動装置。
前記必要トルク量算出部は、
前記対象物のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各々について必要トルク量を算出し、
前記第１セット駆動部は、
前記対象物の軸毎に必要トルク量を発生させるように、前記第１アクチュエータセットを駆動し、
前記第２セット駆動部は、
前記第１セット駆動部による前記第１アクチュエータセットの駆動の結果、前記第１アクチュエータセットが発生させた各軸のトルク量のいずれかが当該軸の必要トルク量に不足している場合に、前記第２アクチュエータセットに当該軸の不足分のトルク量を発生させるように、前記第２アクチュエータセットを駆動することを特徴とする請求項１又は２記載のアクチュエータ駆動装置。
前記第１セット駆動部は、
コントロールモーメントジャイロのセットを前記第１アクチュエータセットとして駆動することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のアクチュエータ駆動装置。
前記アクチュエータ駆動装置は、更に、
前記第１セット駆動部が前記第１アクチュエータセットを駆動しないように制御する第１セット駆動制御部を備え、
前記第２セット駆動部は、
前記第１セット駆動部が前記第１アクチュエータセットを駆動しない場合に、前記必要トルク量を発生させるように前記第２アクチュエータセットを駆動することを特徴とする請求項１〜４いずれか記載のアクチュエータ駆動装置。
前記アクチュエータ駆動装置は、更に、
前記第２セット駆動部が前記第２アクチュエータセットを駆動しないように制御する第２セット駆動制御部を備えることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載のアクチュエータ駆動装置。