JP2573194B2 - 三軸姿勢制御装置 - Google Patents
三軸姿勢制御装置Info
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- JP2573194B2 JP2573194B2 JP61298684A JP29868486A JP2573194B2 JP 2573194 B2 JP2573194 B2 JP 2573194B2 JP 61298684 A JP61298684 A JP 61298684A JP 29868486 A JP29868486 A JP 29868486A JP 2573194 B2 JP2573194 B2 JP 2573194B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、人工衛星の姿勢を地球に対して三軸まわ
りに安定化させる三軸姿勢制御装置に関する。
りに安定化させる三軸姿勢制御装置に関する。
（従来の技術） 一般に、三軸姿勢制御方式はゼロモーメンタム安定方
式、バイアスモーメンタム安定方式、ゼロ−バイアスモ
ーメント安定方式に分類される。
式、バイアスモーメンタム安定方式、ゼロ−バイアスモ
ーメント安定方式に分類される。
ゼロモーメンタム安定方式は、三軸まわりの姿勢を検
出するセンサを必要とし、センサから得られる各軸の姿
勢誤差情報に基づき、３個または３個以上の小型ホイー
ルを駆動制御することにより三軸姿勢の安定化を図る方
式であり、バイアスモーメンタム安定方式のようにピッ
チ軸まわりに蓄積されるホイール角運動量によるジャイ
ロ安定効果を利用しない。
出するセンサを必要とし、センサから得られる各軸の姿
勢誤差情報に基づき、３個または３個以上の小型ホイー
ルを駆動制御することにより三軸姿勢の安定化を図る方
式であり、バイアスモーメンタム安定方式のようにピッ
チ軸まわりに蓄積されるホイール角運動量によるジャイ
ロ安定効果を利用しない。
バイアスモーメンタム安定方式は、ロール軸まわりと
ピッチ軸まわりの姿勢を検出するセンサ（通常地球セン
サを用いることが多い）のみの信号に基づき、ピッチ軸
まわりに設置した大型ホイール（ロール軸まわりの制御
性能を向上させるためにヨー軸まわりに小型ホイールを
追加する場合がある）をスピードにオフセットを与えて
駆動制御することによって三軸姿勢の安定化を図る方式
であり、ピッチ軸まわりに蓄積されたホイール角運動量
によるジャイロ安定効果を利用する。
ピッチ軸まわりの姿勢を検出するセンサ（通常地球セン
サを用いることが多い）のみの信号に基づき、ピッチ軸
まわりに設置した大型ホイール（ロール軸まわりの制御
性能を向上させるためにヨー軸まわりに小型ホイールを
追加する場合がある）をスピードにオフセットを与えて
駆動制御することによって三軸姿勢の安定化を図る方式
であり、ピッチ軸まわりに蓄積されたホイール角運動量
によるジャイロ安定効果を利用する。
ゼロ−バイアスモーメンタム安定方式は、ゼロモーメ
ンタム安定方式とバイアスモーメンタム安定方式の中間
に位置する制御方式である。この方式の特徴は、ヨー軸
まわりの姿勢を検出するセンサ（通常、太陽センサを用
いることが多い）がヨー軸まわりの姿勢を検出できる軌
道上位置（太陽センサの場合には衛星地方太陽時０時,1
2時近辺以外）ではゼロモーメンタム安定方式によって
安定化を行ない、ヨーセンサがヨー軸まわりの姿勢を検
出できない軌道上位置（太陽センサの場合には衛星地方
太陽時０時,12時近辺）ではバイアスモーメンタム安定
方式で安定化を行なうことである。
ンタム安定方式とバイアスモーメンタム安定方式の中間
に位置する制御方式である。この方式の特徴は、ヨー軸
まわりの姿勢を検出するセンサ（通常、太陽センサを用
いることが多い）がヨー軸まわりの姿勢を検出できる軌
道上位置（太陽センサの場合には衛星地方太陽時０時,1
2時近辺以外）ではゼロモーメンタム安定方式によって
安定化を行ない、ヨーセンサがヨー軸まわりの姿勢を検
出できない軌道上位置（太陽センサの場合には衛星地方
太陽時０時,12時近辺）ではバイアスモーメンタム安定
方式で安定化を行なうことである。
ところで、従来のゼロ−バイアスモーメンタム安定方
式による三軸姿勢制御装置では、ヨー姿勢情報が得られ
ない軌道上位置でのヨー制御性能を向上させる手法とし
て、ピッチ軸まわりの角運動量を増加してジャイロ安定
効果を高めたり、外乱トルクを低減するために衛星形状
等を工夫したり、外乱トルクの影響を低減するために地
上コマンドにより外乱トルクを補償する等の方法が得ら
れていた。しかし、これらの方法では、それぞれホイー
ルの大きさに伴う重量増加、衛星システム設計に与える
制約増加、地上運用作業の増加を招く等の欠点があっ
た。
式による三軸姿勢制御装置では、ヨー姿勢情報が得られ
ない軌道上位置でのヨー制御性能を向上させる手法とし
て、ピッチ軸まわりの角運動量を増加してジャイロ安定
効果を高めたり、外乱トルクを低減するために衛星形状
等を工夫したり、外乱トルクの影響を低減するために地
上コマンドにより外乱トルクを補償する等の方法が得ら
れていた。しかし、これらの方法では、それぞれホイー
ルの大きさに伴う重量増加、衛星システム設計に与える
制約増加、地上運用作業の増加を招く等の欠点があっ
た。
（発明が解決しようとする問題点） この発明は、従来のゼロ−バイアスモーメンタム安定
方式による三軸姿勢制御装置では、ヨー姿勢情報が得ら
れない軌道上位置でのヨー制御性能を向上させる有効な
方法がなく、ホイールの大型化及び重量増加、衛星シス
テム設計に与える制約増加、地上運用作業の増加を招い
ていた点を改善し、ヨー姿勢情報が得られない軌道上位
置であっても高精度でヨー軸まわりの姿勢制御を行なう
ことのできるゼロ−バイアスモーメンタム安定方式の三
軸姿勢制御装置を提供することを目的とする。
方式による三軸姿勢制御装置では、ヨー姿勢情報が得ら
れない軌道上位置でのヨー制御性能を向上させる有効な
方法がなく、ホイールの大型化及び重量増加、衛星シス
テム設計に与える制約増加、地上運用作業の増加を招い
ていた点を改善し、ヨー姿勢情報が得られない軌道上位
置であっても高精度でヨー軸まわりの姿勢制御を行なう
ことのできるゼロ−バイアスモーメンタム安定方式の三
軸姿勢制御装置を提供することを目的とする。
［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明に係る三軸姿勢制御装置は、人工衛星に搭載
され、３個以上のホイールを駆動することでピッチ、ロ
ール及びヨー軸まわりの姿勢誤差を修正するものであっ
て、 前記人工衛星のピッチ軸まわり及びロール軸まわりの
ピッチ姿勢誤差及びロール姿勢誤差を取得する第１のセ
ンサ、及びヨー軸まわりのヨー姿勢誤差を取得する第２
のセンサと、 前記第１のセンサによって取得されるロール姿勢誤
差、前記第２のセンサによって取得されるヨー姿勢誤差
及び前記３個以上のホイールの角運動量に基づいて、ロ
ール及びヨー軸まわりの外乱トルク、衛星角運動量、姿
勢角の三状態変数を推定し、その推定結果からロール推
定姿勢誤差及びヨー推定姿勢誤差を求めるロール／ヨー
状態推定部と、 前記第１のセンサによって取得されるピッチ姿勢誤差
及び前記ロール／ヨー状態推定部によって得られるロー
ル推定姿勢誤差及びヨー推定姿勢誤差に基づいて、各軸
毎に軸まわりの姿勢誤差を最小にするホイール制御信号
を生成する制御論理部と、 この制御論理部で生成される各軸のホイール制御信号
に基づいて前記３個以上のホイールを駆動するホイール
駆動制御部とを具備し、 前記ロール／ヨー状態推定部は、 前記第２のセンサから前記ヨー姿勢誤差が得られない
軌道上位置でのロール外乱トルクを前記第１のセンサか
ら得られるロール姿勢誤差の情報に基づいて自動的に推
定するロール外乱トルク推定手段と、 前記第２のセンサから前記ヨー姿勢誤差が得られる最
後の軌道上位置でのロール外乱トルクを記憶するロール
外乱トルク記憶手段と、 この記憶手段に記憶されたロール外乱トルクに基づい
て、前記ロール外乱トルク推定手段によって推定される
ロール外乱トルクの推定誤差を補償するロール外乱トル
ク推定誤差補償手段と、 この手段で補償されたロール外乱トルク推定値から前
記ヨー推定姿勢誤差の推定誤差を求めるヨー推定誤差演
算手段と、 前記第２のセンサから前記ヨー姿勢誤差が得られない
とき、前記ヨー推定姿勢誤差の推定誤差を前記ヨー推定
誤差演算手段の演算結果に基づいて補償するヨー推定誤
差補償手段とを備えることを特徴とするものである。
され、３個以上のホイールを駆動することでピッチ、ロ
ール及びヨー軸まわりの姿勢誤差を修正するものであっ
て、 前記人工衛星のピッチ軸まわり及びロール軸まわりの
ピッチ姿勢誤差及びロール姿勢誤差を取得する第１のセ
ンサ、及びヨー軸まわりのヨー姿勢誤差を取得する第２
のセンサと、 前記第１のセンサによって取得されるロール姿勢誤
差、前記第２のセンサによって取得されるヨー姿勢誤差
及び前記３個以上のホイールの角運動量に基づいて、ロ
ール及びヨー軸まわりの外乱トルク、衛星角運動量、姿
勢角の三状態変数を推定し、その推定結果からロール推
定姿勢誤差及びヨー推定姿勢誤差を求めるロール／ヨー
状態推定部と、 前記第１のセンサによって取得されるピッチ姿勢誤差
及び前記ロール／ヨー状態推定部によって得られるロー
ル推定姿勢誤差及びヨー推定姿勢誤差に基づいて、各軸
毎に軸まわりの姿勢誤差を最小にするホイール制御信号
を生成する制御論理部と、 この制御論理部で生成される各軸のホイール制御信号
に基づいて前記３個以上のホイールを駆動するホイール
駆動制御部とを具備し、 前記ロール／ヨー状態推定部は、 前記第２のセンサから前記ヨー姿勢誤差が得られない
軌道上位置でのロール外乱トルクを前記第１のセンサか
ら得られるロール姿勢誤差の情報に基づいて自動的に推
定するロール外乱トルク推定手段と、 前記第２のセンサから前記ヨー姿勢誤差が得られる最
後の軌道上位置でのロール外乱トルクを記憶するロール
外乱トルク記憶手段と、 この記憶手段に記憶されたロール外乱トルクに基づい
て、前記ロール外乱トルク推定手段によって推定される
ロール外乱トルクの推定誤差を補償するロール外乱トル
ク推定誤差補償手段と、 この手段で補償されたロール外乱トルク推定値から前
記ヨー推定姿勢誤差の推定誤差を求めるヨー推定誤差演
算手段と、 前記第２のセンサから前記ヨー姿勢誤差が得られない
とき、前記ヨー推定姿勢誤差の推定誤差を前記ヨー推定
誤差演算手段の演算結果に基づいて補償するヨー推定誤
差補償手段とを備えることを特徴とするものである。
（作用） 上記構成による三軸姿勢制御装置では、ゼロ−バイア
スモーメンタム安定方式において、第２のセンサ（太陽
センサ）からヨー姿勢誤差が得られない軌道上位置での
ヨー推定姿勢誤差の推定誤差が、ロール外乱トルク推定
値の推定誤差に大きく依存することに着目し、第２のセ
ンサからヨー姿勢誤差が得られない軌道上位置でのロー
ル外乱トルクを第１のセンサ（地球センサ）から常時得
られるロール姿勢誤差の情報に基づいて自動的に推定
し、第２のセンサからヨー姿勢誤差が得られる最後の軌
道上位置でのロール外乱トルクに基づいてロール外乱ト
ルク推定値の推定誤差を補償し、補償されたロール外乱
トルク推定値からヨー推定姿勢誤差の推定誤差を求め、
第２のセンサからヨー姿勢誤差が得られないときに、ヨ
ー推定姿勢誤差の推定誤差をヨー推定誤差演算結果に基
づいて補償し、これによってヨー姿勢誤差が得られない
軌道上位置であっても高精度でヨー軸まわりの姿勢制御
を行えるようにしている。
スモーメンタム安定方式において、第２のセンサ（太陽
センサ）からヨー姿勢誤差が得られない軌道上位置での
ヨー推定姿勢誤差の推定誤差が、ロール外乱トルク推定
値の推定誤差に大きく依存することに着目し、第２のセ
ンサからヨー姿勢誤差が得られない軌道上位置でのロー
ル外乱トルクを第１のセンサ（地球センサ）から常時得
られるロール姿勢誤差の情報に基づいて自動的に推定
し、第２のセンサからヨー姿勢誤差が得られる最後の軌
道上位置でのロール外乱トルクに基づいてロール外乱ト
ルク推定値の推定誤差を補償し、補償されたロール外乱
トルク推定値からヨー推定姿勢誤差の推定誤差を求め、
第２のセンサからヨー姿勢誤差が得られないときに、ヨ
ー推定姿勢誤差の推定誤差をヨー推定誤差演算結果に基
づいて補償し、これによってヨー姿勢誤差が得られない
軌道上位置であっても高精度でヨー軸まわりの姿勢制御
を行えるようにしている。
（実施例） 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明す
る。
る。
第１図はこの発明が適用された三軸姿勢制御装置の制
御システム全体の構成を示すもので、図中11は地球セン
サ、12は太陽センサ、13は姿勢制御回路、14はピッチホ
イール、15はロールホイール、16はヨーホイール、17は
トルカである。上記姿勢制御回路13は太陽センサ信号処
理部13a、ロール／ヨー状態推定器13b、制御論理部13
c、ホイール駆動信号生成部13d、アンローディング制御
部13eで構成される。
御システム全体の構成を示すもので、図中11は地球セン
サ、12は太陽センサ、13は姿勢制御回路、14はピッチホ
イール、15はロールホイール、16はヨーホイール、17は
トルカである。上記姿勢制御回路13は太陽センサ信号処
理部13a、ロール／ヨー状態推定器13b、制御論理部13
c、ホイール駆動信号生成部13d、アンローディング制御
部13eで構成される。
すなわち、上記地球センサ11によりピッチ姿勢誤差
θ、ロール姿勢誤差φが検出される。また、太陽センサ
12の出力信号は太陽センサ処理部13aによりヨー姿勢誤
差ψに変換される。このヨー姿勢ψはロール姿勢誤差φ
と共にロール／ヨー状態推定器13bに送られる。このロ
ール／ヨー状態推定器13bはこの発明の特徴部であり、
各ホイール14〜16から出力されるピッチホイール角運動
量hY、ロールホイール角運動量hX、ヨーホイール角運動
量hZを入力し、これらをもとにロール姿勢誤差φ及びヨ
ー姿勢誤差ψに対応するロール推定姿勢誤差 及びヨー推定姿勢誤差 を生成するものである。さらにこの推定器13bは、詳細
については後述するが、ヨー姿勢誤差ψが得られない軌
道上位置においてもヨー推定姿勢誤差 を生成できるようになされている。各推定姿勢誤差 ， はピッチ姿勢誤差θと共に制御論理部13cに送られる。
θ、ロール姿勢誤差φが検出される。また、太陽センサ
12の出力信号は太陽センサ処理部13aによりヨー姿勢誤
差ψに変換される。このヨー姿勢ψはロール姿勢誤差φ
と共にロール／ヨー状態推定器13bに送られる。このロ
ール／ヨー状態推定器13bはこの発明の特徴部であり、
各ホイール14〜16から出力されるピッチホイール角運動
量hY、ロールホイール角運動量hX、ヨーホイール角運動
量hZを入力し、これらをもとにロール姿勢誤差φ及びヨ
ー姿勢誤差ψに対応するロール推定姿勢誤差 及びヨー推定姿勢誤差 を生成するものである。さらにこの推定器13bは、詳細
については後述するが、ヨー姿勢誤差ψが得られない軌
道上位置においてもヨー推定姿勢誤差 を生成できるようになされている。各推定姿勢誤差 ， はピッチ姿勢誤差θと共に制御論理部13cに送られる。
この制御論理部13cは各軸の誤差を最小にすべく適切
な補償を行なって各軸のホイール制御信号を生成するも
ので、各軸のホイール制御信号θ′，φ′，ψ′はそれ
ぞれホイール駆動信号生成部13dに送られる。このホイ
ール駆動信号生成部13dはホイール14〜16の角運動量
hY、hX、hZを適切に保つように、制御論理部13cからの
各ホイール制御信号θ′，φ′，ψ′に基づいてホイー
ル14〜16をそれぞれ駆動制御するものである。一方、ア
ンローディング制御部13eはホイール14〜16の角運動量
が飽和しないように、スラスタ等のトルカ17を制御して
いる。
な補償を行なって各軸のホイール制御信号を生成するも
ので、各軸のホイール制御信号θ′，φ′，ψ′はそれ
ぞれホイール駆動信号生成部13dに送られる。このホイ
ール駆動信号生成部13dはホイール14〜16の角運動量
hY、hX、hZを適切に保つように、制御論理部13cからの
各ホイール制御信号θ′，φ′，ψ′に基づいてホイー
ル14〜16をそれぞれ駆動制御するものである。一方、ア
ンローディング制御部13eはホイール14〜16の角運動量
が飽和しないように、スラスタ等のトルカ17を制御して
いる。
第２図は上記ロール／ヨー状態推定器13bの構成を示
すもので、図中20〜25は積分器（1/s）、26〜29は切換
スイッチ、30は選択スイッチ、31は制御カップリング補
償部、32はロール外乱トルク補償部、33はダイナミクス
カップリング補償部、34〜41は加減算部、42〜49は演算
部である。各演算部42〜49の持つパラメータのうち、K
X1，KX2，KX3はロール姿勢推定パラメータ、KZ1，KZ2，
KZ3はヨー姿勢推定パラメータ、IX，IY，IZはロール，
ピッチ，ヨー衛星慣性能率である。また、制御カップリ
ング補償部31はゲインパラメータKC1，KC2を持つ演算部
31a,31bを有し、ダイナミクスカップリング補償部33は
演算部33a〜33fを有する。演算部33a〜33fの持つパラメ
ータω0は軌道角速度、HYはピッチ衛星角運動量（≒hY
−ω0・IY）である。
すもので、図中20〜25は積分器（1/s）、26〜29は切換
スイッチ、30は選択スイッチ、31は制御カップリング補
償部、32はロール外乱トルク補償部、33はダイナミクス
カップリング補償部、34〜41は加減算部、42〜49は演算
部である。各演算部42〜49の持つパラメータのうち、K
X1，KX2，KX3はロール姿勢推定パラメータ、KZ1，KZ2，
KZ3はヨー姿勢推定パラメータ、IX，IY，IZはロール，
ピッチ，ヨー衛星慣性能率である。また、制御カップリ
ング補償部31はゲインパラメータKC1，KC2を持つ演算部
31a,31bを有し、ダイナミクスカップリング補償部33は
演算部33a〜33fを有する。演算部33a〜33fの持つパラメ
ータω0は軌道角速度、HYはピッチ衛星角運動量（≒hY
−ω0・IY）である。
すなわち、上記構成による推定器13bは、ロール及び
ヨー軸まわりの外乱トルク、衛星角運動量、姿勢の三状
態変数を推定するために、合計６個の積分器20〜25を有
している。またその動作は、ヨー姿勢誤差ψが太陽セン
サ12から得られる軌道上位置にあるかないかに応じて切
換える切換スイッチ26〜29とヨー姿勢誤差ψが太陽セン
サ12から得られない軌道上位置で使用するロール外乱ト
ルク推定機能を選択する選択スイッチ30によって制御さ
れる。
ヨー軸まわりの外乱トルク、衛星角運動量、姿勢の三状
態変数を推定するために、合計６個の積分器20〜25を有
している。またその動作は、ヨー姿勢誤差ψが太陽セン
サ12から得られる軌道上位置にあるかないかに応じて切
換える切換スイッチ26〜29とヨー姿勢誤差ψが太陽セン
サ12から得られない軌道上位置で使用するロール外乱ト
ルク推定機能を選択する選択スイッチ30によって制御さ
れる。
つまり、ヨー姿勢誤差ψがセンサ12から得られる軌道
上位置では、切換スイッチ26〜29は全てａ側に、選択ス
イッチ30はｃ側に設定される。このため、制御カップリ
ング補償部31は機能しない。ヨー姿勢誤差ψがセンサ12
から得られない軌道上位置では、切換スイッチ26〜29は
全てｂ側に設定される。このとき制御カップリング補償
部31が動作する。この補償部31のゲインパラメータ
KC1，KC2を次式のように設定する。
上位置では、切換スイッチ26〜29は全てａ側に、選択ス
イッチ30はｃ側に設定される。このため、制御カップリ
ング補償部31は機能しない。ヨー姿勢誤差ψがセンサ12
から得られない軌道上位置では、切換スイッチ26〜29は
全てｂ側に設定される。このとき制御カップリング補償
部31が動作する。この補償部31のゲインパラメータ
KC1，KC2を次式のように設定する。
KC2＝KX1・ω0 （但しαはカップリングゲイン） このときのヨー推定姿勢誤差 とヨー姿勢誤差ψとの差Δψは次式のようになる。
但し、ΔTXはロール外乱トルク推定誤差 ΔTZはヨー外乱トルク推定誤差 である。すなわち、外乱トルク推定誤差ΔTX，ΔTZを小
さくすることにより、ヨー姿勢推定誤差Δψを小さくす
ることができる。また、上式からも明らかなように、一
定のロール外乱トルク推定誤差でΔTXによっては、Δψ
は時間と共に増加するが、一定のヨー外乱トルク推定誤
差ΔTZではΔψは時間と共に増加せず、正弦波状の応答
を示し、通常そのピーク値も小さい。このことから、Δ
ψの支配的な要因は、通常ロール外乱トルク推定誤差Δ
TXであると言える。
さくすることにより、ヨー姿勢推定誤差Δψを小さくす
ることができる。また、上式からも明らかなように、一
定のロール外乱トルク推定誤差でΔTXによっては、Δψ
は時間と共に増加するが、一定のヨー外乱トルク推定誤
差ΔTZではΔψは時間と共に増加せず、正弦波状の応答
を示し、通常そのピーク値も小さい。このことから、Δ
ψの支配的な要因は、通常ロール外乱トルク推定誤差Δ
TXであると言える。
上記ロール／ヨー状態推定器13bは上記のことを利用
した自動的なロール外乱トルク推定機能を持っている。
このロール外乱トルク推定機能として、選択スイッチ30
の切換により２つの方法が可能となされている。まず、
ヨー姿勢誤差ψがセンサ12から得られない場合、選択ス
イッチ30をｃ側に設定する。このとき、積分器20にはヨ
ー姿勢誤差ψがセンサ12から得られる軌道上位置におけ
る最後のロール外乱トルク値が記憶されているため、ヨ
ー姿勢誤差ψがセンサ12から得られない軌道上位置での
ロール外乱推定誤差ΔTXを零とすることが可能となる。
その結果、Δψを零とすることが可能となる。また、ヨ
ー姿勢誤差ψがセンサ12から得られない軌道上位置で、
ロール外乱トルク値が一定値を示さない場合、選択スイ
ッチ30をｄ側に設定し、ロール外乱トルク推定値として
ロール外乱トルク補償部32の生成する値を使用する。
した自動的なロール外乱トルク推定機能を持っている。
このロール外乱トルク推定機能として、選択スイッチ30
の切換により２つの方法が可能となされている。まず、
ヨー姿勢誤差ψがセンサ12から得られない場合、選択ス
イッチ30をｃ側に設定する。このとき、積分器20にはヨ
ー姿勢誤差ψがセンサ12から得られる軌道上位置におけ
る最後のロール外乱トルク値が記憶されているため、ヨ
ー姿勢誤差ψがセンサ12から得られない軌道上位置での
ロール外乱推定誤差ΔTXを零とすることが可能となる。
その結果、Δψを零とすることが可能となる。また、ヨ
ー姿勢誤差ψがセンサ12から得られない軌道上位置で、
ロール外乱トルク値が一定値を示さない場合、選択スイ
ッチ30をｄ側に設定し、ロール外乱トルク推定値として
ロール外乱トルク補償部32の生成する値を使用する。
ここで、上記ロール外乱トルク補償部32の機能につい
て説明する。このロール外乱トルク補償部32において
は、ヨー姿勢誤差ψがセンサ12から得られない軌道上位
置でのロール外乱トルクの平均値を次式を用いて推定す
る。
て説明する。このロール外乱トルク補償部32において
は、ヨー姿勢誤差ψがセンサ12から得られない軌道上位
置でのロール外乱トルクの平均値を次式を用いて推定す
る。
但し、 ：今回のロール外乱トルク平均推定値 ：前回のロール外乱トルク平均推定値 K:更新ゲイン TC：ヨー姿勢誤差ψがセンサ12から得られない時間 ：ヨー姿勢誤差ψがセンサ12から得られない前回の軌道
上位置でのピッチホイール角運動量hYの平均値 ［Δψ］n-1：ヨー姿勢誤差ψがセンサ12から得られな
い前回の軌道上位置での最後のヨー姿勢推定誤差 このように、センサ12から姿勢誤差ψが得られない軌道
上位置において、自動的にロール外乱トルクを推定する
ことにより、この間のヨー姿勢推定誤差Δψ（＝ψ− ）を零に近付けることが可能となり、その結果ヨー推定
姿勢誤差 に基づいて実施されるヨー姿勢制御性能を高精度化する
ことが可能となる。
上位置でのピッチホイール角運動量hYの平均値 ［Δψ］n-1：ヨー姿勢誤差ψがセンサ12から得られな
い前回の軌道上位置での最後のヨー姿勢推定誤差 このように、センサ12から姿勢誤差ψが得られない軌道
上位置において、自動的にロール外乱トルクを推定する
ことにより、この間のヨー姿勢推定誤差Δψ（＝ψ− ）を零に近付けることが可能となり、その結果ヨー推定
姿勢誤差 に基づいて実施されるヨー姿勢制御性能を高精度化する
ことが可能となる。
したがって、上記構成によるゼロ−バイアスモーメン
タム安定方式の三軸姿勢制御装置は、太陽センサからヨ
ー姿勢情報が得られない軌道上位置でも、地上コマンド
によらず、自動的に外乱トルク、衛星角運動量、姿勢角
の３状態変数を推定し、その推定値に基づいてヨー推定
姿勢誤差を算出することにより高精度なヨー姿勢推定を
行なうことができ、ピッチ軸まわりの角運動量すなわち
ホイール重量の増加を招くことなく高精度なヨー姿勢制
御を行なうことができる。
タム安定方式の三軸姿勢制御装置は、太陽センサからヨ
ー姿勢情報が得られない軌道上位置でも、地上コマンド
によらず、自動的に外乱トルク、衛星角運動量、姿勢角
の３状態変数を推定し、その推定値に基づいてヨー推定
姿勢誤差を算出することにより高精度なヨー姿勢推定を
行なうことができ、ピッチ軸まわりの角運動量すなわち
ホイール重量の増加を招くことなく高精度なヨー姿勢制
御を行なうことができる。
尚、上記実施例では三軸姿勢を検出するセンサとして
地球センサと太陽センサを用いているが、電波センサや
スターセンサ等の他のセンサを使用することも可能であ
る。また、制御トルクを発生する機器の例として３個の
ホイールを示したが、４個以上のホイールで構成するこ
とも可能である。
地球センサと太陽センサを用いているが、電波センサや
スターセンサ等の他のセンサを使用することも可能であ
る。また、制御トルクを発生する機器の例として３個の
ホイールを示したが、４個以上のホイールで構成するこ
とも可能である。
［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、センサからヨー姿勢
情報が得られない軌道上位置でも、地上コマンドによら
ずに高精度なヨー姿勢推定が可能であり、ピッチ軸まわ
りの角運動量、ホイール重量の増加を招くことなく高精
度なヨー姿勢制御が可能なゼロ−バイアスモーメント安
定方式の三軸姿勢制御装置を提供することができる。
情報が得られない軌道上位置でも、地上コマンドによら
ずに高精度なヨー姿勢推定が可能であり、ピッチ軸まわ
りの角運動量、ホイール重量の増加を招くことなく高精
度なヨー姿勢制御が可能なゼロ−バイアスモーメント安
定方式の三軸姿勢制御装置を提供することができる。
図面はこの発明に係る三軸姿勢制御装置の一実施例を示
すもので、第１図は制御システム全体の構成を示すブロ
ック図、第２図はこの発明の特徴となるロール／ヨー状
態推定器の構成を示すブロック図である。 11……地球センサ、12……太陽センサ、13……姿勢制御
回路、13a……太陽センサ信号処理部、13b……ロール／
ヨー状態推定器、13c……制御論理部、13d……ホイール
駆動信号生成部、13e……アンローディング制御部、14
……ピッチホイール、15……ロールホイール、16……ヨ
ーホイール、17……トルカ、20〜25……積分器、26〜29
……切換スイッチ、30……選択スイッチ、31……制御カ
ップリング補償部、32……ロール外乱トルク補償部、33
……ダイナミクスカップリング補償部、34〜41……加減
算器、42〜49……演算部、θ……ピッチ姿勢誤差、 ……ロール姿勢誤差、 ……ヨー姿勢誤差、φ……ロール推定姿勢誤差、ψ……
ヨー推定姿勢誤差、hX，hY，hZ……ロール，ピッチ，ヨ
ーホイール角運動量、KX1，KX2，KX3……ロール姿勢推
定パラメータ、KZ1，KZ2，KZ3……ヨー姿勢推定パラメ
ータ、IX，IY，IZ……ロール，ピッチ，ヨー衛星慣性能
率、ω0……軌道角速度、HY……ピッチ衛星角運動量。
すもので、第１図は制御システム全体の構成を示すブロ
ック図、第２図はこの発明の特徴となるロール／ヨー状
態推定器の構成を示すブロック図である。 11……地球センサ、12……太陽センサ、13……姿勢制御
回路、13a……太陽センサ信号処理部、13b……ロール／
ヨー状態推定器、13c……制御論理部、13d……ホイール
駆動信号生成部、13e……アンローディング制御部、14
……ピッチホイール、15……ロールホイール、16……ヨ
ーホイール、17……トルカ、20〜25……積分器、26〜29
……切換スイッチ、30……選択スイッチ、31……制御カ
ップリング補償部、32……ロール外乱トルク補償部、33
……ダイナミクスカップリング補償部、34〜41……加減
算器、42〜49……演算部、θ……ピッチ姿勢誤差、 ……ロール姿勢誤差、 ……ヨー姿勢誤差、φ……ロール推定姿勢誤差、ψ……
ヨー推定姿勢誤差、hX，hY，hZ……ロール，ピッチ，ヨ
ーホイール角運動量、KX1，KX2，KX3……ロール姿勢推
定パラメータ、KZ1，KZ2，KZ3……ヨー姿勢推定パラメ
ータ、IX，IY，IZ……ロール，ピッチ，ヨー衛星慣性能
率、ω0……軌道角速度、HY……ピッチ衛星角運動量。
Claims (2)
- 【請求項１】人工衛星に搭載され、３個以上のホイール
を駆動することでピッチ、ロール及びヨー軸まわりの姿
勢誤差を修正する三軸姿勢制御装置において、 前記人工衛星のピッチ軸まわり及びロール軸まわりのピ
ッチ姿勢誤差及びロール姿勢誤差を取得する地球セン
サ、及びヨー軸まわりのヨー姿勢誤差を取得する太陽セ
ンサと、 前記地球センサによって取得されるロール姿勢誤差、前
記太陽センサによって取得されるヨー姿勢誤差及び前記
３個以上のホイールから得られる各軸まわりの角運動量
に基づいて、ロール及びヨー軸まわりの外乱トルク、衛
星角運動量、姿勢角の三状態変数を推定し、その推定結
果からロール推定姿勢誤差及びヨー推定姿勢誤差を求め
るロール／ヨー状態推定部と、 前記地球センサによって取得されるピッチ姿勢誤差及び
前記ロール／ヨー状態推定部によって得られるロール推
定姿勢誤差及びヨー推定姿勢誤差に基づいて、各軸毎に
軸まわりの姿勢誤差を最小にするホイール制御信号を生
成する制御論理部と、 この制御論理部で生成される各軸のホイール制御信号に
基づいて前記３個以上のホイールを駆動するホイール駆
動制御部とを具備し、 前記ロール／ヨー状態推定部は、 前記地球センサからのロール姿勢誤差に基づいてロール
外乱トルクを推定するロール外乱トルク推定部、この推
定部で推定されたロール外乱トルクからロール角運動量
を推定するロール角運動量推定部、この推定部で推定さ
れたロール角運動量と前記ホイールから得られるロール
角運動量とからロール推定姿勢誤差を求めるロール姿勢
誤差推定部を備えるロール姿勢誤差推定系と、 前記太陽センサからのヨー姿勢誤差に基づいてヨー外乱
トルクを推定するヨー外乱トルク推定部、この推定部で
推定されたヨー外乱トルクからヨー角運動量を推定する
ヨー角運動量推定部、この推定部で推定されたヨー角運
動量と前記ホイールから得られるヨー角運動量とからヨ
ー推定姿勢誤差を求めるヨー姿勢誤差推定部を備えるヨ
ー姿勢誤差推定系と、 前記ホイールから得られるピッチ角運動量に基づいて前
記ロール姿勢誤差推定系及びヨー姿勢誤差推定系相互間
の補償を行うダイナミクスカップリング補償部と、 前記地球センサから得られるロール姿勢誤差からヨー姿
勢誤差を疑似的に求める制御カップリング補償部と、 前記太陽センサからヨー姿勢誤差が得られない軌道上位
置で、前記制御カップリング補償部で得られるヨー姿勢
誤差を前記ヨー姿勢誤差推定系に与える切替手段とを備
えることを特徴とする三軸姿勢制御装置。 - 【請求項２】前記ロール姿勢誤差推定系は、計算により
ロール外乱トルク推定値を生成するロール外乱トルク補
償部を備え、前記太陽センサからヨー姿勢誤差が得られ
ない軌道上位置で前記ロール外乱トルクの推定値が一定
にならないとき、前記ロール外乱トルク補償部で生成さ
れるロール外乱トルク推定値を用いて処理することを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の三軸姿勢制御装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61298684A JP2573194B2 (ja) | 1986-12-17 | 1986-12-17 | 三軸姿勢制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61298684A JP2573194B2 (ja) | 1986-12-17 | 1986-12-17 | 三軸姿勢制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63151599A JPS63151599A (ja) | 1988-06-24 |
| JP2573194B2 true JP2573194B2 (ja) | 1997-01-22 |
Family
ID=17862940
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61298684A Expired - Fee Related JP2573194B2 (ja) | 1986-12-17 | 1986-12-17 | 三軸姿勢制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2573194B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6047159A (ja) * | 1983-08-24 | 1985-03-14 | 株式会社大林組 | 自動走行床仕上装置 |
-
1986
- 1986-12-17 JP JP61298684A patent/JP2573194B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63151599A (ja) | 1988-06-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |