JP3135645B2 - 姿勢制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば三軸姿勢制御
される太陽電池パドルの搭載される人工衛星や軌道上作
業機等の宇宙航行体の三軸姿勢を実行するのに用いられ
る姿勢制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の姿勢制御装置は、地球セ
ンサ、及びジャイロ等の慣性基準装置を用いて、例えば
目標とする地球に対するロール（Ｒ）軸及びピッチ
（Ｐ）軸が検出され、太陽センサ及び慣性基準装置を用
いて地球に対するヨー（Ｙ）軸が検出される。そして、
これらの検出値に基づいて姿勢制御部では、姿勢制御信
号を生成して、この姿勢制御信号より姿勢駆動信号を算
出し、この姿勢駆動信号により姿勢制御用アクチュエー
タを駆動制御して地球捕捉が行われ、その後、宇宙航行
体の三軸回りの姿勢制御が実行される。

【０００３】また、定常的な姿勢制御状態において、宇
宙航行体に姿勢異常が発生した場合には、先ず、電力を
確保するために、姿勢異常時のみに駆動される太陽捕捉
用太陽センサが作動されて、太陽捕捉が実行され、太陽
捕捉完了後に、太陽電池パドルが太陽方向に指向され、
次に、再び地球捕捉が行われて上述した定常的な姿勢制
御に移行する方法が採られていた。

【０００４】ところが、上記姿勢制御装置では、例えば
図２に示すように蝕期間に宇宙航行体１に姿勢異常が発
生した場合、蝕期間経過後に、先ず、太陽捕捉が開始さ
れ、Ａ位置で捕捉が完了すると、次に、太陽電池パドル
を太陽方向に指向し、その後、地球捕捉を行って定常的
な姿勢制御を行わなければならないために姿勢修正に長
時間かかるという不具合を有する。これによれば、特
に、宇宙航行体１を目標とする地球の比較的近い低軌道
を採るように運用する場合、いわゆる蝕期間の関係から
太陽捕捉に長時間かかり、電力確保に長時間を費やす虞
があり、宇宙航行体１の運用に支障を来すという問題を
有していた。また、これによれば、姿勢異常発生時のみ
に作動される太陽センサを特別に備えなければならない
ことにより、宇宙開発の分野において、要請される軽量
化を図るための構成部品の削減化が困難であるという問
題を有する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の姿勢制御装置では、姿勢異常が発生した場合、電力
確保に長時間費やし、しかも、姿勢異常修正専用の特別
な構成部品を備えなければならないという問題を有して
いた。

【０００６】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、構成簡易にして、姿勢異常発生時における電力確
保の迅速化を図り得、且つ構成部品の削減化を図り得る
ようにした姿勢制御装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、太陽方向に
指向される太陽電池パドルが指向制御自在に搭載される
ものであって、目標の周囲を周回する宇宙航行体と、前
記太陽電池パドルを前記宇宙航行体の司る姿勢に対応し
て展開駆動して太陽方向に指向するパドル駆動制御手段
と、前記宇宙航行体の姿勢を制御するもので、該宇宙航
行体の姿勢異常を検出した状態で、前記目標に対するロ
ール軸、ピッチ軸及びヨー軸に基づいて該目標を捕捉し
て前記宇宙航行体のロール軸、ピッチ軸及びヨー軸の三
軸回りの姿勢を制御すると共に、前記目標に対するロー
ル軸、ピッチ軸及びヨー軸に基づいて前記パドル駆動制
御手段を駆動制御して前記太陽電池パドルを略マイナス
の軌道レートで駆動させて姿勢異常を修正する姿勢制御
手段とを備えて姿勢制御装置を構成したものである。

【０００８】

【作用】上記構成によれば、宇宙航行体の姿勢異常が発
生すると、姿勢制御手段は、宇宙航行体の目標捕捉を行
なった後、定常的な三軸姿勢制御を行ない姿勢異常を回
避すると共に、太陽電池パドルを略マイナスの軌道レー
トで駆動制御することにより、宇宙航行体の目標捕捉が
完了されると、略同時に、太陽電池パドルも太陽方向に
指向された状態に設定される。従って、宇宙航行体の目
標捕捉と略同時に太陽電池パドルによる電力供給が可能
となり、定常姿勢制御のために検出される目標に対する
ロール軸、ピッチ軸及びヨー軸に基づいた姿勢異常の回
避が可能となる。

【０００９】

【実施例】以下、この発明の実施例について、図面を参
照して詳細に説明する。

【００１０】図１はこの発明の一実施例に係る姿勢制御
装置を示すもので、図中１０，１１は冗長系を形成する
第１及び第２の地球センサで有る。この第１乃至第２の
地球センサ１０，１１は、その出力端が姿勢制御部１２
に接続され、図示しない宇宙航行体の地球に対するロー
ル（Ｒ）軸及びピッチ（Ｐ）軸を検出して姿勢制御部１
２に出力する。また、姿勢制御部１２には冗長形を形成
するヨー（Ｙ）軸検出用の第１及び第２の太陽センサ１
３，１４の出力端が接続される。さらに、姿勢制御部１
２には慣性基準装置、例えば第１乃至第３のジャイロ１
５〜１７の出力端が接続され、これら第１乃至第３のジ
ャイロ１５〜１７の出力に基づいて上記第１及び第２の
地球センサ１０，１１及び第１及び第２の太陽センサ１
３，１４の検出信号を補正して、地球に対するロール
軸、ピッチ軸及びヨー軸を検出する。

【００１１】上記姿勢制御部１２には、その第１の出力
端に冗長系を形成する姿勢制御用の第１及び第２のアク
チュエータ１８，１９が接続され、地球に対するロール
軸、ピッチ軸及びヨー軸に基づいて姿勢制御信号を求め
て駆動制御信号を算出し、この駆動制御信号により第１
のアクチュエータ１８あるいは第２のアクチュエータ１
９を駆動制御して宇宙航行体の三軸回りの姿勢を制御す
る。

【００１２】また、姿勢制御部１２には、その第２の出
力端に太陽電池パドル指向制御用のパドル駆動制御部２
０，２１が接続される。パドル駆動制御部２０，２１は
姿勢制御部１２を介して入力される地球に対するロール
軸、ピッチ軸及びヨー軸に基づいて、宇宙航行体に搭載
される太陽電池パドルを略マイナスの軌道レートで開ル
ープ制御する如く駆動するためのパドル駆動信号を算出
して、図示しないパドル駆動部を駆動制御し、太陽電池
パドルを太陽方向に指向させる。

【００１３】上記構成において、姿勢制御部１２は第１
の地球センサ１０及び第１の太陽センサ１３の検出信号
と、第１乃至第３のジャイロ１５〜１７の検出信号に基
づいて、地球に対するロール軸、ピッチ軸及びヨー軸を
生成して姿勢制御信号を算出し、この姿勢制御信号より
駆動制御信号を求めて第１のアクチュエータ１８を駆動
制御して、宇宙航行体の三軸回りの姿勢を制御する。同
時に、パドル駆動制御部２０には第１の地球センサ１０
及び第１の太陽センサ１３の検出信号と、第１乃至第３
のジャイロ１５〜１７の検出信号が姿勢制御部１２を介
して入力される。すると、パドル駆動制御部２０はこれ
らの検出信号に基づいて太陽電池パドルを略マイナスの
軌道レートで駆動するためのパドル駆動信号を算出し
て、パドル駆動部（図示せず）を駆動制御し、太陽電池
パドルを宇宙航行体の司る姿勢に対応して駆動させ、太
陽方向に指向される。

【００１４】また、姿勢制御部１２は上記定常姿勢制御
状態において、例えば第１の地球センサ１０及び第１の
太陽センサ１１の検出信号に基づいて姿勢異常を検出す
ると、次の手順で動作する。すなわち、姿勢制御部１２
は、異常を検出すると、センサ系を冗長系の第２の地球
センサ１１及び第２の太陽センサ１４に切換えると共
に、姿勢駆動系を冗長系の第２のアクチュエータ１９に
切換える。そして、姿勢制御部１２は、これら第２の地
球センサ１１及び第２の太陽センサ１４の検出信号と、
第１乃至第３のジャイロ１５〜１７の検出信号に基づい
て地球捕捉信号を算出して駆動制御信号を求め、第２の
アクチュエータ１９を駆動制御して地球捕捉を行う。同
時に、パドル駆動制御部２０は、第２の地球センサ１１
及び第２の太陽センサ１４の検出信号と、第１乃至第３
のジャイロ１５〜１７の検出信号に基づいて作動され、
上述したように太陽電池パドルを宇宙航行体の司る姿勢
に対応して駆動させ、宇宙航行体の地球捕捉と略同時に
太陽方向に指向させる。

【００１５】そして、地球捕捉が完了すると、姿勢制御
部１２は、再びセンサ系を第１の地球センサ１０及び第
１の太陽センサ１３に切換えると共に、姿勢駆動系を第
１のアクチュエータ１８に切換える。その後、姿勢制御
部１２は、上述したように第１の地球センサ１０及び第
１の太陽センサ１３の検出信号と、第１乃至第３のジャ
イロ１５〜１７の検出信号に基づいて駆動制御御信号を
算出して、第１のアクチュエータ１８を駆動制御し、定
常的な三軸回りの姿勢制御を実行する。

【００１６】なお、姿勢異常から定常姿勢制御に移行す
る際、これら冗長系を形成する第２の地球センサ１１、
第２の太陽センサ１４、及び第２のアクチュエータ１９
は、第１の地球センサ１０、第１の太陽センサ１３、及
び第１のアクチュエータ１８が故障している場合には、
これらに切換えることなく、引続きを作動されて定常姿
勢制御のために供される。

【００１７】このように、上記姿勢制御装置は、宇宙航
行体の姿勢異常が発生した状態で、地球捕捉を行うと共
に、太陽電池パドルを宇宙航行体に対応して駆動するよ
うにして、宇宙航行体の地球捕捉が完了して姿勢異常を
修正し、定常的な三軸姿勢制御に移行した状態で、太陽
電池パドルが太陽方向に指向されるように構成した。こ
れによれば、姿勢異常が発生した状態おいても、宇宙航
行体の地球捕捉と略同時に太陽電池パドルによる電力供
給が可能となり、運用上の信頼性の向上が図れる。ま
た、地球捕捉を行うことにより、姿勢異常の修正を行う
ように構成したことにより、従来のような姿勢異常回避
用の太陽センサを備える必要がなくなるため、構成部品
の削減化が図れる。

【００１８】なお、上記実施例では、姿勢異常時におけ
る地球捕捉を冗長系の第２の地球センサ１１及び第２の
太陽センサ１４と、第１乃至第３のジャイロ１５〜１７
を用いて行うように構成したが、これに限ることなく、
第１の地球センサ１０及び第１の太陽センサ１３を用い
て構成することも可能である。また、地球に対するロー
ル軸、ピッチ軸及びヨー軸の検出センサとしては、上記
実施例に限ることなく、各種の検出センサを用いて構成
することが可能である。

【００１９】また、上記実施例では、地球の周囲を周回
する宇宙航行体に適用した場合で説明したが、これに限
ることなく、大型宇宙航行体の周囲を周回する宇宙航行
体においても適用可能である。よって、この発明は上記
実施例に限ることなく、その他、この発明の要旨を逸脱
しない範囲で種々の変形を実施し得ることは勿論のこと
である。

【００２０】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、構成簡易にして、姿勢異常発生時における電力確保
の迅速化を図り得、且つ構成部品の削減化を図り得るよ
うにした姿勢制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る姿勢制御装置を示し
たブロック図。

【図２】従来の問題点を説明するために示した図。

【符号の説明】

１０，１１…第１及び第２の地球センサ、１２…姿勢制
御部、１３，１４…第１及び第２の太陽センサ、１５〜
１７…第１乃至第３のジャイロ、１８，１９…第１及び
第２のアクチュエータ、２０，２１…パドル駆動制御
部。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽方向に指向される太陽電池パドルが
   指向制御自在に搭載されるものであって、目標の周囲を
   周回する宇宙航行体と、 前記太陽電池パドルを前記宇宙航行体の司る姿勢に対応
   して展開駆動して太陽方向に指向するパドル駆動制御手
   段と、 前記宇宙航行体の姿勢を制御するもので、該宇宙航行体
   の姿勢異常を検出した状態で、前記目標に対するロール
   軸、ピッチ軸及びヨー軸に基づいて該目標を捕捉して前
   記宇宙航行体のロール軸、ピッチ軸及びヨー軸の三軸回
   りの姿勢を制御すると共に、前記目標に対するロール
   軸、ピッチ軸及びヨー軸に基づいて前記パドル駆動制御
   手段を駆動制御して前記太陽電池パドルを略マイナスの
   軌道レートで駆動させて姿勢異常を修正する姿勢制御手
   段と を具備したことを特徴とする姿勢制御装置。