JP3185738B2 - 移動物体の状態制御装置及びその状態制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動物体の状態制
御装置及び移動物体の状態制御方法に関するものであ
り、特に詳しくは、宇宙航行体に於ける移動物体の状態
制御装置及び移動物体の状態制御方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、宇宙航行体を含めた移動体に
於ける、例えば姿勢制御等を含む状態制御システムに関
しては、多くの方法が提案されて来ている。然しなが
ら、人工衛星などの宇宙航行体は、近年の搭載ミッショ
ン要求が精度的に厳しくなるのに従い、例えば、以下の
性能向上が必要とされている。

【０００３】１）衛星の目標姿勢値に対する姿勢制御精
度を向上させる事。（誤差絶対値を少なくすること） ２）衛星の目標姿勢値に対する姿勢安定度を向上させる
事。（低周波でのレート変動を抑制すること、換言すれ
ば、外乱があっても応答を速やかに抑制する静かな衛星
の実現すること） ３）衛星の目標姿勢値に対するリスポンスを向上させる
こと。

【０００４】４）大型で柔軟な太陽電池パドルや、大き
な角運動量を有する駆動アンテナ、あるいはその他ポィ
ンティング機器を有する衛星コンフィギュレーション
で、高い指向能力を有すること。 ５）上記で例示した擾乱源となる他サブシステムとのイ
ンタフェースをなるべく簡略にすることによる調整期間
の短縮及び設計効率向上をはかること。

【０００５】６）上記５）に関して、一般に行われてい
るアンテナの駆動信号（角度／角速度など）に基づく姿
勢制御系のフィードフォワード方式で除去できない姿勢
誤差を更に向上できること。処で、従来知られている一
般的な宇宙航行体の姿勢制御方式としては、図７に示す
様に、宇宙航行体１そのものが、固有に持っている当該
衛星の姿勢決定系から出力される当該宇宙航行体１の回
転角度情報及び回転角速度情報等の情報を姿勢センサ３
で検出し、その情報を例えば、ＰＩＤ制御を実行する姿
勢制御系４に入力し、当該ＰＩＤ制御系４からホイール
等を駆動させる制御コマンドを発生させ、当該ホイール
を所定の量回転させる事によって、当該宇宙航行体１の
姿勢を制御する様に構成されている。

【０００６】その際、当該宇宙航行体１に対して種々の
外乱が加わるので、予めその分を予想して制御系を構成
するのが一般的である。例えば、特開平８−１８８１９
９号公報には、衛星本体にかかる外乱の大きさを推定し
当該外乱ノイズを除去する外乱除去信号を発生させると
共に、姿勢制御系から得られる姿勢制御信号とから推定
外乱除去信号を発生させる推定外乱除去信号手段６を設
ける技術が示されている。

【０００７】一方、係る宇宙航行体の姿勢制御システム
に於いては、衛星にとって外乱となる駆動系のパラメー
タの精度即ち、質量特性、角度検出精度、角速度の演算
精度、角加速度の演算精度、通信遅れ、或いは異なる計
算機間の非同期処理に伴う通信時間のジッタ分等の原因
に大きく影響され、高精度な姿勢制御系を構築するにあ
たり制約が大きかった。

【０００８】例えば特開平３−１２５６９９号公報に
は、宇宙航行体の姿勢制御に於て、フィードフォワード
補償信号を使用すると共に、当該フィードフォワード補
償信号から高周波成分を除去する方法が開示されてい
る。係る公知例に於いては、このフィードフォワード演
算をするにあたり、駆動系の角度情報から擬似微分値
（差分）による角速度を制御周期で演算し角運動量ある
いはもう１階高次の角加速度、即ち外乱トルクを演算す
るときに、ノイズ成分を除去するためにローパスフィル
タにより駆動系から入手する角速度時系列データをスム
ージングし、低周波成分を取り出している。

【０００９】従って、係る公知例に於いては、擬似微分
値を演算するときに生ずるノイズ分はある程度は消える
が、そのかわりローパスフィルタの時定数により、遅れ
が生じフィードフォワードに最も重要な「駆動系と同時
に逆位相の補償トルクを加算する」という機能が犠牲に
なり、上記要求値の厳しくなっている姿勢制御精度ある
いは姿勢安定度以上を実現する上で制約があると考えら
れる。

【００１０】また、精度を上げようとすると、駆動系の
搭載用計算機と同期して姿勢系計算機を演算したり通信
割り込み処理が必要になったり、あるいは駆動系の質量
特性を極限まで公差規定する必要があったりで、性能・
調整期間・設計コストとも大きくなる可能性が大きかっ
た。即ち、外乱そのものは実測しえないので、何らかの
方法で推定する必要があるが、その推定を正確にしよう
とすると、システムそのものが複雑となり、コストの上
昇に繋がると共に、当該宇宙航行体１に搭載されている
複数個の計算機が、互いに非同期で作動しているので、
当該外乱情報の処理のタイミングを合わせる必要がある
のでシステムが更に複雑となる。

【００１１】又、最近の宇宙航行体１に於いては、アン
テナ８や太陽電池パネル７の構造が、大型化され且つ柔
軟構造が採用される様になると、当該アンテナに起因す
るアンテナマヌーバ外乱の発生や当該アンテナや太陽電
池パネルの動き、振動が大きく且つ低周波を呈する事に
なるので、当該宇宙航行体１に与える外乱であるリアク
ションも大きくなって来ている。

【００１２】その為、係るリアクションに対する姿勢制
御に関しては、従来の様な制御システムでは、コストの
増大とシステムの複雑化に繋がると共に、正確な制御が
困難となって来ている。その他、例えば、特開昭６２−
１２５９９８号公報には、従来の閉ループ制御系に於て
フィードバック信号記憶部を設け、フィードバック信号
の変化を当該記憶部に記憶しておき、そのデータを基に
姿勢誤差が小さくなる様に誤差補償コマンドを決定する
宇宙航行体の姿勢制御方法が記載されており、又、特開
平８−２８２５９８号公報には、人工衛星に於ける姿勢
制御装置に於て、角運動量をキャンセルするのに必要な
トルクをアクチュエータから発生させるトルク補償手段
と可動部の駆動を前記トルクの発生よりも後にする様に
構成された駆動制御手段を設ける技術が開示されている
が、何れも上記した問題を解決するには不十分である。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】即ち、本発明の目的
は、上記した従来技術の欠点を改良し、本発明は、簡易
な構成で有りながら、駆動外乱源に対する補償を厳しく
することなく、容易に且つ正確に外乱を補償する安価な
宇宙航行体の姿勢制御装置及び姿勢制御方法を提供する
ものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、以下に記載されたような技術構成を採用
するものである。即ち、本発明に係る第１の態様は、外
部ノイズを考慮した移動体固有の航行ダイナミクス、当
該航行ダイナミクスを駆動するアクチュエータ、姿勢決
定系から出力される所定の第１と第２の出力信号に応答
して当該アクチュエータを駆動する制御信号を出力する
第１の制御手段及び第１の制御手段が出力する制御信号
に、当該外部ノイズのフィードフォワードによる推定値
を付加して当該アクチュエータを当該外部ノイズに応答
してフィードフォワード制御する制御信号を出力する加
算手段とから構成された移動物体の状態制御装置に於
て、当該外部ノイズのフィードフォワード推定値の誤差
分をより低減するために、姿勢決定系から出力される所
定の第２の出力信号とともに、第１の制御手段が出力す
る信号＋フィードフォワード出力信号＋第２の制御手段
自身が出力する信号を全て加えた信号を再度第２の制御
手段にフィードバックし演算する第２の制御手段を設け
当該第２の制御手段により出力される当該外部ノイズの
推定値の誤差分値を該加算手段に入力させる様に構成さ
れている移動物体の状態制御装置である。

【００１５】又本発明にかかる第２の態様としては、外
部ノイズを考慮した移動体固有の航行ダイナミクス、当
該航行ダイナミクスを駆動するアクチュエータ、姿勢決
定系から出力される所定の第１と第２の出力信号に応答
して当該アクチュエータを駆動する制御信号を出力する
第１の制御手段及び第１の制御手段が出力する制御信号
に、当該外部ノイズの推定値を付加して当該アクチュエ
ータを当該外部ノイズに応答してフィードフォワード制
御する制御信号を出力する加算手段とから構成された移
動物体の状態制御装置に於て、第２の制御手段を設ける
と共に、当該第２の制御手段に於て、当該外部ノイズの
推定値の誤差分をより低減するために、姿勢決定系から
出力される所定の第２の出力信号とともに、第１の制御
手段が出力する信号＋フィードフォワード出力信号＋第
２の制御手段自身が出力する信号を全て加えた信号を再
度第２の制御手段にフィードバックし第２の制御手段の
中で演算した信号を出力する事により当該外部ノイズの
推定値の誤差分値を該加算手段に入力させる事によっ
て、当該加算手段から、当該外部ノイズの推定値の誤差
分を補償したアクチュエータ制御信号を出力する移動物
体の状態制御方法である。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明に係る当該移動物体の状態
制御装置及び移動物体の状態制御方法は、上記した様な
技術構成を採用していることから、当該宇宙航行体１に
加わる外乱を事前に予測して、当該外乱の発生する以前
若しくは其れとリアルタイムで、必要な外乱補償データ
を当該アクチュエータに印加する様にする事によって、
高精度化及び低コストで設計開発期間の短縮をはかる事
の出来る移動物体の状態制御装置が実現されるのであ
る。

【００１７】

【実施例】以下に、本発明に係る移動物体の状態制御装
置及び移動物体の状態制御方法の一具体例の構成を図面
を参照しながら詳細に説明する。尚、以下に於ける本発
明に係る当該移動物体の状態制御装置２０は、主として
宇宙航行体を例にとって説明するが、本発明に係る当該
移動物体は、当該宇宙航行体に限定されるものではな
く、あらゆる移動物体の状態制御に使用しえるものであ
る事は言うまでもない。

【００１８】即ち、図１及び図２は、本発明に係る当該
移動物体の状態制御装置２０の構成の一具体例を説明す
るブロックダイアグラムであり、図中、外部ノイズを考
慮した移動体固有の航行ダイナミクス２、当該航行ダイ
ナミクス２を駆動するアクチュエータ５、姿勢決定系か
ら出力される所定の第１の出力信号Ｏ１及び第２の出力
信号Ｏ２に応答して当該アクチュエータ５を駆動する制
御信号を出力する第１の制御手段４及び第１の制御手段
４が出力する制御信号に、当該外部ノイズの推定値Ｆを
付加して当該アクチュエータ５を当該外部ノイズに応答
してフィードフォワード制御する制御信号ｕを出力する
加算手段１０とから構成された移動物体の状態制御装置
２０に於て、当該外部ノイズの推定値の誤差分を姿勢決
定系から出力される所定の第２の信号Ｏ２及び第１の制
御手段の出力、第２の制御手段の出力及びフィードフォ
ワード制御信号を加算した信号ｕを再度フィードバック
する信号に基づいて出力する第２の制御手段９を設け、
当該第２の制御手段９により出力される当該外部ノイズ
の推定値の誤差分値（ｑハット）を該加算手段１０に入
力させる様に構成されている移動物体の状態制御装置２
０が示されている。

【００１９】つまり、本発明は、上記した従来のフィー
ドフォワード方式、たとえば外乱となる駆動側出力デー
タ（角度・角速度データなど）を通信同期をとったり割
り込み処理により逐次受領したりしながら補償する角運
動量あるいはトルクを逐次演算し、アクチュエータであ
るリアクションホイールに出力する方法に依存して姿勢
制度を達成する従来の技術思想とは異なり、あくまでも
フィードフォワードは、補償すべき外乱トルクのおおよ
そ９０％程度、つまり当該外乱トルクで取りきれない誤
差の相当する誤差量分を目標として駆動側とインタフェ
ースをとり、残りの補償できない外乱は姿勢系で補償す
る方式である。

【００２０】本発明に於いては、上記した様に、推定誤
差条件を、従来のシステムに比較して大幅に緩和した上
で、その推定誤差残差に起因する姿勢変動を目標の姿勢
（＝０）に収束させるマイナーフィードバックループ、
つまり第２の制御手段９を一般的なメジャーフィードバ
ックループ、つまり第１の制御手段４に併設し第１と第
２の制御手段４、９に於ける出力を宇宙航行体１のアク
チュエータであるリアクションホイール５に出力する方
式である。

【００２１】この場合、フィードフォワード信号をさら
に第１の制御手段４及び第２の制御手段９に加えてもよ
いし、又場合によってはくわえなくてもよい。当該フィ
ードフォワード信号を上記の制御手段に加えた場合は、
マイナーフィードバックループはフィードフォワード残
差の補償を行い、加えない場合は、メジャーフィードバ
ックループの残差の補償を行う。

【００２２】即ち、本発明に於いては、該マイナーフィ
ードバックループ、つまり第２の制御手段９を付加する
事により、目標の姿勢（＝０）と観測した姿勢の差が０
になるような補償トルクを付加する事ができ、従来問題
となっていた、フィードフォワード誤差に起因する姿勢
変動あるいは誘起される柔軟付属物の振動振幅を従来の
フィードフォワードのみの姿勢制御系と比較して低く抑
え、然もはるかに迅速に収束させることができる。

【００２３】即ち、本発明ではこれを改善するために、
フィードフォワードの精度に重きをおくのではなく、フ
ィードフォワードで除去されない外乱を当該第２の制御
手段９であるマイナーループ制御系により積極的に除去
することに主眼をおいているので、それによって、逆に
駆動系側への公差要求、通信タイミングの同期性要求を
大幅に緩和できることに特徴がある。

【００２４】図２は、図１に係る本発明の移動物体の状
態制御装置２０の構成をより詳細に説明したブロックダ
イアグラムであり、本発明に於て使用される場外航行ダ
イナミクス２は、例えば図２の破線内で示される構成を
有するものである。係る構成は、一般的なものである。
又、本発明に於いては、当該第２の制御手段９は、当該
外部ノイズの推定値の誤差分値を算出するに際し、当該
加算手段１０の出力値をフィードバック値として使用す
る事が望ましい。

【００２５】更に、本発明に於いては、当該第２の制御
手段９に入力される姿勢決定から出力される所定の第２
の出力信号Ｏ２は、当該移動体１の角速度情報の推定値
（θの微分値ハット、θドットハット）である事が望ま
しい。又、本発明に於いては、当該移動物体１が、宇宙
航行体を含む、あらゆる移動体である。

【００２６】又、上記した様に、当該移動物体１に印加
される外乱としては、あらゆるノイズが存在するが、本
発明に於いては、特に当該移動物体１が衛星である場合
に当該衛星に搭載されている、当該衛星と独立に駆動さ
れるサブシステムが発生する衛星へのリアクショントル
ク或いは柔軟物構造体、例えばアンテナや太陽電池パネ
ル等に起因して発生する外乱を処理する事に適してい
る。

【００２７】尚、本発明に於ける当該移動物体１の状態
制御は、当該移動物体１の姿勢制御が主体である。本発
明に係る当該移動物体の状態制御装置２０の構成とその
作動に付いて図２を参照しながら更に詳細に説明する。
即ち、図２に於て、当該アクチュエータ５と航行ダイナ
ミクス２との間に指向系、つまりアンテナやカメラ等の
移動により衛星へ加えられる外乱ｄ０と柔軟ダイナミク
スによる外乱ｄ１が印加されている。

【００２８】係る外乱ｄ０は、当該衛星に加わる外乱及
び内部擾乱の中で顕著で代表的な物として示している
が、具体的な値は測定しえない。一方、本発明に係る移
動物体の状態制御装置２０には、更に当該衛星１の姿勢
角度を検出する姿勢センサ２２と姿勢レート（角速度）
を検出するジャイロパッケージ（慣性基準装置）２１の
２つより構成される姿勢決定系２３を有する。

【００２９】なお、本発明では姿勢決定系は必ずしもこ
の２つを必要とする物ではなく、本発明では姿勢レート
が何らかの方法で計測されればよい。本発明に於て、当
該姿勢決定系２３から具体的に出力されるのは、当該第
１の制御手段４に入力される第１の出力信号Ｏ１と第２
の出力信号Ｏ２であって、当該第１の出力信号Ｏ１は、
姿勢決定系から出力される角度情報に基づいて、決定さ
れる当該移動体１の回転角度情報の推定値θ（θハッ
ト）であり、又当該第２の出力信号Ｏ２は、姿勢決定系
から出力される角速度情報に基づいて決定される当該移
動体１の角加速度情報の推定値（θの微分値ハット、θ
ドットハット）である。

【００３０】上記した当該衛星１の姿勢角度情報と姿勢
レート（角速度）は、当該航行ダイナミクス２より公知
の方法で出力されるものである。更に、本発明に係る当
該移動物体の状態制御装置２０に於いては、当該姿勢角
情報である第１の出力信号Ｏ１及び第２の出力信号Ｏ２
から制御出力を算出するメジャーループ制御系、つまり
第１の制御手段４と、当該姿勢レート情報である第２の
出力信号Ｏ２及び制御演算出力を再度フィードバックす
る信号から、そのメジャーループ制御系を補強する為の
マイナーループ制御系、つまり第２の制御手段９とが設
けられており、更に、実際に制御トルクを発生するため
のアクチュエータ５であるリアクションホイールが設け
られている。

【００３１】即ち、本発明に於ける当該移動物体の状態
制御装置２０に於いては、通常のＰＩＤ補償制御を実行
する第１の制御手段４と、外乱の推定値を完全に正確な
値とするものではなく、当該外乱の推定値の誤差分に相
当する推定値を別途設けた第２の制御手段に於て、特定
の定められた関数を使用して求め、その値を当該外乱の
推定値の誤差分を補償するデータとして使用するもので
ある。

【００３２】従来は、上記した様に、一般的に、この駆
動外乱に対する補償として「開ループフィードフォワー
ド補償」を実施していた。係る方法では、駆動系の検出
信号たとえばエンコーダやレゾルバーによる角度検出値
を姿勢制御装置が通信により受領し、あらかじめインタ
フェースされた駆動系の慣性モーメント・質量・重心位
置から駆動系が発生している角運動量あるいはトルクを
演算し、それと逆符号の角運動量あるいはトルクを制御
装置の出力あるいはリアクションホイールのドライバに
加算する方式である。

【００３３】係る従来の方式では、上記した様な問題が
残るので、好ましく無い。以下に本発明の移動物体の状
態制御装置に使用される制御方法の手順とそのアルゴリ
ズムを示す。本発明の姿勢制御装置の出力指令値（ホイ
ールトルクコマンド）をｕとする。又、当該第１の制御
手段４から出力される出力信号をＧ１（ｓ）とすると当
該出力信号をＧ１（ｓ）は、以下に示す式（１）の様に
示される。

【００３４】

【数１】

【００３５】尚、式（１）は既に公知の関数であり、Ｋ
は適宜の係数であり、又、ｓはラプラス変換係数であ
る。又本発明に係る当該第２の制御手段９から出力され
る出力信号をＧ２（ｓ）とすると当該出力信号をＧ２
（ｓ）は、以下に示す式（２）の様に示される。

【００３６】

【数２】

【００３７】尚、上記式（２）に於ける左端の項は、ロ
ーパスフィルターの関数を示すものであって、α、β、
γは何れも適宜の定数である。従って、この式の形は便
宜上一般的な３次のローパスフィルターを表しただけて
あり、どの様な形のローパスフィルターで有っても使用
する事が可能である。更に、上記式（２）中のＷ（ｓ）
は、以下に示す式（３）に示すようにホイールの出力Ｔ
ｗが制御装置の出力コマンドｕに対してホイール時定数
による遅れが加わることを表す伝達関数である。

【００３８】又、上記式（２）に於けるＩは、当該宇宙
航行体を含む移動物体１の慣性モーメントである。尚、
上記した様に、式（２）は、本発明に於て特別に設定さ
れた制御関数である。

【００３９】

【数３】

【００４０】そして式（２）より明らかな様に、本発明
に於いては、当該マイナーループフィードバック系、つ
まり第２の制御手段９に於いては、自身の出力を入力と
しても用いており、係る制御データを使用して、式
（４）に示す様に、ホイールの後（姿勢系ダイナミクス
の手前）に加わる外乱（駆動系リアクション外乱＋パド
ル振動外乱など）の推定値の誤差値（ｑハット）、つま
り外乱ｄ０＋ｄ１に対する補償トルクを、当該制御出力
ｕと当該衛星の慣性モーメント（Ｉ）及び検出レート推
定値（θドットハット）により推定するものである。

【００４１】

【数４】

【００４２】つまり、本発明に於ける当該第２の制御手
段に於て使用される外乱の推定値の誤差分値は、全て既
知の情報を使用して求められる事が特徴である。又、上
記式（４）の第２項は、当該外乱の推定値に等しくなっ
ている。本発明に於いては、上記した式（４）をプロパ
ーにするためのローパスフィルタ（上記した式（２）の
右項の第１項で表される係数）を掛けて、そのマイナス
符号にホイール逆モデルを乗じたものを外乱の相殺トル
クとして該メジャーループフィードバック系、つまり第
１の制御手段４に加算する。

【００４３】このローパスフィルタは系の応答を遅くす
る影響はなく、当該第２の制御手段９であるマイナーフ
ィードバックループに及ぶ周波数範囲を規定する意味を
有する。これにより本発明のマイナーフィードバックル
ープは駆動系などの周波数的には低周波だが大きな絶対
値を有する外乱や、パドル等の大きな柔軟振動を一括し
て抑制する事が可能となる。

【００４４】上記した本発明に於ける当該移動物体の状
態制御方法の原理を纏めると図３に示す様になる。又、
図４は、本発明に係る移動物体の状態制御方法を使用し
た場合、外乱推定値の誤差分が効率的で且つ正確に除去
される経過が示されている。つまり、図４（Ａ）に於け
るグラフａは、移動物体１の姿勢系に加わる実際の外乱
トルクｄ０＋ｄ１の変化を示すものであり、又同グラフ
ｂは、従来のフィードフォワード推定回路６に於て推定
したフィードフォワード演算トルクＦ（推定された外乱
トクル）を示している。

【００４５】図４（Ｂ）のグラフｃは、係る当該移動物
体１に対して印加された実際の外乱ｑと従来のフィード
フォワード演算により当該推定された外乱Ｆとの誤差Δ
ｑ（Δｑ＝（ｄ１＋ｄ２）−Ｆ）をしめすものである。
又、図４（Ｃ）は、当該誤差Δｑに起因する角速度（θ
ドットハット）つまりレート変動を示すグラフであり、
この残差分がシステムの精度を劣化させている事を示
す。

【００４６】更に、図４（Ｄ）は、本発明に係る上記式
（４）を使用して求めた、外乱推定値の誤差に相当する
残差補正トルク（ｑハット）を示すグラフである。図４
（Ｄ）のグラフｅと図４（Ｂ）のグラフｃとを比較する
とかなりの確率で両者が一致している事が判る。そして
図４（Ｅ）には、上記した図４（Ｄ）のグラフｅを使用
して、図２に示す本発明にかかる移動物体の状態制御装
置２０を用いて制御操作を行った結果、つまり外乱の推
定値の誤差分に相当する補償データを使用して処理した
結果による姿勢レートの変化を示すグラフが示されてい
る。

【００４７】図４（Ｅ）から明らかな様に、本発明に係
る移動物体の状態制御方法を使用する事によって、当該
移動物体１の姿勢を外乱に対して極めて正確に制御する
事が出来た事を示している。

【００４８】

【発明の効果】本発明に係る当該移動物体の状態制御装
置２０及び移動物体の状態制御方法は、上記した様な技
術構成を採用しているので、駆動系や柔軟構造物に起因
する外乱ｑと等価で反対の補償トルクをリアルタイム
で、当該アクチュエータに式（４）で示す補償トルク
（ｑハット）を加算することで、単なるフィードフォワ
ード処理のみの場合と比較して時間遅れのない補償が可
能であり、これにより大きく制御精度／姿勢安定度を向
上できる。

【００４９】しかも、本発明に於いては、精度向上の前
提である駆動系のパラメータの綿密な把握や通信同期な
どのインタフェースは不要である。又、本発明に係る当
該移動物体の状態制御装置２０の効果は、閉ループにお
ける外乱から姿勢誤差までの誤差特性で表現するとわか
りやすい。図５は、本発明に係る移動物体の状態制御装
置を使用した移動物体の姿勢制御の実態を従来の方法と
比較したものであり、図中グラフＦは、本発明による外
乱抑制の効果を示すグラフであり、又グラフＧは、従来
に於ける移動物体の状態制御装置を使用した場合で、Ｐ
ＩＤ制御とフィードフォワードのみ（補償精度９０％）
の場合の於ける姿勢誤差の外乱抑制の効果を示すグラフ
である。

【００５０】又、入力として使用するのは、姿勢レート
検出値と１サンプル前の制御系出力のみであり、計算機
の演算負荷にはならない。又、図５の縦軸は、外乱の大
きさに対する姿勢誤差角度を示し、又横軸は、当該移動
物体に加わる外乱の周波数を示している。即ち、図５か
ら明らかな様に、本発明に於いては、従来例と比較し
て、同じ外乱量に対しては、０．００１〜０．１Ｈｚの
姿勢精度に対して最も重要な周波数に於てその精度を従
来の１／１０から１／１００に向上させる事が出来る。

【００５１】又、低周波のパドル等の柔軟構造物に対す
る外乱に対しては、０．１〜１Ｈｚの間で、従来の方法
に比べて優れた制御効果を発揮する事が判る。即ち、本
発明の装置により、姿勢系制御帯域以下の低域での誤差
特性が大きく向上し、また、より高い周波数のパドル柔
軟モードのピークが相殺されていることが明らかであ
る。 これにより、駆動系が動作しているときでも、フ
ィードフォワード残差による姿勢変動を最小化し、また
パドル等の柔軟構造物の固有振動数変化に対するロバス
ト性も同時に実現している。

【００５２】図６に本発明による制御精度の向上、及姿
勢安定度の向上の解析結果を示す。つまり、図６（Ａ）
には、移動物体１の駆動系に加えられる動作角度の一例
が示されており、図６（Ｂ）には、図６（Ａ）の駆動制
御信号が当該移動物体１に加えられた場合に、当該移動
物体の状態制御システム内に発生する姿勢制御誤差信号
（角度）が示されており、グラフＨは、従来の単にフィ
ードフォワード処理のみを使用した制御方法により得ら
れた姿勢誤差を示すグラフであり、グラフＨは、本発明
に係る移動物体の状態制御システムによって得られた姿
勢誤差を示すグラフである。

【００５３】係るグラフから明らかな様に、本発明に於
ける移動物体の状態制御システムに於いては、従来例に
比べて姿勢誤差信号が明らかに小さくなっており、その
結果、図６（Ｃ）に示す様に、当該アクチュエータに印
加されるホイールトルクコマンドは、明らかに当該移動
物体１を駆動しようとする直前に当該移動物体の回転方
向と反対の方向のトルクが加えられる様に構成され、又
当該移動物体１の回転が静止されようとする直前に又そ
れと反対方向のトルクが印加される様に構成される事を
示している。

【００５４】つまり、アクチュエータに急峻な動きを特
に求めているのではなく、従来と同等のアクチュエータ
（この場合はホイール）で充分である。従って、本発明
に於いては、外乱を含めた当該移動物体の姿勢制御を正
確に実行する事が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明に係る移動物体の状態制御装
置の一具体例の構成を示すブロックダイアグラムであ
る。

【図２】 図２は、本発明に係る移動物体の状態制御装
置の一具体例の構成をより詳細に示したブロックダイア
グラムである。

【図３】 図３は、本発明に於ける制御方法の原理を示
す図である。

【図４】 図４（Ａ）から図４（Ｅ）は、本発明に係る
移動物体の状態制御方法の効果を示すグラフである。

【図５】 図５は、本発明に於ける移動物体の状態制御
方法と従来例との比較を示すグラフである。

【図６】 図６（Ａ）から図６（Ｃ）は、本発明に係る
移動物体の状態制御方法の効果を示すグラフである。

【図７】 図７は、従来に於ける移動物体の状態制御装
置の一具体例を示すブロックダイアグラムである。

【符号の説明】

１…航行体の指向方向 ２…航行ダイナミクス ３…姿勢センサ ４…第１の制御手段 ５…アクチュエータ ６…フィードフォワード制御量 ７…太陽電池パドル ８…アンテナ ９…第２の制御手段 １０…加算手段 ２０…移動物体の状態制御装置 ２１…ジャイロパッケージ ２２…姿勢センサ ２３…姿勢決定系

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部ノイズを考慮した移動体固有の航行
   ダイナミクス、当該航行ダイナミクスを駆動するアクチ
   ュエータ、姿勢決定系から出力される所定の第１の出力
   信号及び第２の出力信号に応答して当該アクチュエータ
   を駆動する制御信号を出力する第１の制御手段及び第１
   の制御手段が出力する制御信号に、当該外部ノイズの推
   定値を付加して当該アクチュエータを当該外部ノイズに
   応答してフィードフォワード制御する制御信号を出力す
   る加算手段とから構成された移動物体の状態制御装置に
   於て、当該外部ノイズの推定値の誤差分を姿勢決定系か
   ら出力される所定の第２の出力信号及び第１の制御手段
   の出力、第２の制御手段の出力及びフィードフォワード
   制御信号を加算した信号を再度フィードバックする信号
   に基づいて出力する第２の制御手段を設け、当該第２の
   制御手段により出力される当該外部ノイズの推定値の誤
   差分値を該加算手段に入力させる様に構成されている事
   を特徴とする移動物体の状態制御装置。
2. 【請求項２】 当該第２の制御手段は、当該外部ノイズ
   の推定値の誤差分値を算出するに際し、当該加算手段の
   出力値をフィードバック値として使用する事を特徴とす
   る請求項１記載の移動物体の状態制御装置。
3. 【請求項３】 当該第１の制御手段に入力される姿勢決
   定系から出力される所定の第１及び第２の出力信号は、
   当該移動体の角度情報及び角速度情報の推定値であり、
   当該第２の制御手段に入力される当該航行ダイナミクス
   から出力される所定の第２の出力信号は、当該移動体の
   角速度情報の推定値である事を特徴とする請求項１又は
   ２に記載の移動物体の状態制御装置。
4. 【請求項４】 当該移動物体が、宇宙航行体である事を
   特徴とする請求項１項乃至３の何れかに記載の移動物体
   の状態制御装置。
5. 【請求項５】 当該外部ノイズは主に柔軟物構造体に起
   因して発生するものである事を特徴とする請求項１乃至
   ４の何れかに記載の移動物体の状態制御装置。
6. 【請求項６】 当該柔軟物構造体がアンテナ或いは太陽
   電池パドルである事を特徴とする請求項５記載の移動物
   体の状態制御装置。
7. 【請求項７】 当該移動物体の状態制御は、当該移動物
   体の姿勢制御である事を特徴とする請求項１乃至６の何
   れかに記載の移動物体の状態制御装置。
8. 【請求項８】 外部ノイズを考慮した移動体固有の航行
   ダイナミクス、当該航行ダイナミクスを駆動するアクチ
   ュエータ、姿勢決定系から出力される所定の第１と第２
   の出力信号に応答して当該アクチュエータを駆動する制
   御信号を出力する第１の制御手段及び第１の制御手段が
   出力する制御信号に、当該外部ノイズの推定値を付加し
   て当該アクチュエータを当該外部ノイズに応答してフィ
   ードフォワード制御する制御信号を出力する加算手段と
   から構成された移動物体の状態制御装置に於て、第２の
   制御手段を設けると共に、当該第２の制御手段に於て、
   当該外部ノイズの推定値の誤差分をより低減するため
   に、姿勢決定系から出力される所定の第２の出力信号と
   ともに、第１の制御手段が出力する信号＋フィードフォ
   ワード出力信号＋第２の制御手段自身が出力する信号を
   全て加えた信号を再度第２の制御手段にフィードバック
   し演算する方式をとることにより、当該外部ノイズの推
   定値の誤差分値を該加算手段に入力させる事によって、
   当該加算手段から、当該外部ノイズのフィードフォワー
   ド誤差を自動修正したアクチュエータ制御信号を出力す
   る事を特徴とする移動物体の状態制御方法。
9. 【請求項９】 当該第２の制御手段は、姿勢決定系から
   出力される所定の第２の信号と当該加算手段の出力値を
   入力として当該外部ノイズのフィードフォワード誤差を
   自動修正する事を特徴とする請求項８記載の移動物体の
   状態制御方法。
10. 【請求項１０】 外部ノイズを考慮した移動体固有の航
    行ダイナミクス、当該航行ダイナミクスを駆動するアク
    チュエータ、姿勢決定系から出力される所定の第１及び
    第２の出力信号に応答して当該アクチュエータを駆動す
    る制御信号を出力する第１の制御手段及び第１の制御手
    段が出力する制御信号に、当該外部ノイズの推定値を付
    加して当該アクチュエータを当該外部ノイズに応答して
    フィードフォワード制御する制御信号を出力する加算手
    段とから構成された移動物体の状態制御装置に於て、第
    ２の制御手段を設けると共に、当該第２の制御手段に於
    て、姿勢決定系から出力される所定の第２の出力信号を
    入力する第１の工程、当該加算手段の出力値を入力する
    第２の工程、予め定められた関数を使用して当該外部ノ
    イズの推定値の誤差分値を算出する第３の工程、当該算
    出された外部ノイズの推定値の誤差分値を該加算手段に
    印加する第４の工程、とから構成される事を特徴とする
    移動物体の状態制御方法。
11. 【請求項１１】 当該第１の制御手段に入力される姿勢
    決定系から出力される所定の第１と第２の出力信号は、
    当該移動体の角度情報及び角速度情報の推定値であり、
    当該第２の制御手段に入力される姿勢決定系から出力さ
    れる所定の第２の出力信号は、当該移動体の角速度情報
    の推定値である事を特徴とする請求項８乃至１０の何れ
    かに記載の移動物体の状態制御方法。
12. 【請求項１２】 当該移動物体が、宇宙航行体である事
    を特徴とする請求項８乃至１１の何れかに記載の移動物
    体の状態制御方法。