JP6300322B2 - Satellite tracking antenna system and satellite tracking antenna control method - Google Patents
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本発明は、海洋で動揺を受ける船舶に搭載される衛星通信システムにおいて、アンテナ反射鏡面の指向方向（主ビーム方向）を静止通信衛星の方向に自動追尾する衛星追尾アンテナシステムおよび衛星追尾アンテナ制御方法に関する。 The present invention relates to a satellite tracking antenna system and a satellite tracking antenna control method for automatically tracking the directivity direction (main beam direction) of an antenna reflector in the direction of a stationary communication satellite in a satellite communication system mounted on a ship that is shaken in the ocean. About.
地上移動通信網では電波が届かない外洋を航行する船舶においては、通常、衛星通信システムを用いて通信が確保されている。この通信を確保するためには、波浪等による船舶の動揺に対しても、常にアンテナ反射鏡面の主ビーム方向を一定の指向方向精度で静止通信衛星に向ける衛星追尾アンテナが船舶に搭載される。 In a ship navigating in the open sea where radio waves do not reach in the ground mobile communication network, communication is usually secured using a satellite communication system. In order to ensure this communication, the ship is equipped with a satellite tracking antenna that always directs the main beam direction of the antenna reflector surface to the stationary communication satellite with a certain directivity direction accuracy even when the ship is shaken by waves or the like.
この衛星追尾アンテナでは、２軸〜４軸のジンバル機構と、それに取り付けたエンコーダーおよびジンバル機構を回転させるジンバルプラットフォーム制御モータにより、ジンバル角度をフィードバック制御する制御系を構成し、船舶の動揺にかかわらず、アンテナ反射鏡面の主ビーム方向を静止通信衛星に常に向ける制御を行っている（非特許文献１）。特に、制御系構成の特徴としては、１つのジンバル軸ごとに独立に制御系を構成し、回転角度等のセンサ出力を用いて、モータによりジンバル軸が駆動されている。 In this satellite tracking antenna, a 2-axis to 4-axis gimbal mechanism, a gimbal platform control motor that rotates the gimbal mechanism attached to the gimbal mechanism, and a control system that feedback-controls the gimbal angle are configured. The main beam direction of the antenna reflector is always directed to the geostationary communication satellite (Non-Patent Document 1). In particular, as a feature of the control system configuration, a control system is configured independently for each gimbal axis, and the gimbal axis is driven by a motor using a sensor output such as a rotation angle.
また、指向方向誤差は、電波を送受信する給電系において、複数の受信素子を介して受信電力の大きさを測定することにより算定している。 Further, the directivity direction error is calculated by measuring the magnitude of received power through a plurality of receiving elements in a power feeding system that transmits and receives radio waves.
小型船舶に搭載される衛星追尾アンテナでは、中型および大型の船舶に比して大きな動揺を受け、そのため仰角および方位角の指向方向の制御精度が大きく劣化する要因の１つとなっている。衛星追尾アンテナの外乱トルクは、海洋の波浪を通して船舶が動揺することによって受けるものであるため、船舶の動揺を小さくしない限り外乱トルクそのものを小さくすることができない。 The satellite tracking antenna mounted on a small ship is subject to large fluctuations compared to medium and large ships, and is therefore one of the factors that greatly degrade the control accuracy of the elevation and azimuth pointing directions. Since the disturbance torque of the satellite tracking antenna is received when the ship shakes through ocean waves, the disturbance torque itself cannot be reduced unless the ship shake is reduced.
しかしながら、その外乱トルクをリアルタイムで推定し、ジンバル駆動に使用するモータで外乱トルクを打ち消す補償トルクを発生させ、見かけ上の衛星追尾アンテナに作用する外乱トルクを小さくすることが可能であれば、制御精度の大きな向上につながる。 However, if the disturbance torque acting on the apparent satellite tracking antenna can be reduced by estimating the disturbance torque in real time, generating a compensation torque that cancels the disturbance torque with the motor used for gimbal drive, This leads to a great improvement in accuracy.
本発明は、この課題を解決するために、外乱トルクをリアルタイムで推定して高精度な衛星追尾制御を可能とする衛星追尾アンテナシステムおよび衛星追尾アンテナ制御方法を提供することを目的とする。 In order to solve this problem, an object of the present invention is to provide a satellite tracking antenna system and a satellite tracking antenna control method capable of estimating disturbance torque in real time and enabling highly accurate satellite tracking control.
第１の発明は、船舶上に設置される複数のジンバル軸より構成されるジンバルプラットフォームと、該ジンバルプラットフォーム上に搭載される衛星追尾アンテナとを備えた衛星追尾アンテナシステムにおいて、船舶上に設置して所定のジンバル軸方向の加速度を観測し、その加速度のスペクトル解析により船舶の動揺の固有振動数を検出する観測手段と、船舶の動揺の固有振動数を用いて、所定のジンバル軸に作用する動揺振動角成分まで含んだ外乱トルクを要素とする状態変数ベクトルを推定することで、外乱トルクを推定する外乱トルク推定手段と、外乱トルク推定手段で推定された外乱トルクに対して逆位相の補償トルクを発生させ、動揺により発生する外乱トルクを打ち消して各ジンバル軸の制御を行う制御手段とを備え、外乱トルク推定手段は、外乱トルクの微分が、該外乱トルクと船舶の動揺の固有振動数の二乗に負符号を付した値との積で表されると仮定し、所定のジンバル軸のジンバルの回転角、該回転角の微分、外乱トルク、及び該外乱トルクの微分を要素とする状態変数ベクトル、所定のジンバル軸回りの慣性能率、所定のジンバル軸のジンバルに作用する非線型トルク、及び所定のジンバル軸回りに作用させる補償トルクと、状態変数ベクトルの微分との関係を表す状態方程式を用い、観測された所定のジンバル軸のジンバルの回転角、及び該回転角の微分を要素とする観測ベクトルを入力とするオブザーバーを適用して、状態変数ベクトルを推定する。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a satellite tracking antenna system including a gimbal platform including a plurality of gimbal axes installed on a ship and a satellite tracking antenna mounted on the gimbal platform. Observing the acceleration in the predetermined gimbal axis direction and detecting the natural frequency of the ship's sway by analyzing the spectrum of the acceleration, and using the natural frequency of the ship's sway acting on the predetermined gimbal axis Disturbance torque estimation means for estimating the disturbance torque by estimating the state variable vector including disturbance torque including the oscillation vibration angle component, and compensation of the antiphase with respect to the disturbance torque estimated by the disturbance torque estimation means to generate a torque, and a control means for canceling a disturbance torque generated controls each gimbal axis by agitation, disturbance DOO The estimation means assumes that the derivative of the disturbance torque is represented by the product of the disturbance torque and the square of the natural frequency of the ship's vibration plus a negative sign, and the rotation of the gimbal on a predetermined gimbal axis. Angle, differential of the rotation angle, disturbance torque, state variable vector having the disturbance torque derivative as elements, inertia ratio about a predetermined gimbal axis, nonlinear torque acting on a gimbal of a predetermined gimbal axis, and predetermined Using a state equation representing the relationship between the compensation torque acting around the gimbal axis and the derivative of the state variable vector, the observed gimbal rotation angle of the predetermined gimbal axis and the observation vector whose element is the derivative of the rotation angle Is applied as an input to estimate the state variable vector.
第２の発明は、船舶上に設置される複数のジンバル軸より構成されるジンバルプラットフォームと、該ジンバルプラットフォーム上に搭載される衛星追尾アンテナとを備え、該衛星追尾アンテナのアンテナ指向方向を制御する衛星追尾アンテナ制御方法において、船舶上に設置して所定のジンバル軸方向の加速度を観測し、その加速度のスペクトル解析により船舶の動揺の固有振動数を検出する第１のステップと、第１のステップで検出された船舶の動揺の固有振動数を用いて、所定のジンバル軸に作用する動揺振動角成分まで含んだ外乱トルクを要素とする状態変数ベクトルを推定することで、外乱トルクを推定する第２のステップと、第２のステップで推定された外乱トルクに対して逆位相の補償トルクを発生させ、動揺により発生する外乱トルクを打ち消して各ジンバル軸の制御を行う第３のステップとを有し、第２のステップでは、外乱トルクの微分が、該外乱トルクと船舶の動揺の固有振動数の二乗に負符号を付した値との積で表されると仮定し、所定のジンバル軸のジンバルの回転角、該回転角の微分、外乱トルク、及び該外乱トルクの微分を要素とする状態変数ベクトル、所定のジンバル軸回りの慣性能率、所定のジンバル軸のジンバルに作用する非線型トルク、及び所定のジンバル軸回りに作用させる補償トルクと、状態変数ベクトルの微分との関係を表す状態方程式を用い、観測された所定のジンバル軸のジンバルの回転角、及び該回転角の微分を要素とする観測ベクトルを入力とするオブザーバーを適用して、状態変数ベクトルを推定する。
A second invention includes a gimbal platform composed of a plurality of gimbal axes installed on a ship, and a satellite tracking antenna mounted on the gimbal platform, and controls the antenna pointing direction of the satellite tracking antenna. In the satellite tracking antenna control method, a first step of installing on a ship, observing an acceleration in a predetermined gimbal axis direction, and detecting a natural frequency of the shake of the ship by spectrum analysis of the acceleration, and a first step The disturbance torque is estimated by estimating the state variable vector including the disturbance torque including the vibration vibration angle component acting on the predetermined gimbal axis using the natural frequency of the ship vibration detected in
本発明は、外乱トルクをリアルタイムで推定してそれを打ち消すようにジンバル軸を制御することにより、船舶の動揺に対する衛星追尾アンテナの仰角および方位角の指向方向の制御精度を高め、特に小型船舶に対して中型船舶と動揺の制御精度を有する衛星追尾アンテナを実現することができる。 By controlling the gimbal axis so as to cancel the disturbance torque in real time by estimating the disturbance torque in the present invention, the accuracy of controlling the elevation angle and azimuth of the tracking angle of the satellite tracking antenna with respect to the fluctuation of the ship is improved. On the other hand, it is possible to realize a satellite tracking antenna having a control accuracy of a middle-sized ship and shaking.
図１は、４軸ジンバル機構による衛星追尾アンテナの構成例を示す。
図１において、船舶に搭載され、アンテナ反射鏡面の主ビーム方向を静止通信衛星に向けるための衛星追尾アンテナは、４つの駆動軸（Ｇi 軸、ｉは１〜４）を有するジンバルプラットフォームを用いて仰角および方位角の指向方向制御が実施される。指向方向誤差のうち、指向方向制御精度の定常偏差については、使用するセンサの精度と制御対象である衛星追尾アンテナに作用する外乱トルクの大きさによって、外乱に対する良好な応答性は制御帯域によって決まる。よって、より高い指向方向制御精度を達成するためには、高い精度を有するセンサの使用と外乱トルクを小さくすること、制御系の高帯域化が必要である。
FIG. 1 shows a configuration example of a satellite tracking antenna using a four-axis gimbal mechanism.
In FIG. 1, a satellite tracking antenna that is mounted on a ship and directs the main beam direction of an antenna reflecting mirror surface to a geostationary communication satellite uses a gimbal platform having four drive axes (Gi axis, i is 1 to 4). Direction control of the elevation angle and the azimuth angle is performed. Among directivity direction errors, the steady deviation of directivity direction control accuracy depends on the control bandwidth, depending on the accuracy of the sensor used and the magnitude of the disturbance torque acting on the satellite tracking antenna that is the control target. . Therefore, in order to achieve higher pointing direction control accuracy, it is necessary to use a sensor with high accuracy, reduce disturbance torque, and increase the bandwidth of the control system.
本発明は、外乱トルクに着目し、等価的に衛星追尾アンテナに作用する外乱トルクが小さくなるように、まず衛星追尾アンテナに作用する外乱トルクの固有振動数を計測する。これは、衛星追尾アンテナが搭載される船舶の動揺の固有振動数である。この固有振動数を状態推定器のパラメータに使用し、ある時間の外乱トルクの大きさを推定するとともに、この外乱トルクの値に対して逆位相の補償トルクをジンバルプラットフォーム制御モータで発生させ、衛星追尾アンテナに対して動揺により発生する外乱トルクを見かけ上打ち消すと同時に指向方向制御を行う。 The present invention pays attention to the disturbance torque and first measures the natural frequency of the disturbance torque acting on the satellite tracking antenna so that the disturbance torque acting on the satellite tracking antenna becomes equivalently small. This is the natural frequency of the sway of a ship equipped with a satellite tracking antenna. Using this natural frequency as a parameter of the state estimator, the magnitude of the disturbance torque for a certain time is estimated, and a compensation torque with an antiphase with respect to the value of this disturbance torque is generated by the gimbal platform control motor. Directional direction control is performed simultaneously with apparently canceling out the disturbance torque generated by the fluctuation of the tracking antenna.
図２は、本発明の衛星追尾アンテナの制御系の構成例を示す。
図２において、加速度計測装置１１およびスペクトル解析装置１２からなる観測器は、船舶の慣性航法装置または加速度計を用いて、制御対象の衛星追尾アンテナのジンバル軸方向の加速度を計測し、その加速度スペクトルを解析して動揺の固有振動数を検出する。外乱トルク推定装置１３は、観測された動揺の固有振動数に基づいて、衛星追尾アンテナの各ジンバル軸に作用する外乱トルクを推定する。外乱トルク打ち消し制御装置１４は、外乱トルク推定装置１３で推定された外乱トルクに対する逆位相の補償トルクをジンバルプラットフォーム制御モータ１５で発生させ、衛星追尾アンテナに対して動揺により発生する外乱トルクを打ち消す。
FIG. 2 shows a configuration example of the control system of the satellite tracking antenna of the present invention.
In FIG. 2, an observation device comprising an acceleration measuring device 11 and a
海洋を航行する船舶の動揺は、波浪による強制振動により発生し、理論的には複数の固有振動数でそれぞれ異なる振幅を正弦波の重ね合わせと考えられるが、現実には１つの大きな振幅を有する正弦波で代表されることが多い。 The sway of a ship that sails in the ocean is caused by forced vibrations caused by waves. Theoretically, different amplitudes at multiple natural frequencies can be considered as superposition of sine waves, but in reality it has one large amplitude. Often represented by a sine wave.
さらに、この正弦波として表される波浪により励起される船舶の動揺は、船舶の重心およびメタセンターの影響を加味した固有振動を有する正弦波となる。いずれにしても船舶の動揺が１つの固有振動数のみを有する正弦波であると仮定した場合、衛星追尾アンテナの１つの軸（以下ｉ軸）に作用する外乱トルクｄi は、 (1)式のように表される。 Furthermore, the vessel shake excited by the waves expressed as a sine wave becomes a sine wave having a natural vibration that takes into account the influence of the center of gravity and metacenter of the vessel. In any case, assuming that the ship shake is a sine wave having only one natural frequency, the disturbance torque d i acting on one axis (hereinafter referred to as i-axis) of the satellite tracking antenna is expressed by equation (1). It is expressed as
一方、衛星追尾アンテナのジンバルによる運動方程式はｉ軸のみを取り出すと、 (2)式のように表される。
θi ：ｉ軸のジンバルの回転角
Ｉi ：ｉ軸回りの慣性能率
ｆi ：ｉ軸のジンバルに作用する非線型トルク（内部干渉、軸間トルク）をＩi で
除した量
Ｔi ：ｉ軸回りに作用させる制御トルク
Ｄi ：ｉ軸回りに作用する外乱トルクに関する要素
On the other hand, the equation of motion due to the gimbal of the satellite tracking antenna is expressed as equation (2) when only the i-axis is extracted.
Divided amount T i : Control torque acting around the i axis Di: Factor relating to disturbance torque acting around the i axis
また、Ｘ Di の微分は、 (3)式で表すことができる。
(2)式および (3)式について、状態変数ベクトルを拡張してＸ i とし、さらにこれを用いて１つの状態方程式で表すと、 (4)式のようになる。さらに、Ｘ i の観測量は、 (5)式のように表される。 For the equations (2) and (3), when the state variable vector is expanded to X i and further expressed as one state equation, the equation (4) is obtained. Furthermore, the observed amount of X i is expressed as in equation (5).
この場合、状態量Ｘ i は、 (4)式および (5)式の行列Ａi ，Ｃi より生成される可観測行列を用いて、可観測であるならば、状態推定理論の１つであるオブザーバーを適用して推定できることが分かっている。ただし、この場合、行列Ａi ，Ｃi の各要素が既知であることが必要である。各要素は、本質的に衛星追尾アンテナのダイナミクスであり、ωi は (1)式で明らかなように船舶の動揺固有振動数であって、外乱であるため、別途その固有振動数を測定により明らかにする必要がある。 In this case, if the state quantity X i is observable using the observable matrix generated from the matrices A i and C i in the equations (4) and (5), it is one of the state estimation theories. It is known that it can be estimated by applying an observer. However, in this case, each element of the matrices A i and C i needs to be known. Each element is essentially the dynamics of the satellite tracking antenna, and ω i is the natural vibration frequency of the ship as shown in Eq. (1) and is a disturbance. It is necessary to clarify.
このため、図３に示すように、船舶の位置する局地座標系を基準にして、その基準座標系と船舶上に搭載した観測器（加速度計測装置１１，スペクトル解析装置１２）により、船舶の動揺波形（ａ＝−ｒω2 ｄ、ｒは重心からの距離）を観測してスペクトル解析することにより、主たる動揺の固有振動数ω＾を把握する。 For this reason, as shown in FIG. 3, with reference to the local coordinate system where the ship is located, the reference coordinate system and an observer (acceleration measuring device 11, spectrum analyzing device 12) mounted on the ship By observing the oscillation waveform (a = −rω 2 d, r is the distance from the center of gravity) and performing spectrum analysis, the natural frequency ω ^ of the main oscillation is grasped.
以上の準備の後、図４に示すように外乱推定オブザーバー（外乱トルク推定装置）において、状態変数ベクトルＸ i を推定する。オブザーバーは (6)式に示すように、観測ベクトルＹ i と、状態変数ベクトルの推定値Ｘ＾ i より得られる推定観測量Ｃi Ｘ＾ i との差分に比例定数行列Ｇi をかけて推定することができる。
外乱トルクＸ Di は、状態変数ベクトルの推定値Ｘ＾ i の構成要素より分かるため、制御器（外乱トルク打ち消し制御装置１４）は、この外乱トルクの大きさを打ち消す補償トルクを、ジンバルプラットフォーム制御モータで発生する駆動トルクｕ ai に印加し、衛星追尾アンテナに入力される外乱トルクを見かけ上ゼロにする。 Since the disturbance torque X Di is known from the constituent elements of the estimated value X ^ i of the state variable vector, the controller (disturbance torque cancellation control device 14) uses a compensation torque for canceling the magnitude of the disturbance torque as a gimbal platform control motor. in is applied to the driving torque u ai generated, to zero apparent disturbance torque input to the satellite tracking antenna.
船舶の動揺は、船舶のヨー軸回りにはかなり小さいため、ロール軸とピッチ軸回りの動揺について扱うものとする。船舶の動揺を引き起こす波浪運動は、１つの正弦波と仮定しているため、それにより発生する加速度は、重心とロール軸とピッチ軸上以外の任意の位置で測定可能である。例えば図５に示す加速度計測装置１１のように、ヨー軸方向に検出軸を有する１つの加速度計あるいは、慣性航法装置に組み込まれたヨー軸方向の加速度を検出する加速度センサを用いて当該加速度を検出する。検出した加速度信号は、図２および図３に示すスペクトル解析装置１２に入力され、最もエネルギー密度の大きい周波数を動揺の周波数として求める。
Since the swaying of the ship is quite small around the yaw axis of the ship, the swaying around the roll axis and the pitch axis is treated. Since the wave motion that causes the ship to shake is assumed to be one sine wave, the acceleration generated thereby can be measured at any position other than on the center of gravity, roll axis, and pitch axis. For example, like the acceleration measuring device 11 shown in FIG. 5, the acceleration is measured using one accelerometer having a detection axis in the yaw axis direction or an acceleration sensor that detects acceleration in the yaw axis direction incorporated in the inertial navigation device. To detect. The detected acceleration signal is input to the
次に、図１において、２軸ジンバルを用いた衛星追尾アンテナの場合、ロール軸およびピッチ軸回りの動揺の影響を受けるのは、仰角に関するＧ4 軸である。よって、Ｇ4 軸に関して、図６に示すような制御系を構成する。観測器でＧ4 軸の回転角および回転角速度を計測し、外乱推定オブザーバーでＧ4 軸回りの外乱トルクを推定し、その外乱トルクを打ち消す補償トルクをジンバルプラットフォーム制御モータにより発生させつつ、所望の目標とする制御器を組み込む。 Next, in FIG. 1, when the satellite tracking antenna using the two-axis gimbal, affects roll axis and pitch axis of the upset is G 4 axes about elevation. Therefore, with respect to G 4 axes, constituting the control system as shown in FIG. The rotation angle and the rotation angular velocity of the G 4 axes measured by the observer, by the disturbance estimation observer estimates a disturbance torque G 4 axis, while generating the gimbal platform control motor compensation torque for canceling the disturbance torque, the desired Incorporate the target controller.
図１において、４軸ジンバルを用いた衛星追尾アンテナの場合には、図７に示すように、その動揺による外乱トルクの影響を受けるのは、Ｇ1 軸およびＧ2 軸のみである。２軸ジンバルの衛星追尾アンテナの場合と同様に、観測器でＧ1 ，Ｇ2 軸の回転角および回転角速度を計測し、外乱推定オブザーバーでＧ1 軸回りおよびＧ2 軸回りの外乱トルクを推定し、軸ごとに外乱トルクを打ち消す補償トルクをジンバルプラットフォーム制御モータにより発生させつつ、所望の目標とする制御器を組み込む。ただし、図４に示したように動揺の周波数については、共通に使用可能である。 1, in the case of a satellite tracking antenna using a 4-axis gimbal, as shown in FIG. 7, only the G 1 axis and the G 2 axis are affected by disturbance torque due to the shaking. As with the 2-axis gimbal satellite tracking antenna, the G 1 and G 2 axis rotation angles and rotation angular velocities are measured with an observer, and the disturbance estimation observer estimates disturbance torque around the G 1 axis and G 2 axis. Then, a compensator torque that cancels the disturbance torque for each axis is generated by the gimbal platform control motor, and a desired target controller is incorporated. However, as shown in FIG. 4, the oscillation frequency can be used in common.
１１ 加速度計測装置
１２ スペクトル解析装置
１３ 外乱トルク推定装置
１４ 外乱トルク打ち消し制御装置
１５ ジンバルプラットフォーム制御モータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11
Claims (2)
前記船舶上に設置して所定のジンバル軸方向の加速度を観測し、その加速度のスペクトル解析により前記船舶の動揺の固有振動数を検出する観測手段と、
前記船舶の動揺の固有振動数を用いて、前記所定のジンバル軸に作用する動揺振動角成分まで含んだ外乱トルクを要素とする状態変数ベクトルを推定することで、前記外乱トルクを推定する外乱トルク推定手段と、
前記外乱トルク推定手段で推定された外乱トルクに対して逆位相の補償トルクを発生させ、前記動揺により発生する外乱トルクを打ち消して前記各ジンバル軸の制御を行う制御手段と
を備え、
前記外乱トルク推定手段は、
前記外乱トルクの微分が、該外乱トルクと前記船舶の動揺の固有振動数の二乗に負符号を付した値との積で表されると仮定し、
前記所定のジンバル軸のジンバルの回転角、該回転角の微分、前記外乱トルク、及び該外乱トルクの微分を要素とする前記状態変数ベクトル、前記所定のジンバル軸回りの慣性能率、前記所定のジンバル軸のジンバルに作用する非線型トルク、及び前記所定のジンバル軸回りに作用させる補償トルクと、前記状態変数ベクトルの微分との関係を表す状態方程式を用い、観測された前記所定のジンバル軸のジンバルの回転角、及び該回転角の微分を要素とする観測ベクトルを入力とするオブザーバーを適用して、前記状態変数ベクトルを推定する
ことを特徴とする衛星追尾アンテナシステム。 In a satellite tracking antenna system comprising a gimbal platform composed of a plurality of gimbal axes installed on a ship, and a satellite tracking antenna mounted on the gimbal platform,
Observation means installed on the ship to observe acceleration in a predetermined gimbal axis direction, and detecting the natural frequency of the ship's vibration by spectral analysis of the acceleration;
Disturbance torque for estimating the disturbance torque by estimating a state variable vector having a disturbance torque including the vibration vibration angle component acting on the predetermined gimbal axis using the natural frequency of the ship's vibration. An estimation means;
Control means for generating a compensation torque having an antiphase with respect to the disturbance torque estimated by the disturbance torque estimation means, and canceling the disturbance torque generated by the shaking to control each gimbal shaft ,
The disturbance torque estimating means includes
Assuming that the derivative of the disturbance torque is represented by the product of the disturbance torque and a value obtained by adding a negative sign to the square of the natural frequency of the vibration of the ship,
The gimbal rotation angle of the predetermined gimbal axis, the differential of the rotation angle, the disturbance torque, the state variable vector having the disturbance torque differential as elements, the inertia ratio around the predetermined gimbal axis, the predetermined gimbal The gimbal of the predetermined gimbal axis observed using a state equation representing the relationship between the nonlinear torque acting on the gimbal of the shaft, the compensation torque acting around the predetermined gimbal axis, and the derivative of the state variable vector The satellite tracking antenna system is characterized in that the state variable vector is estimated by applying an observer having an input of an observation vector having a rotation angle of the rotation angle and an observation vector having a derivative of the rotation angle as an input .
前記船舶上に設置して所定のジンバル軸方向の加速度を観測し、その加速度のスペクトル解析により前記船舶の動揺の固有振動数を検出する第１のステップと、
前記第１のステップで検出された前記船舶の動揺の固有振動数を用いて、前記所定のジンバル軸に作用する動揺振動角成分まで含んだ外乱トルクを要素とする状態変数ベクトルを推定することで、前記外乱トルクを推定する第２のステップと、
前記第２のステップで推定された外乱トルクに対して逆位相の補償トルクを発生させ、前記動揺により発生する外乱トルクを打ち消して前記各ジンバル軸の制御を行う第３のステップと
を有し、
前記第２のステップでは、
前記外乱トルクの微分が、該外乱トルクと前記船舶の動揺の固有振動数の二乗に負符号を付した値との積で表されると仮定し、
前記所定のジンバル軸のジンバルの回転角、該回転角の微分、前記外乱トルク、及び該外乱トルクの微分を要素とする前記状態変数ベクトル、前記所定のジンバル軸回りの慣性能率、前記所定のジンバル軸のジンバルに作用する非線型トルク、及び前記所定のジンバル軸回りに作用させる補償トルクと、前記状態変数ベクトルの微分との関係を表す状態方程式を用い、観測された前記所定のジンバル軸のジンバルの回転角、及び該回転角の微分を要素とする観測ベクトルを入力とするオブザーバーを適用して、前記状態変数ベクトルを推定する
ことを特徴とする衛星追尾アンテナ制御方法。 In a satellite tracking antenna control method, comprising: a gimbal platform composed of a plurality of gimbal axes installed on a ship; and a satellite tracking antenna mounted on the gimbal platform, and controlling the antenna pointing direction of the satellite tracking antenna. ,
A first step of installing on the ship, observing acceleration in a predetermined gimbal axis direction, and detecting a natural frequency of the ship's sway by spectral analysis of the acceleration;
By using the natural frequency of the ship motion detected in the first step, estimating a state variable vector having a disturbance torque including the vibration vibration angle component acting on the predetermined gimbal shaft as an element. A second step of estimating the disturbance torque;
To generate a compensation torque of the opposite phase to the estimated disturbance torque in the second step, to cancel the disturbance torque generated by the upset have a third step for controlling the respective gimbal axis,
In the second step,
Assuming that the derivative of the disturbance torque is represented by the product of the disturbance torque and a value obtained by adding a negative sign to the square of the natural frequency of the vibration of the ship,
The gimbal rotation angle of the predetermined gimbal axis, the differential of the rotation angle, the disturbance torque, the state variable vector having the disturbance torque differential as elements, the inertia ratio around the predetermined gimbal axis, the predetermined gimbal The gimbal of the predetermined gimbal axis observed using a state equation representing the relationship between the nonlinear torque acting on the gimbal of the shaft, the compensation torque acting around the predetermined gimbal axis, and the derivative of the state variable vector The satellite tracking antenna control method is characterized in that the state variable vector is estimated by applying an observer having an input of an observation vector having a rotation angle of the rotation angle and an observation vector having a derivative of the rotation angle as an element .
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