JPH0245299A - 姿勢制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は姿勢制御システムに関し、更に詳しくは、旋回
はずみホイールを使用し、磁気姿勢制御システムを増強
するために使用される姿勢制御システムに関する。

磁気トルク発生システムを使用して、商用通信衛星を含
む運動量バイアス式衛星の姿勢を制御している。バーケ
ル（Ｐｅｒｋｅｌ）の米国特許第３，８３４．６５３号
およびマルフェルダ等（Ｍｕｈｌｆｅｌｄｅｒ　ｅｔ　
ａｌ）の米国特許４，０６２，５０９号はこのような閉
ループ姿勢制御システムの例を示している。トルク発生
手段は磁気双極子から構成され、この磁気双極子は、閉
ループ制御動作によって付勢されると、地球または他の
惑星の周りに存在する周囲環境の磁界と相互作用し、歳
差運動トルクを発生し、衛星の姿勢を補正する。

この動作における磁気制御トルクは周囲環境の全ての妨
害トルク（太陽の放射圧、重力傾度、磁気相互作用、無
線周波圧等によって誘導されるような）を克服するに十
分な大きさのものでなければならない。妨害トルクは衛
星をその所望の方向または所望の姿勢からそらせるもの
である。これらの妨害トルクは一定（バイアス）であっ
たり、または周期的であったり（軌道的、日周的、また
は季節的）、または−学的要素と周期的要素を混合した
ようなものである。したがって、磁気制御トルクはこれ
らの影響の最大の組合せ（即ち、最悪ケース）に対して
十分なものでなければならない。更に、トルク発生装置
は周囲環境磁界の通常の日周的変化が存在する場合およ
び（太陽の異変の間に発生するような）減少した周囲環
境磁界が存在する場合に十分な制御トルクを発生しなけ
ればならない。ある極度の非常にまれな場合には、太陽
の異変は周囲環境磁界を完全に逆にすることがある。こ
の後者の場合には姿勢のずれを防止する代わりの制御手
段（即ち、バックアップ手段）を備えていなければなら
ない。

また、姿勢制御に加えて、章動を減衰させる何らかの手
段を備えていることが更に望ましい。磁気トルク発生装
置を使用した章動減衰についてはマル７エルグ等（Ｍｕ
ｈｌｒｅｌｄｅｒ　ｅｔ　ａｌ）に与えられた特許（米
国特許第４，４２４，９４８号）に記載されている。

発明のａ要 本発明の一実施例によれば、姿勢制御システムはピッチ
軸を横切る軸（例えば、ロール軸）の周りにおける角偏
差を表すエラー信号を発生する手段と、（例えば、はず
みホイール（モーメンタムホイール）を旋回させること
によって）検出されたエラーを補正するように所定方向
に運動量ベクトルを回転させる手段と、選択された軸に
沿って指令し得る磁気双極子を有する磁気トルク発生手
段と、エラー信号に応答して、姿勢エラーを低減するよ
うに磁気トルク発生手段を付勢する手段とを有している
。更に、磁気トルク発生動作においては、検出されたエ
ラー信号が所与のしきい値を超えることを待ち受けてい
る。また、別の様相においては、制御システムは所与の
しきい値よりも大きな値を有する第２のしきい値を有し
、この点において運動量ベクトルを回転させる手段が動
作される。

好適実施例の詳細な説明 第１図は基準軸Ｘ、ＹおよびＺを有する宇宙船１０を示
している。これらの軸は宇宙船本体に固定され、質量の
中心１０ａに中心をおいている直交右手座標系を形成し
ている。Ｚ軸は、宇宙船がその意図する姿勢にある場合
、宇宙船の総角運動量ベクトルＨに名目上平行である。

はずみホイールすなわち回転子１３はその角運動量ベク
トルがＺ軸に名目上平行であるように配列されている。

モータ１５は安定化されたプラットフォームすなわち本
体１１と回転するはずみホイール１３とを連結している
。プラットフォームすなわち本体１１はアンテナまたは
他のペイロードを有していてもよい。モータ１５の回転
速度はホイール１３によって蓄積される運動量が衛星１
０に対してジャイロスコープのスティフネスを与えるに
十分なように制御される。また、モータ速度は１つの面
上のアンテナが所望の方向（例えば、地球の方向）を示
すように本体すなわちプラットフォーム１１を維持すべ
く制御される。この制御動作は名目上地方垂直線および
軌道法線によって定められる面にＸ軸を維持する。上述
したようなものにおいて、地球静止軌道においては、プ
ラットフォーム１１は１日に１回回転する。この制御は
例えば、ケビン・フィリップス（Ｋｅｖｉｎ　Ｐｈ１ｌ
ｌｉｐｓ）の米国特許第３．６９５．５５４号および第
３，８３０，４４７号に記載されているようなピッチ制
御システムによって行われる。これらの特許はここに２
考のため取り入れられている。

はずみホイール１３は、Ｚ軸に平行なその角運動量ベク
トルに名目上一致するように配列されているが、Ｙ軸に
平行な蝶番機構によって旋回される。この旋回はホイー
ルの角運動ユベクトルをＸおよびＺ軸で定められる面内
で移動することを可能にしている。ホイール１３はモー
タ１５の回転子１７に取り付けられている。モータ１５
の固定子はプラットフォーム１１にヒンジ２１を介して
取り付けられている部材１９に取り付けられている。ヒ
ンジ２１はＹ軸に平行なＹ′軸上に設けられ、Ｙ′軸の
周りに旋回する。

旋回するホイール１３は宇宙船１０の総運動量を変えな
いが、ホイールの角運動量ベクトルを宇宙船１０に対し
て動かし、これにより軸間で運動量を転換【２ているこ
とに注意されたい。一方、磁気トルク発生動作は宇宙船
１０の総運動量における基本的変化（永年変化）を発生
し、余分な運動量を減らすとともに、姿勢エラーを補正
する。

センサ２３はＹ軸に平行な軸の周りの角運動を検出する
。このセンサは例えば典型的な水平感知器であ、ってよ
く、この水平感知器は惑星の水平の赤外線特性を感知し
、衛星のロール姿勢エラーに比例する信号を発生する。

または、センサは他の形式のアースセンサであってもよ
い。水平感知器の更に詳細な説明はマルフエルダ（Ｍｕ
ｈｌｒｅｌｄｅｒ）の米国特許第４，０６２，５０９号
に記載されている。この発明はここに参考のため取り入
れられている。

センサ２３によって検出されたロール姿勢エラーは平滑
ロジック２５（第２図）を通過する。第１図および第２
図において、同じ番号は同じ装置を示している。平滑ロ
ジック２５からの出力は旋回制御ロジック２７および加
算回路３４に供給される。加算回路３４からの出力は回
路３５によって遅らされる。回路３５からの遅延出力は
しきい値回路３７を通過する。しきい値回路３７は前述
した特許第３．８３４．６５３号に説明されているよう
な従来の磁気トルク発生に従って磁気トルク発生コイル
４０を付勢するロールトルク発生装置ドライバ３９を作
動する。トルク発生コイルはマルフェルダ等（Ｍｕｈｌ
ｆ’ｅｌｄｅｒ　ｅｔ　ａｌ）の米国特許第４，０６２
，５０９号に説明されているように斜めの双極子（例え
ば、矢印７０で示すような）をｑしていＣもよい。回路
３５は章動周期の一部に対する磁気トルクの発生を遅ら
せる。この遅延はマルフエルダ等の米国特許第４，４２
４，９４８号に記載されているように、トルクの位相を
シフトし、章動を低減する。この特許はここに参考のた
めに取り入れられている。コイル４０は周囲磁界との相
互作用を介した補正用トルクを供給する。アースセンサ
組立体、平滑ロジック、減衰遅延回路、しきい値回路、
トルクドライバおよび磁気トルク発生装置からなるこの
磁気制御システムは前述した米国特許第４．４２４，９
４８号に記載されている。

前述〔７た全ての妨害に対抗するために、磁気トルク発
生装置は最悪状態、すなわち最小の周囲環境磁界に対す
る各妨害トルクの最大値の和を考慮した大きさでなけれ
ばならない。これは大きな磁気双極子を有する大きな磁
気コイルを必要とし７、また重く、かなりの電力を消費
する。これらの全ては好ましくないものである。

本技術によると、磁気トルク発生装置が微細分解能制御
用に使用され、旋回はずみホイールを使用してＸ−２面
に累積された角運動量を一時的に貯え、これにより姿勢
の大きな変化を防止する場合にはかなり小さなトルク発
生装置で十分である。

この補助的な補正の必要性は旋回制御ロジック２７によ
って検出され作動する。旋回制御ロジック２７はしきい
値回路３７のしきい値よりも大きなしきい値を何するし
きい値回路を有していてもよく、これによりホイール旋
回動作は姿勢制御エラーを制限するためにのみ作用する
。

旋回制御ロジック２７は制御を必要とするときを決定し
、制御信号を発生するマイクロプロセッサを有している
。これらの信号はステップモータ２９に対する指令であ
り、ステップモータ２９はモータおよびホイール１３が
取り付けられている旋回部材１９および衛星本体１１を
機械的に連結している（第１図において点線３０で示す
）。ステップモータ２９ははずみホイール１３の回転軸
をプラットフォーム１１のＺ軸１２に対してＹ′軸の周
りを段階的に回転させる。ロールエラーが正である場合
（即ち、宇宙船が正のＹｌｌｔｈの周りを回転によって
正常な方向から変位した場合）、モータはＹ′軸の周り
を正方向にホイールを旋回させる。しかしながら、ロー
ルエラーが負の場合には、ホイールはＹ′軸の周りを負
方向に旋回させられる。旋回制御ロジック２７は旋回指
令を対で発生する。これらの対の個々の指令は名目上単
動周期の半分離れている。これらの指令の各々は複数の
ステップを有しているが、各指令の継続期間は典型的に
は宇宙船の常動周期の小さな一部にすぎない。

本発明の一実施例においては、旋回制御ロジック２７は
対の各半分に対して等しい旋回角度を指令する。例えば
、ロールエラ〜を補正するためには、ロジック２７内の
マイクロプロセッサはエラーを減らす方向に必要なステ
ップの半分を指令し、常動周期の半周期後に同じ方向に
残りのステップを指令する。等しい旋回角度を常動周期
の半周期ずつ分けて指令することによって、制御ロジッ
ク２７はロール制御動作が宇宙船の単動を増大すること
を防止しようとするものである。

本発明の他の実施例においては、旋回制御ロジック２７
は対の名目上等しくない旋回角度を指令し、これにより
旋回動作によって単動を減衰させるとともに、ロールエ
ラーを補正する。両実施例に対するロジックを以下に説
明する。

第１の角度ステップをθ１で表し、第２の角度ステップ
を０２で表すと、各対のステップははずみホイール軸の
方向を衛星のロール軸の周りに０１＋θまたけ変化させ
る。また、これは衛星のロール方向を０１＋０２だけ適
当な方向に変化させ、アースセンサ２３によって検出さ
れたロールエラーを低減する。旋回制御ロジック２７は
、ステップパルスをはずみホイール旋回ステップモータ
２９に供給することに加えて、関連信号をカウンタ２８
に供給する。このカウンタ２８は実際の旋回オフセット
角度を決定する。それから、カウンタ２８からのこの角
度は加算回路３４においてロジック２３からの平滑ロー
ルエラー信号に加えられる。旋回オフセット角度は上述
した閉ループ動作によるものだけであり、外部から指令
される旋回オフセットはここで説明する動作において旋
回−オフセット位置を計算するために零基準としてカウ
ンタ２８内のロジックによって使用される。

第１図に示す宇宙船においては、ロールエラーはピッチ
軸２および軌道法線の間におけるロール軸Ｙの周りの角
度不整合を表している。ホイール１３の軸が最初ピッチ
軸Ｚに一致している場合、ホイールの角運動量ベクトル
も軌道法線からずれている。システムの動作では、セン
サが旋回制御ロジック２７内のしきい値を超えたロール
エラーを検出した場合、以下に説明するように２段階で
、補正が行われる。２段階の処理が終了すると、ロール
エラーは補正され、ピッチ軸は軌道法線に一致する。第
２ステツプはホイール軸を慣性空間のその元の方向に戻
すが、それは衛星のピッチ軸から外れている。カウンタ
２８はこの角度変位を記録し、実際の変位が磁気制御ル
ープ用のロールエラーに加えられる。

結果として、磁気制御ループはホイールの軸（およびそ
の角運動量ベクトル）を軌道法線に一致するように動作
する。旋回ログ。ツク２７および磁気制御ループの組み
合わせた動作によってピッチ軸およびホイールの回転軸
は軌道法線に一致させられることになる。

平滑ロールエラーおよび旋回−オフセット角度の和を表
す加算回路３４からの信号は前述したように、および米
国特許第４，４２４．９４８号に関連して、説明し、た
ように、遅延回路３５を介して遅延させられ、回路３７
を介してしきい値処理される。遅延信号は衛星の総運動
量ベクトルの歳差運動を可能にすると同時に、優勢な単
動を減衰させる。回路３７から出力されるしきい値処理
された信号は適当な極性をもってトルク発生装置ドライ
バ３９を介して磁気トルク発生装置に供給される。

上述した制御方法は磁気姿勢制御の利点（優れた分解能
、′Ｒｆｆｉ除去を必要としないこと、高い信頼性、歳
差運動制御および単動減衰動作の同時処理）を維持する
と共に、磁気閉ループ制御を能動的に旋回するはずみホ
イールで補助することによって必要な磁気トルク発生装
置の大きさ、重さおよび電力を低減する。旋回はずみホ
イールは横断（ロール／ヨー）面における運動量を一時
的に蓄積し、−時的な磁気制御トルク飽和による受は入
れることができない姿勢変化を除去する。ある衛星にお
いては、この方法は磁気トルク発生装置の大きさおよび
重さを半分にすることができる。更に、周囲環境磁界が
一時的に弱くなったり、または逆になった場合には、旋
回動作によって姿勢の逸脱を自動的に防止する。

この独特の動作の利点を証明するコンピュータによるシ
ミュレーション結果が第３図、第４図および第５図に示
されている。第３図は小型のロール制御トルク発生器を
単独で使用した典型的な運動量バイアス式静止衛星のロ
ール姿勢履歴を示している。本発明の旋回ホイールを用
いた場合には、（−時的なトルク飽和によって生ずる）
第３図の大きなロール姿勢変化は第４図に示すように実
質的に低減する。これは第５図に示す閉ループ旋回動作
の結果として達成されるものである。これらのシミュレ
ーションにおいては、対の旋回ステップ（θ１＋０２）
あたりの分解能が０．００９’であり、旋回作動のしき
い値は０．０２”であり、磁気トルク発生動作のしきい
値は０．０１°である。上述した動作はこの制御設計の
利点を示しているものである。

旋回制御ロジック２７の一実施例の動作を第６図に関連
して説明する。ロール角φはしきい値τが交差するまで
監視される。ロール角φが選択されたしきい値τに等し
いかまたは超えた場合、ロール角φは記録、即ち蓄積さ
れる。名目上の単動周期の半周期分遅れて（先験的に知
られている）、ロール角φは再び記録される。（歳差運
動エラーはこれらの２つの読みの平均であり、これらの
２つの読みを平均または加算することによってロール角
の単動成分を補正開始するのに使用される値から除去す
ることに注意されたい。）ロジック２７はそれからステ
ップモータ２９に指令し、これらの２つの読みの和に比
例する第１の角度だけホイール１３を旋回させる。更に
単動周期の半周期分の遅延の後、ロジック２７はステッ
プモータ２９を指令し、第１の旋回角度に等しい角度だ
けホイール１３を旋回させる。ホイール１３を旋回させ
るステップモータ２９によって導入された変移が落ち着
く僅かな遅延の後、ロジック２７はロール角φの監視を
再び始める。前述したように、単動周期の半分だけ分離
した２つの旋回角度の等しい変化を指令することによっ
てロール制御動作が宇宙船の単動を増大することを防止
している。

第６図は説明した実施例のロジック２７内のマイクロプ
ロセッサ用のプログラムを示すフローチャートである。

マイクロプロセッサは最初ロールエラー信号φの絶対値
が旋回制御システム用のしきい値τに等しいかまたは越
えたかどうかを決定する（ブロック６１）。判定がｒｎ
ｏＪの場合には、旋回角度における変化を必要とせず、
制御ロジック２７の残りの動作はバイパスされる。ブロ
ック６１は判定がｒｙｅｓＪになるまで繰り返し実行さ
れる。ロール角φがしきい値τを超えると、ロールエラ
ーφ１が記録される（ブロック６２）。

単動周期の半周期（ＨＮＰ）分の遅延の後（ブロック６
３）、ロールエラーφ２が再び記録される（ブロック６
４）。マイクロプロセッサはそれから歳差運動エラーを
補正するに必要な旋回ステップ数Ｓを計算する（ブロッ
ク６５）。旋回ステップ数（Ｓ）は記録された２つのロ
ールエラ（φ１＋φ２）の和に比例し、ロールエラーの
符号によって正または負である。Ｓの正の値はホイール
が正のＹ′軸（第１図参照）の周りに旋回すべきである
ことを示し、Ｓの負の値は反対方向に旋回することを示
す。マイクロプロセッサはステップモータ２９にＳステ
ップだけホイール１３を動かし旋回させるように指令す
る（ブロック６６）。更に単動周期の半周期分の遅延の
後（ブロック６７）、マイクロプロセッサはステップモ
ータ２９に更にＳステップ分ホイール１３を旋回させる
ように指令する（ブロック６８）。短い遅延の後（ブロ
ック６９）、処理が繰り返される。

旋回制御ロジック２７の好適実施例の動作を第７図の制
御ロジックのフローチャートを参照して次に説明する。

ロール角φはしきい値τが超えるまで監視され、超える
とロール角は記録される。

それから、システムは、ピークエラーがしきい値に記録
されている符号と同じ場合、単動周期の次の１／４周期
の間にピークロールエラーを決定する。

ピークにおいて、ロールエラーφは記録され、単動サイ
クルタイマはＯにリセットされる。しかしながら、ロー
ル角φが０に等しいか、または１／４サイクルの間にお
いて符号が変化した場合には、制御システムはリセット
され、モニタ処理が新たに開始される。

タイマは単動周期の半分が記録したピークから通過した
ことを示した場合、ロール角が再びサンプルされる。歳
差運動エラーは単動周期の半分分かれて取られた２つの
読みの平均である。常動エラーはこれらの２つの読みの
間の差の半分に等しい。歳差運動エラーは２つの読みの
和に比例し、常動エラーはそれらの差に比例するので、
上述した２つの文章に記載されている分割処理を実行す
ることは必要でないかもしれないことに注意されたい。

システムは２つの読みを使用し、歳差運動エラーを補正
するようにホイール１３を旋回するに必要な旋回ステッ
プ数Ｓｐおよび常動エラーを補正するに必要な旋回ステ
ップ数ＳＮを計算する。

１制御サイクル内において全エラーを補償するために、
２つの制御旋回角度の各々は歳差運動および常動エラー
の半分に等しくされるべきで・ある。

旋回角度が計算されると、ステップモータ２９は歳差運
動および単動旋回角度の和（ＳＰ　＋ＳＮ）に比例する
角度だけホイール１３を旋回させる。

単動周期の半周期９遅れて、ホイールは再び旋回される
が、この時には、歳差運動および単動旋回角反間の差（
Ｓｐ−８Ｎ）に比例する角度だけ旋回させられる。旋回
による変動が落ち着くだけの遅延の後、処理は繰り返さ
れる。

完全な制御サイクルは１および１，５単動周期の間に行
われて完成する。理想的には、大きなエラーおよび小さ
なエラーの両方とも単一の制御サイクル内で補正するこ
とができる。しかしながら、利得エラー、旋回角度１す
限、タイミングエラーセンサ雑音および他の実際的な制
限が大きなエラーを補正するのに実際に必要とされる時
間を数単動サイクルまで増大する。これはまだ磁気トル
ク発生ヨー／ロール制御システムで可能なものよりもか
なり速い応答速度である。しかしながら、旋回分解能は
ステップモータ２９のステップの大きさによって制限さ
れる。磁気制御システムは非常に遅いものであるが、そ
の低いしきい値および低い補正トルクは一般に微細な制
御を提供し、更に完全な単動減衰動作を行う。一方、旋
回制御システムは旋回ホイール１３に横断運動量を一時
的に蓄積することによって大きなエラーを急速に補正す
る補助動作を有している。

第７図のフローチャートは動作についてちょうど説明し
た歳差動作および単動制御を組み合わせた動作に対する
マイクロプロセッサのプログラムを示している。マイク
ロプロセッサはまずロール角エラー信号φの絶対値が旋
回制御システムのしきい値τを超えたかどうかを決定す
る（ブロック８１）。判定が「ｎｏ」の場合には、制御
ロジック２７の残りの部分はバイパスされ、システムは
待機し、次のエラー信号を監視する。判定がブロック８
１の右側の矢印で示ずようにｒｙｅｓＪである場合には
、ロールエラーφが記録され、２つのタイマはＯにリセ
ットされる（プロ・ツク８２）。

ロール角エラーφが０に等しいか、または常動周期の次
のｌ／４の間において符号を変える場合には（ブロック
８３）、制御システムはブロック８３からｒｎｏＪの出
力で示されるようにリセ・ントされ、処理が新たに開始
する。ロール角φがＯに等しくなく、符号が変化しない
場合にはくプロ・ツク８３からのｒｙｅｓＪの矢印）、
判定ロジ・ツクは現在のロール角φが前のピークロール
角φ１を超えたかどうか決定する（ブロック８５）。新
しいロール角φが前に蓄積したピークロール角φ１を超
える場合には、新しいピークロール角が蓄積され、半単
動周期タイマＴＨはリセ・７　トされる（ブロック８６
）。

ブロック８７はしきい値を交差してからの時間ＴＱを測
定するとともに、ピークに達してからの時間ＴＨを測定
する（ブロック８７）。ブロック８９からのｒｙｅｓＪ
という名称を付けられている矢印によって示されている
ようにしきい値が交差してから単動期間の１／４が通過
すると、システムはロール角の監視を停止する。ブロッ
ク８９からのｒｎｏＪの矢印で示されているようにそう
でない場合には、ロール角エラーは遅延（ブロック９０
）を介してブロック８３で監視され続ける。

ブロック９２からのｒｙｅｓＪと云う名称の矢印で示さ
れているように記録されたピークからの時間ＴＨが半単
動周期に等しいかまたは超えた場合には、ロールエラー
角φ２がサンプルされ蓄積される（ブロック９４）。そ
うでない場合（ブロック９２からの「ｎｏ」の矢印）、
時間は更新される（ブロック９１．９３）。それから歳
差運動旋回ステップ数（Ｓｐ）がピークロール角φ１お
よびピークに達した後の半単動周期におけるロール角φ
２の和に比例して計算される。単動旋回ステップ数ＳＮ
は２つのロール角間の差（φ１−φ７）に比例して計算
される（ブロック９５）。それから、ステップモータ２
９は歳差運動および単動旋回ステップの和だけステップ
しくブロック９６）、ホイール１３をＳＰ＋ＳＮステッ
プだけ旋回させる。半単動周期の遅延の後（ブロック９
７）、ステップモータ２９は歳差運動旋回ステップＳρ
および単動旋回ステップＳＮ間の差だけステップ動作し
くブロック９８）、ホイール１３をＳｐ−８Ｎステツプ
だけ旋回させる。遅延９９の後、前記処理が繰り返され
る。

第６図および第７図のフローチャートによって示される
旋回制御ロジック２７は磁気制御サブシステムがなくて
も、すなわち第２図のブロック２３．２５．２７および
２９のみを使用することによっても使用できることが理
解される。

第７図の実施例によって指令されるようなホイール１３
の旋回に関連する宇宙船力学が第８図および第９図に示
されている。これらの図は慣性的に固定されたヨー／ロ
ール面上に投影された宇宙船本体の固定されたピッチ軸
の先端の軌道を示し道（歳差動作エラーもなく、単動も
ない）は簡単には平衡点Ｃである。純粋なロール歳差運
動エラーの場合には、軌道は平衡点ａである。歳差運動
エラーに単動が加わった場合には、軌道はａに中心をお
く円形路Ａである。力学的に安定な宇宙船の場合には、
この単動動作は前進する（半時針方向に）。投影された
ピッチ軸は各単動ザイクル毎に一度この円形路Ａの周り
を完全に進む。

第８図および第９図は完全な旋回制御の結果を示してい
る。実際の特性は第８図および第９図に示すものに類似
しているが、実際には１サイクル以上の次に続く制御サ
イクルで取り除かれなければならないいくらかの残差エ
ラーがある。第８図において、最初の歳差運動エラーは
単動エラーより大きい。第９図において、この関係は逆
になっている。

両図において、ロールエラーは投影されたピッチ軸が軌
道Ａの点ｄにある時数も大きい。これは好適な旋回制御
ロジック２７（第７図）によって検出されたビークエラ
ーである。旋回制御動作は半単動サイクル後に生じ、こ
のとき投影されたピッチ軸がホイール１３の最初の旋回
が発生ずる点ｅにある。この最初の旋回動作は単動およ
び歳差運動エラーを低減する。その後、軌道は点すに中
心をおく円形路Ｂになる。最初の旋回の後の半単動サイ
クルにおいて、投影されたピッチ軸は点Ｃになる。この
点において、宇宙船本体の固定されたピッチ軸は慣性ピ
ッチ軸に平行になる。これが目標姿勢であり、ホイール
１３の第２の旋回動作はこの点で発生する。第２の旋回
動作は単動および歳差運動エラーを本質的に零に低減し
、最後の軌道は点Ｃになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を有する宇宙船を示す図であ
る。 第２図は第１図の実施例のブロック図である。 第３図は小型のロール制御磁気トルク発生装置を使用し
た典型的な通信衛星のロールエラーの履歴を示すグラフ
である。 第４図は本発明による旋回はずみホイールを有する第３
図と同じ衛星および同じ小型の磁気トルク発生装置のロ
ールエラー履歴を示すグラフである。 第５図は第４図の低減したロールエラー履歴を達成する
はずみホイールの旋回角のグラフである。 第６図は本発明の一実施例による旋回制御ロジックのフ
ローチャートである。 第７図は旋回ホイール強化が単動減衰動作を提供してい
る本発明の他の実施例による旋回制御ロジックのフロー
チャートである。 第８図および第９図はそれぞれ最初の歳差動作エラーが
単動エラーを超えた場合および単動エラーが歳差運動エ
ラーを超えた場合の補正を行うときの慣性的に固定され
たヨー／ロール面上に投影された宇宙船本体の固定され
たピッチ軸の軌道を示す図である。 １０・・・宇宙船、１１・・・プラットフォーム、１３
・・・はずみホイール、１５・・・モータ、２３・・セ
ンサ、２５・・・平滑ロジック、２７・・・旋回制御ロ
ジック、 ２８・・・旋回オフセット位置カウンタ、２９・・・ス
テップモータ、３５・・・遅延回路、３７・・・しきい
値回路、 ３９・・・トルク発生装置ドライバ、 ４０・・・磁気制御トルク発生装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、運動量バイアス式宇宙船用姿勢制御システムであっ
   て、 前記宇宙船の第１の軸にほぼ平行な軸の周りを回転し、
   前記運動量バイアスを発生するはずみホイールと、 前記宇宙船に対して前記はずみホイールの角運動量を回
   転させる手段と、 前記第１の軸に直角な１つ以上の軸の周りの宇宙船の角
   偏差に応じて姿勢エラー信号を発生する手段と、 磁気双極子を形成し、付勢された場合１つ以上の選択さ
   れた軸のまわりにトルクを発生する磁気トルク発生手段
   と、 前記姿勢エラー信号が零でもよい第１のしきい値を超え
   た場合、前記偏差を低減するために前記磁気トルク発生
   手段を付勢する第１の制御手段と、前記回転手段に連結
   され、前記姿勢エラー信号が前記第１のしきい値より大
   きい第２のしきい値を超えた場合前記偏差を低減する方
   向に前記はずみホイールの角運動量を回転させる第２の
   制御手段と、 を有する姿勢制御システム。 ２、前記回転手段は前記はずみホイールを宇宙船上に旋
   回自在に取り付ける手段を有する請求項１記載の姿勢制
   御システム。 ３、前記旋回自在に取り付ける手段は、旋回信号を発生
   する制御ロジック手段と、前記旋回信号に応答して前記
   はずみホイールを旋回させる手段とを有する請求項２記
   載の姿勢制御システム。 ４、前記旋回信号に応答する前記手段は、ステップモー
   タである請求項３記載の姿勢制御システム。 ５、前記旋回信号は宇宙船の章動周期の約半周期分だけ
   時間的に分離した対で発生する請求項３記載の姿勢制御
   システム。 ６、前記対の旋回信号はほぼ等しい値を有する２つの信
   号である請求項５記載の姿勢制御システム。 ７、前記第１の軸はピッチ軸であり、前記姿勢エラー信
   号はロール軸の周りの偏差を表している請求項１記載の
   姿勢制御システム。 ８、前記姿勢エラー信号は章動成分を有し、前記第２の
   制御手段は前記章動成分に対してほぼ独立に角運動量を
   回転させる旋回信号を発生する請求項１記載の姿勢制御
   システム。９、前記第２の制御手段は前記旋回信号をほ
   ぼ値が等しい対で発生する請求項８記載の姿勢制御シス
   テム。 １０、前記姿勢エラー信号は章動成分を有し、前記第２
   の制御手段は前記章動成分を有する前記姿勢エラー信号
   に応答して角運動量を回転させる旋回信号を発生する請
   求項１記載の姿勢制御システム。 １１、前記第２の制御手段は前記旋回信号を値が等しく
   ない対の信号として発生し、前記等しくない値は前記姿
   勢エラー信号の章動成分に応答する請求項１０記載の姿
   勢制御システム。 １２、プラットフォーム本体に旋回自在に取り付けられ
   、この旋回自在に取り付ける軸は宇宙船の公称角運動量
   軸に直交している回転本体と、前記公称角運動量軸を横
   切る軸の周りの慣性空間におけるプラットフォーム本体
   の動作に応答し、第１の時点において前記横切った軸の
   周りの第１のエラー角度φ＿１を表す第１の信号を発生
   し、前記第１の時点より宇宙船の章動周期の半分遅れた
   第２の時点において前記同じ横切った軸の周りの第２の
   エラー角度φ＿２を表す第２の信号を発生する手段と、 前記回転本体およびプラットフォーム本体の間に連結さ
   れ、前記第１および第２の信号に応答して、（φ＿１＋
   φ＿２）に比例する第１の旋回角度だけ前記回転本体を
   旋回し、章動周期の半分遅れて（φ＿１＋φ＿２）に比
   例する第２の旋回角度だけ前記回転本体を旋回させる駆
   動手段と、 を有する宇宙船用姿勢制御システム。 １３、前記第１および第２の旋回角度はほぼ等しい請求
   項１２記載のシステム。 １４、前記駆動手段はステップモータおよび該ステップ
   モータを駆動する手段を有し、前記駆動手段は前記ステ
   ップモータを（φ＿１＋φ＿２）に比例するステップ数
   だけ駆動する請求項１２記載のシステム。 １５、前記プラットフォーム本体の動作に応答する前記
   手段は前記第１のエラー角度φ＿１がしきい値を超えた
   場合前記第１の信号を発生する請求項１２記載のシステ
   ム。 １６、プラットフォーム本体に旋回自在に取り付けられ
   、前記旋回自在に取り付ける軸は宇宙船の公称角運動量
   軸に直交している回転本体と、前記公称角運動量軸を横
   切る軸の周りの慣性空間におけるプラットフォーム本体
   の動作に応答し、第１の時点において前記横切った軸の
   周りの第１のエラー角度φ＿１を表す第１の信号を発生
   し、前記第１の時点より宇宙船の章動期間の半分遅れた
   第２の時点において前記同じ横切った軸の周りの第２の
   エラー角度φ＿２を表す第２の信号を発生する手段と、 前記回転本体およびプラットフォーム本体の間に連結さ
   れ、前記第１および第２の信号に応答し、（φ＿１＋φ
   ＿２）および（φ＿１−φ＿２）にそれぞれ比例する第
   １および第２の制御信号を発生し、前記第１および第２
   の制御信号の合計に比例する第１の旋回角度だけ前記回
   転本体を旋回させ、章動周期の半分遅れて、前記第１お
   よび第２の制御信号の差に比例する第２の旋回角度だけ
   前記回転本体を旋回させる駆動手段と、 を有する宇宙船用姿勢制御および章動減衰システム。 １７、前記駆動手段はステップモータおよび該ステップ
   モータを前記第１および第２の制御信号の前記和および
   差に関連するステップ数だけ駆動する手段を有する請求
   項１６記載のシステム。 １８、前記プラットフォーム本体の動作に応答する前記
   手段は前記第１のエラー角度φ＿１がしきい値を超えた
   場合前記第１の信号を発生する請求項１６記載のシステ
   ム。 １９、前記プラットフォーム本体の動作に応答する前記
   手段は前記第１のエラー角度φ＿１のピーク値に応答し
   て前記第１の信号を発生する請求項１６記載のシステム
   。 ２０、前記第１の信号は、前記第１のエラー角度φ＿１
   がしきい値を超えた後宇宙船の章動周期の１／４以内に
   発生する請求項１９記載のシステム。