JPH03182900A - 人工衛星の姿勢制御装置 - 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】 （２） 〔産業上の利用分野〕 この発明は２人工衛星の軌道制御時に発生する外乱等に
より姿勢制御誤差が増大１ゝるのを防止するようにしｔ
コ人工衛星の姿勢制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

人工衛星の軌道制御を実施する、ときは、軌道制御用ス
ラスタを所定の時間噴射することにより実施する。この
とき、スラスタの取付ミスアライメント、衛星の質量中
心の移動等によす１４ｊ星の姿勢に対する外乱となる。

この外乱による定常姿勢誤差は一般的に積分補償を制御
系内に取り入れることにより小さくすることができる。

しかしながら。

軌道制御用スラスタの噴射開始及び噴射停止時のトラン
ジェントにより発生する誤差は、上記積分補償により小
さくすることができない。

第３図はこのようなトランジエン１−による誤差を小さ
くするための人工衛星の軌道制御方式（特許出願公開′
昭５８−１６１６９９１に示されている例）であり、第
３図（ａ）は軌道制御用スラスタのオン／オ（３） フを示す図、第３図（ｂ）は軌道制御用スラスタのオン
のデユーティを示す図である。第３図（ａ）のように軌
道制御用スラスタの噴射開始時（ｔ、）及び噴射停止時
（ｔ２）に、軌道制御用スラスタのオン、オフの一定時
間（Ｔ）（こ占める時射時間（Ｚ）を徐々に変化させる
。

その時の軌道ｍｔｓ用スラスクのオンのデユーティは、
第３図（ｂ）のようになり、噴射開始時及び停止時に予
め定めた時間で徐々にデユーティを増加文は減少させる
。このような方式により軌道制御用スラスタの噴射によ
る外乱トルクを徐々に増大又は減少させることができる
ため、噴射開始時又は噴射停止時のトランジェント ができ，発生する誤差を小さく抑えることが可能となる
。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の装置は以上のように構成されており，予め定めた
時間及びデユーティで軌道制御用スラスタをオン／オフ
する等のため種々の課題があった。

つまり、一定の時間てデユーティをを変えるため。

（４） 軌道制御用スラスタの噴射【ζよる外乱トルクが大きい
場合には，＃純系が十分に整定しない内ζζ。

１０ｏｚオンデユーテイの状態になってしまい，誤差を
小さくする効果が少なくなる。外乱トルクが小さい場合
には，制御系が十分に整定する時間であるにもかかわら
ず，１００にオンデユーテイの状態に達せず，不必要な
軌道制御の時間が必要となる。

また、上記問題を解決するため，軌道制御を実施する毎
に上記時間を可変として実施する方法も考えられるが，
その場合，　１００に未満のデユーティで噴射する軌道
制御スラスタの噴射時間をその都度地上で計算して時間
及びデユーティを設定する必要があり，運用が複雑にな
り好ましくない。

この発明は上記のような課題を解決するｔコめになされ
たもので，軌道制御時の姿勢誤差を小さくするため，外
乱トルクに応じて軌道制御用スラスタのオン／オフデユ
ーティを制御し，地上での複雑な計算及び運用をしなく
ても軌道制御を実施可能な人工衛星の姿勢制御装置を得
ることを目的とする。

（５） 〔課題を解決するための手段〕 この発明に係る人工衛星の姿勢制御装置は，姿勢誤差に
応じて軌道制御スラスタのオン／オフパルスを自動的に
発生するパルス幅決定部及びパルス幅選択部を設け，ま
た、軌道制御スラスタ噴射パルス時間を自動的に設定す
るカウンタ部及び噴射時間決定部を設けて，軌道制御開
始及び停止時の姿勢誤差を小さくシ，軌道制御の運用を
容易にしたものである。

〔作　用〕

乙の発明においては，姿勢誤差信号から軌道制御スラス
タによる外乱トルクの大きさを計算し。

姿勢誤差が大きい（外乱トルクが大きい）場合，軌道制
御スラスタのオン時間を小さくシ，姿勢誤差が小さい（
外乱トルクが小さい）場合，徐々に上記オン時間を大き
くして行き，最終的には１００％オン状態の軌道制御ス
ラスタ信号に切換えるため，軌道制御開始及び停止時の
上記外乱トルクによる姿勢誤差を小さくする乙とができ
る。まｔこ，１００χ未満のオン時間での軌道制御パル
ス幅を積算してお（６） き、１００％オン状態の軌道制御スラスタのパルス幅を
自動的に計算するため運用が容易になる。

〔実施例〕

以下第１図に示すこの発明の一実施例について説明する
。図において、（１）は制御演算部、（２）はモジュレ
ータ、（３）は姿勢制御スラスタ駆動部、（４）は軌道
制御パルス発生部、（５）は軌道制御スラスタ駆動部、
（６）は外乱トルク、（７）はパルス幅決定部、（８）
はオン／オフパルス発生部、（９）は姿勢誤差検出部。

００）はパルス選択部、　Ｃ１１）はカウンタ部である
。

一般的に軌道制御を実施するときの姿勢制御ζま。

姿勢誤差を制御演算部（１）で処理し、その出力信号を
モジュレータ（２）によりスラスタのオン／オフ信号に
変更し、姿勢制御スラスタ駆動部（３）にスラスタ噴射
信号を供給することにより行う。また、軌道制御は地上
からの軌道制御開始及び噴射時間コマンドにより、軌道
制御パルス発生部（４）にて軌道制御スラスタの噴射時
間に対応したパルス幅のスラスタのオン信号を軌道制御
スラスタ駆動部（５）に供給することにより行う。

（７） 問題としている軌道制御時の姿勢誤差は軌道制御開始時
及び停止時に、ステップ状の外乱トルク（６）が発生し
、その影響により姿勢誤差が発生する。

従来の方式では、上記ステップ状の外乱トルク（６）の
発生を段階的に大きくして行くことになるが。

外乱トルクの大きさが予測できず、まｔこ変動すること
が問題となる。

従って、外乱トルクに応じてパルスのオン／オフデユー
ティを変えれば問題を解決することが可能である乙とが
判る。第１図に示す乙の発明の一実施例は、上記の観点
から構成されたものである。

外乱トルク（６）の大きさは第１図の姿勢制御の閉ルー
プ構成からも明らかなように姿勢誤差として表われてく
る。従って、姿勢誤差に応じて軌道制御用スラスタのオ
ン／オフデユーティを決めて、軌道制御を実施すれば問
題を解決できる。

第２図は姿勢誤差に応じて軌道制御スラスタのオン／オ
フデユーティの決め方の例を示すものである。姿勢誤差
がある大きな値（Ｅ２）以上の場合にはデユーティを小
さく（第２図では１０％）シ、姿勢誤（８） 差が小さくなってきたら（Ｅ２以下）デユーティを大き
くシ、最終的にはデユーティ１００にの状態とする。

乙のようにすれば、外乱トルク（６）が小さい場合には
、早く１００にデユーティの状態に達成し、外乱トルク
（６）が大きい場合には、その大きさに対応して姿勢誤
差を抑えることができる。

具体的には、姿勢誤差に応じて第２図に示すようなデユ
ーティとなるように軌道制御スラスタのデユーティをパ
ルス幅決定部（７）により決定し、その出力信号に応じ
て軌道制御スラスタのオン／オフパルスをオン／オフパ
ルス発生１　［８］にて出力する。まｔこ、定常状態に
なった後あるいは軌道制御スラスタの停止を開始する時
は、軌道制御パルス発生部（４）の出力とオン／オフパ
ルス発生部（８）の出力とを切換える必要がある。その
ため、姿勢誤差検出部（９）にて第２図に示す出力の切
換えをずべき姿勢誤差（Ｅｌ及びＥ２）を検出し、検出
信号をパルス選択部００）に供給する。パルス選択部ａ
Ｏで（ま上記検出信号に応じて軌道制御パルス発生部（
４）の出力とオン／オフパルス発生部（８）の出力とを
切換え、適（９） 切な信号を軌道制御スラスタ駆動部（５）に供給する。

従って、外乱トルク（６）の量を姿勢誤差検出部（９１
によって等劇的に検出し、パルス幅決定部（７）及びオ
ン／オフパルス発生部（８）によって、外乱トルク（６
）の量に応じた軌道制御スラスタのオン／オフ信号によ
り軌道制御をすることが可能となり、また。

等劇的な外乱トルク（６）の量ｌｅ姿勢誤差検出部（９
）により検出し、上記オン／オフ信号と定常状態になっ
た後に使用する軌道制御パルス発生部（４）のオン／オ
フ信号を適切に切換えることが可能となり。

姿勢誤差を小さくシ、かつスムーズな軌道制御及び姿勢
制御が実現てきる。

次に、従来の方法で問題となる軌道制御スラスタの噴射
時間の運用について示す。１００に未満のデユーティで
軌道制御用スラスタを噴射した場合。

そのオン時間は１・−タルの軌道制御量の一部を構成す
ることになるので１００％デユーティの噴射時間はその
分を考慮する必要がある。１００に未満のデユーティで
噴射しｔこスラスタのオン時間は、姿勢誤差検出部（９
）によって検出され、パルス選択部ＱＯＩに（１０） よって選択された時間内でのパルス幅決定部（７）のパ
ルス幅を積算することにより求めることができる。その
ため、パルス幅決定部（７）の信号を使用してカウンタ
部０１）にてパルス幅を積算する。積算の開始及び終了
は姿勢誤差検出部（９）からの信号を使用することによ
り行い、所定の時間内のみ積算ずろようにする。さらに
、　１００にデユーティの噴射時間を決定するため、上
記カウンタ部０１）の出力信号から噴射時間コマンド信
号の差分を演算し、１００にデユーティでスラスタをオ
ンする噴射時間を噴射時間決定部０ので決定する。そし
て、その出力信号に基づいて軌道制御パルス発生部（４
）にて軌道制御スラスタのオンパルスを発生する。

従って２以上のようにすれば、地上での複雑計算及び地
上からのコマンド運用なしにオンボードで適切な軌道！
１１１’ｌｌが可能となる。

なお、上記実施例では、軌道制御パルス発生部（４）及
びオン／オフパルス発生部（８）を設けているが。

処理の仕方によりパルス発生部としてまとめて一つの機
能としても同様の動作が期待できる。また。

（１１） この発明（よ上記の実施例に限定されるものではなく、
軌道制御を行うすべての人工衛星の姿勢制御装置に適用
可能である。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明【こよれば、パルス幅決定部、オ
ン／オフパルス発生部を設けて姿勢誤差に応じた軌道制
御スラスタのオン／オフパルスを設定し、姿勢誤差検出
部及びパルス選択部を設けて軌道制御オンパルスと上記
オン／オフパルスを自動的に切換えるように構成し、ま
た上記構成にカウンタ部及び噴射時間決定部を設け、オ
ン／オフパルスの影響を考慮した軌道制御スラスタ噴射
パルス時間を自動的に設定できるように構成したので、
軌道制御開始及び停止時に発生する外乱トルクによる姿
勢誤差を小さくすることができ、地上での複雑な計算及
び運用をしなくても自動的に軌道制御が可能となる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による人工衛星の姿勢制御
装置を示す図、第２図は姿勢誤差に応じ（Ｉ２） て軌道制御スラスタのオン／オフデユーティの決め方を
示す図、第３図（よ従来の人工衛星の軌道制御の方式を
示す図である。 図において、（１）は制御演算部、（２）はモジュし・
−タ、（３）は姿勢制御スラスタｗＡ動部、（４）は軌
道制御パルス発生部、（５）は軌道制御スラスタ駆動部
、（６）は外乱トルク、（７）はパルス幅決定部、（８
）はオン／オフパルス発生部、（９）は姿勢誤差検出部
、αＯ）はノｆルス選択部、　（ＩＩ）ばカウンタ部、
（１ｚは噴射時間決定部である。 なお２図中同一あるいは相当部分には同一符号を付して
示しである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）人工衛星の姿勢制御装置において、上記姿勢制御
   装置内の姿勢誤差信号から軌道制御スラスタのオン／オ
   フパルス幅を計算するパルス幅決定部と、上記パルス幅
   決定部の出力信号を利用して軌道制御スラスタのオン／
   オフパルスを発生するオン／オフパルス発生部と、上記
   姿勢誤差信号から姿勢誤差の大きさを検出する姿勢誤差
   検出部と、地上からのコマンド等により設定された軌道
   制御スラスタの噴射時間に相当するスラスタ噴射パルス
   を発生する軌道制御パルス発生部と、上記姿勢誤差検出
   部の出力信号を利用して上記オン／オフパルス発生部の
   出力信号と軌道制御パルス発生部の出力信号とを切換え
   るパルス選択部とを設けたことを特徴とする人工衛星の
   姿勢制御装置。
2. （２）人工衛星の姿勢制御装置において、上記姿勢制御
   装置内の姿勢誤差信号から軌道制御スラスタのオン／オ
   フパルス幅を計算するパルス幅決定部と、上記パルス幅
   決定部の出力信号を利用して軌道制御スラスタのオン／
   オフパルスを発生するオン／オフパルス発生部と、上記
   姿勢誤差信号から姿勢誤差の大きさを検出する姿勢誤差
   検出部と、地上からのコマンド等により設定された軌道
   制御スラスタの噴射時間に相当するスラスタ噴射パルス
   を発生する軌道制御パルス発生部と、上記姿勢誤差検出
   部の出力信号を利用して上記オン／オフパルス発生部の
   出力信号と軌道制御パルス発生部の出力信号とを切換え
   るパルス選択部と、上記姿勢誤差検出部の出力信号と上
   記パルス幅決定部の出力信号を利用してパルス幅を積算
   するカウンタ部と、上記カウンタ部の出力信号と地上か
   らのコマンド等により設定された軌道制御スラスタの噴
   射時間の信号とを利用して軌道制御スラスタの噴射時間
   を計算し、その信号を上記軌道制御パルス発生部に供給
   する噴射時間決定部とを設けたことを特徴とする人工衛
   星の姿勢制御装置。