JPH0357799A - 熱制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、宇宙機の熱制御装置に利用する。特に、宇宙
機の熱制御を最小限の地上支援で自律的に実現する方法
に関するものである。

〔概要〕

本発明は熱制御装置において、 複数の温度センサの検出する温度および各節点の温度に
影響を与える情報に基づいてカルマンフィルタで各節点
の温度を推定し、このカルマンフィルタの最尤推定温度
に基づいて各節点が所定の温度になるように発熱体の発
生熱量を制御することにより、 地上における衛星管制業務の負担を軽減し、応答の速い
熱制御ができるようにしたものである。

〔従来の技術〕

従来、静止衛星に代表される宇宙機の熱制御装置は、各
節点の温度をモニタするために多くの節点に温度センサ
を貼り、得られた温度データをテレメトリによって地上
に伝送する。地上ではテレメトＩＪの温度データをもと
にして適切な熱制御方策を計算機または人間が判断し、
対応するヒータに通電するなどの制御を行う。このよう
に従来の熱制御は地上の処理系を介したものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、このような従来の熱制御装置では、最近は宇宙
における活動の発展にともない、ますます多数の宇宙機
が同時に軌道上で運用されるので、衛星管制業務にたず
さわる人間に対して、昼夜連続の多大の負担を強いる問
題点があった。

また、宇宙ステーションの実現にともない、今後は活発
な軌道上マヌーバを行う宇宙機が登場する。従来の熱制
御装置をこのような速いマヌーバの宇宙機に適用した場
合に、地上を介した処理に時間がかかり対応できず制御
策の決定が地上処理系にとって負担になるなどの問題点
が生じることが予想される。

本発明は上記の問題点を解決するもので、地上における
衛星管制業務の負担を軽減し、応答の速い熱制御ができ
る熱制御装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、宇宙機の各節点の温度をモニタする温度測定
手段と、この各節点の温度を制御するための熱量を発生
する熱量発生手段とを備えた熱制御装置において、上記
温度測定手段の測定温度および上記各節点の温度に影響
を与える情報に基づいて上記各節点の温度を推定する温
度推定手段と、この温度推定手段の推定温度に基づいて
上記各節点が所定の温度になるように上記熱量発生手段
の発生熱量を制御する制御手段とを備え、上記温度推定
手段は、上記各節点について、温度（Ｔ，）熱容量（ｃ
ｍ　）　、発熱量（Ｑｋ）および隣の節点との間の熱伝
達係数（Ｋ）を人力とし、最尤推定温度を出力するカル
マンフィルタを含むことを特徴とする。

〔作用〕

温度推定手段のカルマンフィルタは温度測定手段の測定
温度（Ｔｋ）、ならびに各節点の温度に影響を与える情
報として熱容量（Ｃｋ）、発熱量（Ｑ３）および隣の節
点との間の熱伝達係数（Ｋ）に基づいて各節点の温度を
推定する。制御手段はカルマンの出力する最尤推定温度
に基づいて各節点が所定の温度になるように熱量発生手
段の発生熱量を制御する。以上の動作により地上におけ
る衛星管制業務の負担を軽減し、応答の速い熱制御がで
きる。

〔実施例〕

本発明の実施例について図面を参照して説明する。第ｌ
図は本発明一実施例熱制御装置のブロック構戊図である
。第１図において、熱制御装置は、宇宙機の各節点の温
度をモニタする温度測定手段として温度センサ系４と、
この各節点の温度を制御するための熱量を発生する熱量
発生手段として宇宙機本体熱グイナミクス３とを備える
。

ここで本発明の特徴とするところは、温度センサ系４の
測定温度（’ｒ，　）　、熱容量（Ｃ．　）、発熱量（
Ｑｋ　）および隣の節点との間の熱伝達係数（Ｋ）に基
づいて上記各節点の温度を推定する温度推定手段として
カルマンフィルタ７と、カルマンフィルタ７の最尤推定
温度に基づいて上記各節点が所定の温度になるように宇
宙機本体熱グイナミクス３の発生熱量を制御する制御手
段として最適レギュレータ６とを備えたことにある。

このような構或の熱制御装置の動作について説明する。

第２図は本発明の熱制御装置の宇宙機本体熱グイナミク
スを示す図であり、宇宙機の一次元熱モデルを示す。第
３図は本発明の熱制御装置のブロック線図である。

第１図に示す熱制御系を具体化するために、般の宇宙シ
ステムで用いられる熱モデルの状態方程式を定式化する
。簡単化のため第２図に示す一次元のモデルを用いる。

第２図において、Ｔｋは熱モデルの第ｋ番目節点の温度
、Ｑｋは発熱量、Ｃｋは熱容量およびＫｉＪは熱伝達係
数を示す。

このとき第ｋ節点について熱伝達方程式は、以下？通り
である。

ＣｋＴｋ一Ｋ，ｋ−１Ｔｋ−、一（Ｋｋｋ。１＋Ｋｋｋ
−ｌ）Ｔｋ＋Ｋｂ■＋ＩＴｋ＋１＋Ｑｋ この式を全節点について書下して行列形式に表現するこ
とにより、熱モデルは以下のようになる。

Ｔ＝ＡＴ＋Ｂｕ＋ｗ ｙ＝ＨＴ＋ｖ ただしＴは温度、Ｕはヒータ供給電力、ｙは温度センサ
出力、ｖＳｗは白色ガウス雑音を示すベクトルである。

またＡは熱伝達係数行列、Ｂはヒータの存在する節点番
号の要素が「１」、他は「Ｏ」のヒータ行列、Ｈはセン
サの存在する節点番号の要素が「ｌ」、他は「０」のセ
ンサ行列を示す。

このように熱モデルを定式化した場合に、測定された温
度ｙから全節点の温度Ｔを推定するカルマンフィルタと
、カルマンフィルタの出力Ｔ　（最尤推定温度）をもと
にフィーバンクをかける最適レギュレー夕は第３図に示
す構成で実現される。

第３図に示す系を定式化すると以下の通りである。

Ｋ＝ＰＨＴ　Ｒ− ０＝ＡＰ＋ＰＡ”　　＋ＢＱＢ”　　−ＰＨ”　　Ｒ−
’ＨＰただしＱＳＲはそれぞれ白色がウス雑音Ｗ、■の
インテンシティを示す。

最適レギュレータ： ｕＯＰ丁　＝−ＦＴ Ｆ＝ＲＨ　−’Ｂ”Ｐ Ｏ＝Ａ”Ｐ＋ＰＡ＋Ｈ”ＲＴＨ−１．８”ＰただしＲ７
、ＲＨはそれぞれ評価関数における温度とヒータ供給電
力との重みである。なお、カルマンフィルタおよび最適
レギュレー夕の定式化は〔加藤寛一郎，“最適制御入門
”，８．８節１９８７、東京大学出版会］を参照した。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、以下に示す優れた効果
がある。

■　熱制御方策をオンボードで決定し自律的に目標の温
度を達戊するために地上運用の負担が軽減できる。

■　一般にｙの次数はＴの次数より少ない。このことは
系の可観測性を損なわない範囲内で温度センサ数を削減
できることを意味する。

Ｏ　最適レギュレー夕によりヒーターの発熱量を制御す
るために高精度の熱制御が可能となる。

Ｏ　オンボード処理により常時熱制御方策を実施してい
るために、応答の速い熱制御が可能となる。

［Ｆ］　◎で述べたのと同じ理由により、速いマヌーバ
に対応した熱制御が可能になる。

以上の特性により本発明は、従来型の人工衛星の熱制御
系としてももちろん有効であるが、今後登場が予想され
る活発な軌道上マヌーバを行う宇宙機（軌道上作業機、
軌道上ロボットなど）の熱制御系として特に効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例熱制御装置のブロック構或図。 第２図は本発明の熱制御装置の宇宙機本体グイナミクス
を示す図。 第３図は本発明の熱制御装置のブロック線図。 １・・・目標温度、２・・・熱的外乱、３・・・宇宙機
本体熱グイナミクス、４・・・温度センサ系、５・・・
地上温度テレメトリ、６・・・最適レギュレー夕、７・
・・カルマンフィルタ、８・・・熱制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、宇宙機の各節点の温度をモニタする温度測定手段と
   、この各節点の温度を制御するための熱量を発生する熱
   量発生手段とを備えた 熱制御装置において、 上記温度測定手段の測定温度および上記各節点の温度に
   影響を与える情報に基づいて上記各節点の温度を推定す
   る温度推定手段と、この温度推定手段の推定温度に基づ
   いて上記各節点が所定の温度になるように上記熱量発生
   手段の発生熱量を制御する制御手段とを備え、 上記温度推定手段は、上記各節点について、温度（Ｔｋ
   ）、熱容量（Ｃｋ）、発熱量（Ｑｋ）および隣の節点と
   の間の熱伝達係数（Ｋ）を入力とし、最尤推定温度を出
   力するカルマンフィルタを含む ことを特徴とする熱制御装置。