JPH0470199B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0470199B2 JPH0470199B2 JP60229068A JP22906885A JPH0470199B2 JP H0470199 B2 JPH0470199 B2 JP H0470199B2 JP 60229068 A JP60229068 A JP 60229068A JP 22906885 A JP22906885 A JP 22906885A JP H0470199 B2 JPH0470199 B2 JP H0470199B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- attitude
- disturbance torque
- wheel
- torque
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は宇宙飛翔体の姿勢制御方法に関する
ものである。
ものである。
以下、１軸まわりの姿勢制御系を例にとり説明
する。第３図は従来の宇宙飛翔体の姿勢制御方法
を示すブロツク図であり、図において１は姿勢セ
ンサ、２はこの姿勢センサの出力信号を入力し
て、閉ループ制御信号を発生するための閉ループ
制御信号発生部、３はこの閉ループ制御信号によ
り、駆動されるホイール駆動回路及びホイール、
４はホイールの速度信号を入力しその角運動量が
外乱トルクにより次第に増加するのを抑え、あら
かじめ設定した範囲内にはいるように制御するた
めの角運動量制御部、５は衛星ダイナミクスであ
る。衛星ダイナミクス５への入力である作用トル
ク６は、外乱トルク７と制御トルク８の和となつ
ている。一方制御トルク８は角運動量制御部４の
出力である外力制御トルク９とホイール駆動回路
及びホイール３の出力である内力制御トルク１０
の和となつている。閉ループの姿勢制御系は、上
記作用トルク６が衛星ダイナミクス５を通じて発
生する衛星の姿勢角を姿勢センサ１で検出し、そ
の出力信号をもとに姿勢誤差が小さくなるように
閉ループ制御信号発生部２で制御信号を発生す
る。ホイール駆動回路及びホイール３はこの信号
をもとにホイールによる内力制御トルク１０を発
生し、姿勢誤差が小さくなるように作用トルク６
を調整する。閉ループ制御系からみると、外乱ト
ルク７と外力制御トルク９は、同じ作用を与えて
いる。このため、姿勢誤差という観点からみた実
効的な外乱トルクは外乱トルク７と外力制御トル
ク９の和で与えられる。
する。第３図は従来の宇宙飛翔体の姿勢制御方法
を示すブロツク図であり、図において１は姿勢セ
ンサ、２はこの姿勢センサの出力信号を入力し
て、閉ループ制御信号を発生するための閉ループ
制御信号発生部、３はこの閉ループ制御信号によ
り、駆動されるホイール駆動回路及びホイール、
４はホイールの速度信号を入力しその角運動量が
外乱トルクにより次第に増加するのを抑え、あら
かじめ設定した範囲内にはいるように制御するた
めの角運動量制御部、５は衛星ダイナミクスであ
る。衛星ダイナミクス５への入力である作用トル
ク６は、外乱トルク７と制御トルク８の和となつ
ている。一方制御トルク８は角運動量制御部４の
出力である外力制御トルク９とホイール駆動回路
及びホイール３の出力である内力制御トルク１０
の和となつている。閉ループの姿勢制御系は、上
記作用トルク６が衛星ダイナミクス５を通じて発
生する衛星の姿勢角を姿勢センサ１で検出し、そ
の出力信号をもとに姿勢誤差が小さくなるように
閉ループ制御信号発生部２で制御信号を発生す
る。ホイール駆動回路及びホイール３はこの信号
をもとにホイールによる内力制御トルク１０を発
生し、姿勢誤差が小さくなるように作用トルク６
を調整する。閉ループ制御系からみると、外乱ト
ルク７と外力制御トルク９は、同じ作用を与えて
いる。このため、姿勢誤差という観点からみた実
効的な外乱トルクは外乱トルク７と外力制御トル
ク９の和で与えられる。
上記のような従来の姿勢制御方法では、外力制
御トルク９が、外乱トルク７を完全に打ち消すよ
うに作用しないと、実効的な外乱トルクを小さく
することが出来ない。ところが角運動量制御部で
は、通常、任意の衛星の軌道位置で任意の方向に
外力制御トルクを発生することが出来ない場合が
ある。例えば、外力アクチユエータとして磁気コ
イルを使用する場合、地磁場との相互関係で発生
できるトルクの方向がきまつてしまう。このた
め、角運動量制御部では、瞬時、瞬時の外乱トル
クを完全に打ち消すのではなく、軌道１周で考え
て外乱トルクを除去するような方法が使用される
ことが多い。このような角運動量制御系の制約が
ある場合の、外乱トルクと姿勢誤差の関係を示し
たものが、第４図である。ここでは、外乱トルク
は軌道一周にわたり一定で、角運動量制御系は軌
道一周あたり２ケ所ある時間Ｔだけ制御するもの
としている。図からわかるように外乱トルクと角
運動量制御部の外力制御トルクの和である実効的
な外乱トルクは軌道一周で考えるとその積分値は
０となつているが、瞬時瞬時の値は０とはならな
い。このため、衛星はこの実効的な外乱トルクに
応じた姿勢誤差を発生する。この実効的な外乱ト
ルクのピーク値は、第４図に示したように角運動
量制御を軌道全周で実施できない場合は、通常も
との外乱トルクと同等もしくはそれ以上となる。
このため従来の姿勢制御系ではもとの外乱トルク
が大きくなるとそれに伴い姿勢誤差が大きくなる
という問題点があつた。
御トルク９が、外乱トルク７を完全に打ち消すよ
うに作用しないと、実効的な外乱トルクを小さく
することが出来ない。ところが角運動量制御部で
は、通常、任意の衛星の軌道位置で任意の方向に
外力制御トルクを発生することが出来ない場合が
ある。例えば、外力アクチユエータとして磁気コ
イルを使用する場合、地磁場との相互関係で発生
できるトルクの方向がきまつてしまう。このた
め、角運動量制御部では、瞬時、瞬時の外乱トル
クを完全に打ち消すのではなく、軌道１周で考え
て外乱トルクを除去するような方法が使用される
ことが多い。このような角運動量制御系の制約が
ある場合の、外乱トルクと姿勢誤差の関係を示し
たものが、第４図である。ここでは、外乱トルク
は軌道一周にわたり一定で、角運動量制御系は軌
道一周あたり２ケ所ある時間Ｔだけ制御するもの
としている。図からわかるように外乱トルクと角
運動量制御部の外力制御トルクの和である実効的
な外乱トルクは軌道一周で考えるとその積分値は
０となつているが、瞬時瞬時の値は０とはならな
い。このため、衛星はこの実効的な外乱トルクに
応じた姿勢誤差を発生する。この実効的な外乱ト
ルクのピーク値は、第４図に示したように角運動
量制御を軌道全周で実施できない場合は、通常も
との外乱トルクと同等もしくはそれ以上となる。
このため従来の姿勢制御系ではもとの外乱トルク
が大きくなるとそれに伴い姿勢誤差が大きくなる
という問題点があつた。
この発明は、このような問題点を解消するため
になされたもので、大きな外乱トルクに対しても
高精度の姿勢制御を達成できる姿勢制御方法を得
ることを目的とするものである。
になされたもので、大きな外乱トルクに対しても
高精度の姿勢制御を達成できる姿勢制御方法を得
ることを目的とするものである。
この発明に係る姿勢制御方法は、実効的な外乱
トルクを補償するためのフイードフオワード信号
発生部と、そのフイードフオワード信号を決定す
るために使用されるホイール速度信号処理データ
を出力するホイール速度信号データ処理部と、閉
ルーブ制御信号と上記フイードフオワード信号を
加算するための加算器を設けたものである。
トルクを補償するためのフイードフオワード信号
発生部と、そのフイードフオワード信号を決定す
るために使用されるホイール速度信号処理データ
を出力するホイール速度信号データ処理部と、閉
ルーブ制御信号と上記フイードフオワード信号を
加算するための加算器を設けたものである。
この発明においては、ホイール速度の変化をも
とにフイードフオワード信号を決定し、そのフイ
ードフオワード信号で実効的な外乱トルクを補償
することで、姿勢制御精度を向上させるようにし
た。
とにフイードフオワード信号を決定し、そのフイ
ードフオワード信号で実効的な外乱トルクを補償
することで、姿勢制御精度を向上させるようにし
た。
第１図は、この発明による姿勢制御方法の一実
施例を示すブロツク図であり、図中１〜１０は従
来の姿勢制御方法と全く同一のものである。この
発明で新たに追加されるのは、ホイール速度信号
データ処理部１１と、フイードフオワード信号発
生部１２と、加算器１３である。フイードフオワ
ード信号発生部１２は、外乱トルク７と外力制御
トルク９の和である実効的な外乱トルクを補償す
るフイードフオワード信号を発生するためのもの
である。加算器１３により、閉ループ制御信号と
フイードフオワード信号を加算しホイール駆動回
路及びホイール３の駆動制御信号とし、かつフイ
ードフオワード信号が実効的な外乱トルクを補償
するように決定されると、閉ループ制御信号はほ
ぼ０となる。すなわち閉ループ制御信号発生部２
からみると、フイードフオワード信号により発生
するトルクと実効的な外乱トルクとが打ち消すた
め、全体としての実効的な外乱が０となる。この
ためフイードフオワード信号が適切に決定されれ
ば、姿勢制御精度は大きく向上する。
施例を示すブロツク図であり、図中１〜１０は従
来の姿勢制御方法と全く同一のものである。この
発明で新たに追加されるのは、ホイール速度信号
データ処理部１１と、フイードフオワード信号発
生部１２と、加算器１３である。フイードフオワ
ード信号発生部１２は、外乱トルク７と外力制御
トルク９の和である実効的な外乱トルクを補償す
るフイードフオワード信号を発生するためのもの
である。加算器１３により、閉ループ制御信号と
フイードフオワード信号を加算しホイール駆動回
路及びホイール３の駆動制御信号とし、かつフイ
ードフオワード信号が実効的な外乱トルクを補償
するように決定されると、閉ループ制御信号はほ
ぼ０となる。すなわち閉ループ制御信号発生部２
からみると、フイードフオワード信号により発生
するトルクと実効的な外乱トルクとが打ち消すた
め、全体としての実効的な外乱が０となる。この
ためフイードフオワード信号が適切に決定されれ
ば、姿勢制御精度は大きく向上する。
さて、次に上記フイードフオワード信号をどの
ようにして設定するかであるが、そのための必要
データを処理するところがホイール速度信号デー
タ処理部１１である。第４図のホイール速度と実
効的な外乱トルクの波形をみればわかるように両
者は密接な関係がある。すなわち閉ループ制御系
が正常に動作している場合は、ホイールは実効的
な外乱トルクをすべて吸収するように制御される
ため、ホイールの角運動量は実効的な外乱トルク
を積分したものと等しくなる。ホイールの角運動
量はホイールの速度に慣性モーメントをかけ合せ
たものであるから、ホイールの角運動量とホイー
ルの速度は一対一に対応する。このことからホイ
ールの速度の変化をみれば実効的な外乱トルクを
推定できることがわかる。以上のことを念頭にお
いて次に外乱トルクの性質について簡単に述べる
ことにする。外乱トルクは、太陽輻射圧、空気抗
力、重力傾度、残留磁気等によつて発生するが、
通常周期性をもつていることが多い。この外乱ト
ルクの周期のうち通常支配的なものは軌道周期で
ある。このため、ある軌道位置における外乱トル
クと次の周の同じ軌道位置における外乱トルクは
ほぼ等しいと考えてよい。外乱トルクの一周の波
形が等しければ、それに伴う実効的な外乱トルク
の波形もほぼ等しいと考えてよいから、ある周の
実効的な外乱トルクの波形から次の周の実効的な
外乱トルクを推定することができる。
ようにして設定するかであるが、そのための必要
データを処理するところがホイール速度信号デー
タ処理部１１である。第４図のホイール速度と実
効的な外乱トルクの波形をみればわかるように両
者は密接な関係がある。すなわち閉ループ制御系
が正常に動作している場合は、ホイールは実効的
な外乱トルクをすべて吸収するように制御される
ため、ホイールの角運動量は実効的な外乱トルク
を積分したものと等しくなる。ホイールの角運動
量はホイールの速度に慣性モーメントをかけ合せ
たものであるから、ホイールの角運動量とホイー
ルの速度は一対一に対応する。このことからホイ
ールの速度の変化をみれば実効的な外乱トルクを
推定できることがわかる。以上のことを念頭にお
いて次に外乱トルクの性質について簡単に述べる
ことにする。外乱トルクは、太陽輻射圧、空気抗
力、重力傾度、残留磁気等によつて発生するが、
通常周期性をもつていることが多い。この外乱ト
ルクの周期のうち通常支配的なものは軌道周期で
ある。このため、ある軌道位置における外乱トル
クと次の周の同じ軌道位置における外乱トルクは
ほぼ等しいと考えてよい。外乱トルクの一周の波
形が等しければ、それに伴う実効的な外乱トルク
の波形もほぼ等しいと考えてよいから、ある周の
実効的な外乱トルクの波形から次の周の実効的な
外乱トルクを推定することができる。
ところが既に述べたように実効的な外乱トルク
は、ホイールの速度の変化から推定することがで
きる。そこでホイール速度信号データ処理部１１
でホイールの速度信号を軌道一周にわたり取得
し、そのデータをもとに一周前の同一軌道位置に
おける実効的な外乱トルクを計算しフイードフオ
ワード信号とすることでその軌道位置における実
効的な外乱トルクの大半を打ち消すことができ
る。
は、ホイールの速度の変化から推定することがで
きる。そこでホイール速度信号データ処理部１１
でホイールの速度信号を軌道一周にわたり取得
し、そのデータをもとに一周前の同一軌道位置に
おける実効的な外乱トルクを計算しフイードフオ
ワード信号とすることでその軌道位置における実
効的な外乱トルクの大半を打ち消すことができ
る。
第２図にこの発明を適用した場合の、フイード
フオワード信号、閉ループ制御系からみた実効擾
乱トルク、姿勢誤差等の応答波形を示す。図中、
外乱トルク、角運動量制御部外力制御トルク、実
効的な外乱トルク、ホイール速度は第４図と同じ
である。フイードフオワード信号は、一周前のホ
イールの速度から決定したものである。図からわ
かるようにフイードフオワード信号により発生す
るトルクと実効的な外乱トルクを加え合せた、閉
ループ制御系からみた実効擾乱トルクは、実効的
な外乱トルクと比べると格段に小さくなつてい
る。このためフイードフオワード信号により外乱
補償を行つた後の姿勢誤差は第４図の場合に比べ
て格段に小さくなる。
フオワード信号、閉ループ制御系からみた実効擾
乱トルク、姿勢誤差等の応答波形を示す。図中、
外乱トルク、角運動量制御部外力制御トルク、実
効的な外乱トルク、ホイール速度は第４図と同じ
である。フイードフオワード信号は、一周前のホ
イールの速度から決定したものである。図からわ
かるようにフイードフオワード信号により発生す
るトルクと実効的な外乱トルクを加え合せた、閉
ループ制御系からみた実効擾乱トルクは、実効的
な外乱トルクと比べると格段に小さくなつてい
る。このためフイードフオワード信号により外乱
補償を行つた後の姿勢誤差は第４図の場合に比べ
て格段に小さくなる。
なお、ここではホイール速度信号データ処理部
１１の機能としてホイール速度信号データを軌道
一周にわたり蓄積し、時々刻々データを更新して
ゆく方法を考えたが、この他にその変化パターン
をフーリエ級数展開し、その係数と微係数を推定
して軌道周回での変化分まで推定する方法等も適
用できるのはいうまでもない。
１１の機能としてホイール速度信号データを軌道
一周にわたり蓄積し、時々刻々データを更新して
ゆく方法を考えたが、この他にその変化パターン
をフーリエ級数展開し、その係数と微係数を推定
して軌道周回での変化分まで推定する方法等も適
用できるのはいうまでもない。
ところで、ここでは１軸まわりの姿勢制御方法
を例にとり説明したが、２軸、３軸の場合も同様
にして、この発明を適用することができる。
を例にとり説明したが、２軸、３軸の場合も同様
にして、この発明を適用することができる。
この発明は以上説明したとおり、ホイール速度
信号データ処理部と、フイードフオワード信号発
生部と、加算部を設けることで、大きな外乱トル
クに対しても高精度の姿勢制御を達成できるとい
う効果がある。
信号データ処理部と、フイードフオワード信号発
生部と、加算部を設けることで、大きな外乱トル
クに対しても高精度の姿勢制御を達成できるとい
う効果がある。
第１図は、この発明の一実施例を示すブロツク
図、第２図はこの発明を適用した場合の応答波形
を示す図、第３図は、従来の姿勢制御方法を示す
ブロツク図、第４図はその応答波形を示す図であ
る。 図において、１は姿勢センサ、２は閉ループ制
御信号発生部、３はホイール駆動回路及びホイー
ル、４は角運動量制御部、１１はホイール速度信
号データ処理部、１２はフイードフオワード信号
発生部、１３は加算器である。なお、各図中同一
符号は同一または相当部分を示す。
図、第２図はこの発明を適用した場合の応答波形
を示す図、第３図は、従来の姿勢制御方法を示す
ブロツク図、第４図はその応答波形を示す図であ
る。 図において、１は姿勢センサ、２は閉ループ制
御信号発生部、３はホイール駆動回路及びホイー
ル、４は角運動量制御部、１１はホイール速度信
号データ処理部、１２はフイードフオワード信号
発生部、１３は加算器である。なお、各図中同一
符号は同一または相当部分を示す。
Claims (1)
- １ 宇宙飛翔体の姿勢を検出する姿勢センサと、
この姿勢センサの出力である姿勢センサ出力信号
を入力として閉ループ制御信号を発生する閉ルー
プ制御信号発生部と、姿勢誤差に直接関係する実
効的な外乱トルクを補償するための信号を発生す
るフイードフオワード信号発生部と、上記閉ルー
プ制御信号とフイードフオワード信号を加算する
ための加算器と、この加算器の出力信号により駆
動されるホイール駆動回路及びホイールと、この
ホイールの角運動量が外乱トルクにより次第に増
加するのを抑え、あらかじめ設定した範囲内には
いるように制御するための角運動量制御部と、ホ
イールの速度信号を入力して上記フイードフオワ
ード信号発生部へホイール速度信号処理データを
出力するためのホイール速度信号データ処理部と
で構成され、宇宙飛翔体に作用する外乱トルクの
周期性によりホイールの速度が軌道周期で変化す
ることを利用し、宇宙飛翔体の軌道上でのホイー
ルの速度の変化から加算すべきフイードフオワー
ド信号を決定し姿勢誤差に直接関係する実効的な
外乱トルクを補償するようにしたことを特徴とす
る宇宙飛翔体の姿勢制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60229068A JPS6288700A (ja) | 1985-10-15 | 1985-10-15 | 宇宙飛翔体の姿勢制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60229068A JPS6288700A (ja) | 1985-10-15 | 1985-10-15 | 宇宙飛翔体の姿勢制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6288700A JPS6288700A (ja) | 1987-04-23 |
| JPH0470199B2 true JPH0470199B2 (ja) | 1992-11-10 |
Family
ID=16886232
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60229068A Granted JPS6288700A (ja) | 1985-10-15 | 1985-10-15 | 宇宙飛翔体の姿勢制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6288700A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2754910B2 (ja) * | 1990-11-22 | 1998-05-20 | 三菱電機株式会社 | 人工衛星の姿勢制御装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6035990A (ja) * | 1983-08-05 | 1985-02-23 | Fuji Electric Co Ltd | 電動機の速度制御装置 |
-
1985
- 1985-10-15 JP JP60229068A patent/JPS6288700A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6288700A (ja) | 1987-04-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3417977B2 (ja) | 姿勢制御システム、及び人工衛星の方向を制御する方法 | |
| Ghorbel et al. | Adaptive control of flexible-joint manipulators | |
| JP3859454B2 (ja) | 人工衛星のマヌーバ制御装置 | |
| JP4249902B2 (ja) | 衛星姿勢制御における特異点回避 | |
| US5205518A (en) | Gyroless yaw control system for a three axis stabilized, zero-momentum spacecraft | |
| US3998409A (en) | Minimization of spacecraft attitude error due to wheel speed reversal | |
| CN110398995B (zh) | 一种压电陶瓷作动器的无模型跟踪控制方法及介质 | |
| TW442425B (en) | State control device of moving body and its state control method | |
| Huang et al. | Robust control allocation in attitude fault-tolerant control for combined spacecraft under measurement uncertainty | |
| JPH0470199B2 (ja) | ||
| JP5126107B2 (ja) | 人工衛星の姿勢制御装置 | |
| JP3174174B2 (ja) | 人工衛星の姿勢制御装置 | |
| JP2778620B2 (ja) | 人工衛星の姿勢制御装置 | |
| Luo et al. | Robust compensation for a robotic manipulator | |
| Nenchev | A controller for a redundant free-flying space robot with spacecraft attitude/manipulator motion coordination | |
| Wang et al. | Improved optimal steering law for SGCMG and adaptive attitude control of flexible spacecraft | |
| Senda et al. | Attitude control for free-flying space robot with CMG (Control Moment Gyroscopes) | |
| Ulrich et al. | Direct model reference adaptive control of a flexible joint robot | |
| JPH01243105A (ja) | 宇宙飛翔体の姿勢制御方法 | |
| JPS58183394A (ja) | 人工衛星のホイ−ル制御方式 | |
| JPS62125998A (ja) | 宇宙飛翔体の姿勢制御方式 | |
| JPH04369004A (ja) | マニピュレータのインピーダンス制御方法 | |
| Ali et al. | Ball and Beam Tracking Application with Linear Quadratic Control Design | |
| JPS6138076B2 (ja) | ||
| Karami et al. | Spacecraft momentum dumping using less than three external control torques |