JPH0569760B2 - - Google Patents

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JPH0569760B2
JPH0569760B2 JP59170234A JP17023484A JPH0569760B2 JP H0569760 B2 JPH0569760 B2 JP H0569760B2 JP 59170234 A JP59170234 A JP 59170234A JP 17023484 A JP17023484 A JP 17023484A JP H0569760 B2 JPH0569760 B2 JP H0569760B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
momentum
wheel
unloading
control device
yaw
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
Application number
JP59170234A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6150896A (en
Inventor
Kazuo Nakagawa
Yoichi Kawakami
Masao Sato
Shunji Manabe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp, Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP59170234A priority Critical patent/JPS6150896A/en
Publication of JPS6150896A publication Critical patent/JPS6150896A/en
Publication of JPH0569760B2 publication Critical patent/JPH0569760B2/ja
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  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔発明の技術分野〕 この発明は、定常運用時の人工衛星の姿勢制御
装置に関するものである。 〔従来技術〕 従来、この種の制御装置としては、第1図に示
すようなバイアスモーメンタム方式と、第2図に
示すようなゼロモーメンタム方式がある。1は地
球センサ、2は地球センサ電子回路、3はヨーセ
ンサ、4はヨーセンサ電子回路、5は姿勢制御装
置、8,10,12が、それぞれロール、ピツ
チ、ヨーホイール、7,9,11がそれぞれ、ロ
ール、ピツチ、ヨーホイール駆動回路である。 第1図のバイアスモーメンタム方式では、衛星
の姿勢角のうち、ロール角とピツチ角は、地球セ
ンサ1で検出するが、ヨー角の検出用センサは必
要としない。ピツチホイール10には、大きなバ
イアスモーメンタムが蓄積されており、ピツチ角
の制御はピツチホイール10の回転速度を変化さ
せることによつて行なわれる。ロール角の制御
は、ヨーホイール12を回転させ、ヨーホイール
モーメンタムとピツチホイールのバイアスモーメ
ンタムとの合成モーメンタムの反作用により行な
われる。ヨー角の制御は、ピツチホイールのバイ
アスモーメンタムによるジヤイロ剛性と人工衛星
の軌道運動カツプリングによるロール/ヨー変換
を利用して、ロール角を制御することにより、受
動的に行なわれる。 第2図のゼロモーメンタム方式では、人工衛星
の姿勢角の3成分を常時必要とし、そのうちロー
ル角とピツチ角は、地球センサ1で検出され、ヨ
ー角はヨーセンサ3で検出される。ロール角の制
御はロールホイール8の回転速度を変化させるこ
とによつて行われ、また、ピツチ角、ヨー角の制
御は、それぞれ、ピツチホイール10、ヨーホイ
ール12の回転速度を変化させることにより行な
われる。 両方式において、姿勢制御装置5は、それぞれ
のホイールに適切な回転速度を与えるための、制
御指令を与える。 バイアスモーメンタム方式では、ヨー角の制御
は角運動保存則による受動的なものであり、精度
を上げるには、大きなピツチホイール10が必要
となり、姿勢制御方式全体の重量が増大してしま
うという欠点を持つ。 ゼロモーメンタム方式では、ヨー角を常時検出
するヨーセンサ3が必要となるが、現段階では精
度が良く、軽量で信頼性の高いヨーセンサ3は存
在しない。 〔発明の概要〕 この発明は、かかる問題を改善するためのもの
であり、外乱モーメンタムを推定し、これを前も
つて補償することにより、制御精度が高く、軽量
で、信頼性の高い人工衛星の姿勢制御装置を提案
するものである。 〔発明の実施例〕 第3図は、この発明による人工衛星の姿勢制御
装置の一実施例の全体構成図である。この実施例
は、第3図から明らかなように、人工衛星の姿勢
角のうち、ロール角、ピツチ角を検出する地球セ
ンサ1及びその電子回路2と、ヨー角を検出する
太陽センサ3、及びその電子回路4から入力され
た信号により、人工衛星の姿勢角、及び姿勢角の
変化率を、目標の姿勢角、及び姿勢角の変化率へ
到達するように、ロールホイール8、ピツチホイ
ール9、ヨーホイール10の回転速度を変化させ
るためにそれぞれのホイールの駆動回路7,8,
9を、搭載計算機6の処理能力を用いて、姿勢制
御装置5を制御するように構成されている。 第4図は、第3図における姿勢制御装置5と、
搭載計算機6の処理機能構成図である。ホイール
制御装置15は、ホイール14に適切な回転速度
を与えるための制御指令をホイール駆動回路13
に与える。ここで、ホイール駆動回路13は、第
3図のロールホイール駆動回路7、ピツチホイー
ル駆動回路9、ヨーホイール駆動回路11を代表
し、ホイール14は、第3図のロールホイール
8、ピツチホイール10、ヨーホイール12を代
表する。ホイールモーメンタム検出装置16によ
りホイールのモーメンタムが検出され、一定の値
を越えると、アンローデイング制御装置17によ
り、不用のモーメンタムが放出される。アンロー
デイング実施時のモーメンタム放出量は、アンロ
ーデイングモーメンタム推定装置18により、推
定される。同時に、アンローデイング実施時の過
渡応答を押えるようにホイール制御装置15を制
御する、アンローデイングモーメンタム放出量が
得られたならば、各時刻の外乱モーメンタムが外
乱モーメンタム推定装置により、推定される。こ
の外乱モーメンタムを補償するようにホイールを
駆動すれば、人工衛星の姿勢角誤差を小さくする
ことができる。 尚、第4図で、ホイール制御装置15、ホイー
ルモーメンタム検出装置16、アンローデイング
制御装置17は、第3図の姿勢制御装置5を構成
し、アンローデイングモーメンタム推定装置1
8、外乱モーメンタム推定装置19は、第3図の
搭載計算機6を構成する。 次に、前記実施例の動作を説明する。 第3図、第4図において、ピツチホイール10
は、ほゞ一定の回転速度で回転しているため、一
定のバイアスモーメンタムが蓄積されている。そ
の結果、角運動量保存則により、人工衛星は、一
定の姿勢状態を維持しようとする。そこで、ピツ
チ角に誤差がある場合には、地球センサ1によつ
て検出され、地球センサ電子回路2を通して、姿
勢制御装置5により、ピツチホイール駆動回路9
が制御され、その結果、ピツチホイール10の回
転速度が変化し、その角運動量の反作用によつ
て、ピツチ角の誤差が零になるように制御され
る。 ロール角に誤差がある場合には、地球センサ1
によつて検出され、地球センサ電子回路2を通し
て、姿勢制御装置5により、ヨーホイール駆動回
路11が制御され、その結果、ヨーホイール12
の回転速度が変化し、その角運動量の反作用によ
つて、ロール角の誤差が零になるように制御され
る。 ヨー角に誤差があり、太陽センサ3によりヨー
角が検出される場合には、太陽センサ電子回路4
を通して、姿勢制御装置5により、ロールホイー
ル駆動回路7が制御され、その結果、ロールホイ
ール8の回転速度が変化し、その角運動量の反作
用によつて、ヨー角の誤差が零になるように制御
される。しかしながら、太陽センサ3をヨーセン
サとして用いるとき、ヨー角を常に検出すること
はできない。第6図は、太陽センサの可視域3
1,32、不可視域33,34を示したものであ
り、人工衛星の静止軌道21を北極方向から描い
たものである。地球20と太陽30の位置関係に
より、太陽センサの不可視域33,34では、ヨ
ー角を検出することができない。 人工衛星のロール軸回りの外乱トルクはモーメ
ンタムとして蓄積されて、ピツチホイールのバイ
アスモーメンタムと合成されて、人工衛星をヨー
軸まわりに回転させ、ヨー角誤差を生じる。 ここで、ヨー角誤差は、次のように表わされ
る。 ψ=HX−hX/hB ……(1) ただし、ψはヨー角誤差、HXは外乱による衛
星モーメンタム、hXはロールホイールのモーメン
タム、hBはピツチホイールのバイアスモーメンタ
ムである。 太陽センサがヨー角を検出する場合は、hX
HXに一致させることにより、ヨー角誤差を零に
することができるが、太陽センサがヨー角を検出
できない場合には、HXに充分近い外乱による衛
星モーメンタム推定値H∧Xに等しくロールホイー
ルのモーメンタムhXを制御する。このときヨー角
誤差は、 ψ=HX−H^X/hB ……(2) と表わされる。 外乱モーメンタム推定装置19は衛星に蓄積さ
れた外乱モーメンタム推定値H^XH^Zを求めるため
のものである。ここで、H^Xはロール軸まわりの
外乱モーメンタム推定値であり、H^Zはヨー軸ま
わりの外乱モーメンタム推定値である。 H^X,H^Zは、近似的に軌道周期を基本調波とす
るフーリエ級数で表わすことができる。即ち、 H^X=ax0ok=1 (axkcoskωpt+bxksinkωpt)+ok=1 (cxktcoskωpt+dxktsinkωpt) ……(3) H^Z=az0ok=1 (azkcoskωpt+bzksinωpt)+ok=1 (czktcoskωpt+dzktsinkωpt) ……(4) ただし、定数項、振動項だけでなく、発散項が
必要となる。また、ωpは軌道角速度、{axi},
{azi},{bxi},{bzi},(i=0,1,2……)

{cxj},{czj},{dxj},{dzj},(j=1,2,
……)
はフーリエ係数である。 太陽センサが可視域にあるときは、ホイールモ
ーメンタムhX,hZは、それぞれ衛星モーメンタム
HX,HZに等しいことから、幾つかのhX,hZを測
定することにより、フーリエ係数を推定すること
ができる。 (3),(4)式により、測定されたホイールモーメン
タムと推定されるフーリエ係数の間には、次のよ
うな線形関係が存在する。 H〜=Cx^+ε ……(5) 但し、Hは測定されたホイールモーメンタムベ
クトル、x^は推定されるフーリエ係数ベクトル、
Cはホイールモーメンタムとフーリエ係数との間
の係数マトリツクス、εはノイズである。 推定手法として、ノイズεの二乗を最小とする
最小二乗法によれば、フーリエ係数ベクトルは X^=(CTC)-1CTH〜 ……(6) と推定される。但し、Tは転置行列、−1は逆行
列を意味する。 フーリエ係数Xが推定されると、(3),(4)式によ
り、外乱モーメンタムの推定値H^X,H^Zが求めら
れる。 外乱モーメンタム推定装置19により、外乱モ
ーメンタム推定値H^X,H^Zが得られたならば、こ
られをホイール制御装置15に、常時挿入して、
フイードフオワード制御を行う。外乱モーメンタ
ムが精度良く推定されるならば、ホイール制御装
置15の負荷を軽減することができる。また、外
乱モーメンタム推定装置19の動作により、太陽
センサ不可視域でのヨー角制御を精度良く行うこ
とができる。 ホイール14は周期的外乱トルクを吸収して、
人工衛星の姿勢状態を目標の姿勢状態に保つこと
ができるが、永年的外乱トルクに対しては、ホイ
ール速度が上昇して制御不能になることがある。
そのため、ホイールモーメンタム検出装置16で
常時ホイール14のモーメンタムを監視し、一定
値を越えた場合は、アンローデイング制御装置1
7によつて、ホイール14に蓄積された不要な角
運動量を放出する必要がある。このとき、その反
作用によつて人工衛星に有害な姿勢誤差が生じる
が、この姿勢誤差を小さくするには、アンローデ
イングされたモーメンタムをフイードフオワード
信号としてホイール制御系に加え、実効的なホイ
ールモーメンタムコマンドを小さくすることが効
果的である。この機能を果すものが、アンローデ
イングモーメンタム推定装置18である。 また、外乱モーメンタム推定装置19におい
て、アンローデイングによるモーメンタム変化量
を考えなければ、外乱モーメンタムを正しく推定
することができない。 即ち、アンローデイングモーメンタム推定装置
18は、上記二つの機能を果すために、アンロー
デイングにより外界へ放出したモーメンタムを推
定するものである。 第5図は、アンローデイングモーメンタム推定
装置18の動作説明図である。第5図イの衛星の
蓄積モーメンタムは外乱トルクによつて漸増、ま
たは漸減する。このとき、ホイールモーメンタム
ニは、衛星の蓄積モーメンタムイと、ほゞ等し
い。またアンローデイングモーメンタム推定値ホ
は、前回までの累積アンローデイングモーメンタ
ムを保持している。 いま、時刻t1にてアンローデイングが実施され
たとする。アンローデイングスラスタトルクロは
tpoの間だけトルクを発生させる。この過渡応答
を押えるため、アンローデイングスラスタトルク
ロが生じさせるモーメンタムと等価なアンローデ
イングモーメンタムを、ホイールトルクバイアス
ハとして加える。アンローデイングスラスタトル
クに較べてホイールトルクバイアスは小さいた
め、t1からt2までホイールトルクバイアスを加え
続ける必要がある。 時刻t2でのアンローデイングモーメンタム推定
値H^UM 2は、次のように表示ことができる。 H^UM 2=C0 I[H^0 UM+CI 0t1 t1 +t po TC dt]……(7
) ここで、C0 Iは慣性座標系から軌道座標系への変
換行列であり、CI 0はその逆行列である。H0 UMは前
回までの累積アンローデイングモーメンタム推定
値、t1はアンローデイング実施時、tpoはアンロー
デイングスラスタオンタイム、TCはアンローデ
イングスラスタ推力レベルである。アンローデイ
ングモーメンタムは予測値であるため、時刻t2
は、ホイールモーメンタムニは、衛星の蓄積モー
メンタムイと一致せず、若干の過度応答を生じ
る。 (7)式は予測値であるから、実際にアンローデイ
ング前後のモーメンタムの変化量を測定して、ア
ンローデイングモーメンタム推定値とする必要が
ある。 時刻t3には、t2で生じた過度応答が収つている
とすると、時刻t3からt4までにホイールモーメン
タムニをN回測定して、その平均をアンローデイ
ング後のホイールモーメンタムとする。 即ち、時刻t4でのアンローデイングモーメンタ
ム推定値H^UM 4は、次のように表すことができる。
[Technical Field of the Invention] The present invention relates to an attitude control device for an artificial satellite during steady operation. [Prior Art] Conventionally, as this type of control device, there are a bias momentum method as shown in FIG. 1 and a zero momentum method as shown in FIG. 1 is an earth sensor, 2 is an earth sensor electronic circuit, 3 is a yaw sensor, 4 is a yaw sensor electronic circuit, 5 is an attitude control device, 8, 10, and 12 are roll, pitch, and yaw wheels, and 7, 9, and 11 are respectively , roll, pitch, and yaw wheel drive circuits. In the bias momentum method shown in FIG. 1, the roll angle and pitch angle of the satellite's attitude angle are detected by the earth sensor 1, but a sensor for detecting the yaw angle is not required. A large bias momentum is stored in the pitch wheel 10, and the pitch angle is controlled by changing the rotational speed of the pitch wheel 10. The roll angle is controlled by rotating the yaw wheel 12 and by the reaction of the combined momentum of the yaw wheel momentum and the bias momentum of the pitch wheel. Yaw angle control is performed passively by controlling the roll angle using gyro stiffness due to pitch wheel bias momentum and roll/yaw conversion due to satellite orbital motion coupling. In the zero momentum method shown in FIG. 2, three components of the attitude angle of the satellite are always required, of which the roll angle and pitch angle are detected by the earth sensor 1, and the yaw angle is detected by the yaw sensor 3. The roll angle is controlled by changing the rotation speed of the roll wheel 8, and the pitch angle and yaw angle are controlled by changing the rotation speeds of the pitch wheel 10 and yaw wheel 12, respectively. It can be done. In both types, the attitude control device 5 provides control commands to give appropriate rotational speeds to each wheel. In the bias momentum method, the yaw angle is controlled passively according to the law of conservation of angular motion, and in order to improve accuracy, a large pitch wheel 10 is required, which has the drawback of increasing the weight of the entire attitude control method. have The zero momentum method requires a yaw sensor 3 that constantly detects the yaw angle, but at present there is no highly accurate, lightweight, and reliable yaw sensor 3. [Summary of the Invention] This invention is intended to improve this problem, and by estimating the disturbance momentum and compensating for it in advance, it is possible to create a lightweight, highly reliable artificial satellite with high control accuracy. This paper proposes an attitude control device. [Embodiment of the Invention] FIG. 3 is an overall configuration diagram of an embodiment of an attitude control device for an artificial satellite according to the present invention. As is clear from FIG. 3, this embodiment includes an earth sensor 1 and its electronic circuit 2 that detect the roll angle and pitch angle of the attitude angle of the artificial satellite, a sun sensor 3 that detects the yaw angle, and The roll wheel 8, pitch wheel 9, In order to change the rotational speed of the yaw wheel 10, each wheel drive circuit 7, 8,
9 is configured to control the attitude control device 5 using the processing power of the on-board computer 6. FIG. 4 shows the attitude control device 5 in FIG. 3,
It is a processing function block diagram of the on-board computer 6. The wheel control device 15 sends a control command to the wheel drive circuit 13 to give an appropriate rotational speed to the wheel 14.
give to Here, the wheel drive circuit 13 represents the roll wheel drive circuit 7, pitch wheel drive circuit 9, and yaw wheel drive circuit 11 shown in FIG. 3, and the wheel 14 represents the roll wheel drive circuit 7, pitch wheel drive circuit 9, and yaw wheel drive circuit 11 shown in FIG. It represents the yaw wheel 12. A wheel momentum detection device 16 detects the wheel momentum, and when it exceeds a certain value, an unloading control device 17 releases the unnecessary momentum. The amount of momentum released during unloading is estimated by the unloading momentum estimation device 18. At the same time, once the unloading momentum release amount that controls the wheel control device 15 to suppress the transient response during unloading is obtained, the disturbance momentum at each time is estimated by the disturbance momentum estimation device. By driving the wheels to compensate for this disturbance momentum, the attitude angle error of the satellite can be reduced. In FIG. 4, the wheel control device 15, the wheel momentum detection device 16, and the unloading control device 17 constitute the attitude control device 5 in FIG.
8. The disturbance momentum estimating device 19 constitutes the onboard computer 6 in FIG. Next, the operation of the above embodiment will be explained. In FIGS. 3 and 4, pitch wheel 10
rotates at a nearly constant rotational speed, so a constant bias momentum is accumulated. As a result, the satellite attempts to maintain a constant attitude due to the law of conservation of angular momentum. Therefore, if there is an error in the pitch angle, it is detected by the earth sensor 1, and sent to the pitch wheel drive circuit 9 by the attitude control device 5 through the earth sensor electronic circuit 2.
As a result, the rotational speed of the pitch wheel 10 changes, and the pitch angle error is controlled to be zero due to the reaction of the angular momentum. If there is an error in the roll angle, earth sensor 1
The yaw wheel drive circuit 11 is controlled by the attitude control device 5 through the earth sensor electronics 2 so that the yaw wheel 12
The rotational speed of the roller changes, and the reaction of the angular momentum controls the roll angle error to zero. If there is an error in the yaw angle and the yaw angle is detected by the sun sensor 3, the sun sensor electronic circuit 4
Through this, the roll wheel drive circuit 7 is controlled by the attitude control device 5, and as a result, the rotational speed of the roll wheel 8 changes, and the yaw angle error is controlled to be zero due to the reaction of the angular momentum. be done. However, when using the sun sensor 3 as a yaw sensor, the yaw angle cannot always be detected. Figure 6 shows the visible range 3 of the solar sensor.
1, 32, and invisible areas 33, 34, the geostationary orbit 21 of the artificial satellite is drawn from the direction of the North Pole. Due to the positional relationship between the earth 20 and the sun 30, the yaw angle cannot be detected in the invisible areas 33 and 34 of the sun sensor. Disturbing torque about the satellite's roll axis accumulates as momentum and is combined with the bias momentum of the pitch wheel to rotate the satellite about the yaw axis, resulting in a yaw angle error. Here, the yaw angle error is expressed as follows. ψ = H X h X / h B ... (1) where ψ is the yaw angle error, H If the sun sensor detects the yaw angle, set h
The yaw angle error can be made zero by matching H X , but if the sun sensor cannot detect the yaw angle, the roll wheel control the momentum hX . At this time, the yaw angle error is expressed as ψ= HX −H^ X / hB ...(2). The disturbance momentum estimating device 19 is for determining the estimated disturbance momentum value H^ XH ^ Z accumulated in the satellite. Here, H^ X is the estimated value of the disturbance momentum around the roll axis, and H^ Z is the estimated value of the disturbance momentum around the yaw axis. H^ X and H^ Z can be approximately expressed as a Fourier series with the orbital period as the fundamental harmonic. That is , H ^ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ z0 + ok=1 (a zk coskω pt +b zk sinω pt ) + ok=1 (c zkt coskω pt +d zkt sinkω pt ) ...(4) However, not only the constant term and the vibration term, but also the divergence section is required. Also, ω p is the orbital angular velocity, {a xi },
{a zi }, {b xi }, {b zi }, (i=0, 1, 2...)

{c xj }, {c zj }, {d xj }, {d zj }, (j=1, 2,
…)
is the Fourier coefficient. When the sun sensor is in the visible range, the wheel momentum h X and h Z are the satellite momentum, respectively.
Since H X and H Z are equal, the Fourier coefficient can be estimated by measuring several h X and h Z. According to equations (3) and (4), the following linear relationship exists between the measured wheel momentum and the estimated Fourier coefficient. H~=Cx^+ε...(5) However, H is the measured wheel momentum vector, x^ is the estimated Fourier coefficient vector,
C is a coefficient matrix between wheel momentum and Fourier coefficients, and ε is noise. As an estimation method, according to the least squares method that minimizes the square of the noise ε, the Fourier coefficient vector is estimated as X^=(C T C) -1 C T H~ (6). However, T means a transposed matrix, and -1 means an inverse matrix. When the Fourier coefficient Once the estimated disturbance momentum values H ^
Performs feed forward control. If the disturbance momentum is accurately estimated, the load on the wheel control device 15 can be reduced. In addition, the operation of the disturbance momentum estimating device 19 allows accurate yaw angle control in the sun sensor invisible region. The wheel 14 absorbs periodic disturbance torque,
Although the attitude of the satellite can be maintained at the target attitude, the wheel speed may increase and become uncontrollable in response to permanent disturbance torque.
Therefore, the wheel momentum detection device 16 constantly monitors the momentum of the wheel 14, and if it exceeds a certain value, the unloading control device 1
7, it is necessary to release the unnecessary angular momentum stored in the wheel 14. At this time, the reaction causes an attitude error that is harmful to the satellite, but in order to reduce this attitude error, the unloaded momentum is added to the wheel control system as a feedforward signal, and the effective wheel control system is It is effective to reduce the momentum command. The unloading momentum estimation device 18 performs this function. Further, in the disturbance momentum estimating device 19, the disturbance momentum cannot be correctly estimated unless the amount of change in momentum due to unloading is considered. That is, the unloading momentum estimating device 18 estimates the momentum released to the outside world by unloading in order to fulfill the above two functions. FIG. 5 is an explanatory diagram of the operation of the unloading momentum estimation device 18. The accumulated momentum of the satellite in Figure 5A gradually increases or decreases depending on the disturbance torque. At this time, the wheel momentum MU is approximately equal to the satellite's accumulated momentum MU. Furthermore, the estimated unloading momentum value E holds the cumulative unloading momentum up to the previous time. Assume that unloading is now performed at time t1 . Unloading thruster torque cross
Generates torque only during t po . In order to suppress this transient response, unloading momentum equivalent to the momentum generated by the unloading thruster torque roller is added as a wheel torque bias. Since the wheel torque bias is small compared to the unloading thruster torque, it is necessary to continue applying the wheel torque bias from t 1 to t 2 . The unloading momentum estimate H^ UM 2 at time t 2 can be expressed as: H^ UM 2 =C 0 I [H^ 0 UM +C I 0t1 t1 +t po T C dt]……(7
) Here, C 0 I is the transformation matrix from the inertial coordinate system to the orbital coordinate system, and C I 0 is its inverse matrix. H 0 UM is the estimated cumulative unloading momentum up to the previous time, t 1 is the unloading time, t po is the unloading thruster on time, and T C is the unloading thruster thrust level. Since the unloading momentum is a predicted value, at time t2 , the wheel momentum does not match the satellite's accumulated momentum, resulting in a slight transient response. Since equation (7) is a predicted value, it is necessary to actually measure the amount of change in momentum before and after unloading and use it as an estimated unloading momentum value. Assuming that the transient response that occurred at t2 has subsided at time t3 , the wheel momentum is measured N times from time t3 to t4 , and the average thereof is taken as the wheel momentum after unloading. That is, the unloading momentum estimated value H^ UM 4 at time t 4 can be expressed as follows.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

このように、この発明によれば制御精度が高く
かつ軽量、高信頼性の人工衛星の姿勢制御を行な
うことができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to perform attitude control of an artificial satellite with high control accuracy, light weight, and high reliability.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の姿勢制御装置の一実施例である
バイアスモーメンタム方式の全体構成図、第2図
は、同じくゼロモーメンタム方式の全体構成図、
第3図は、この発明による人工衛星の姿勢制御装
置の一実施例の全体構成図、第4図は、第3図に
おける姿勢制御装置と搭載計算機の処理機能構成
図、第5図は、アンローデイングモーメンタム推
定機構の動作説明図、第6図は、太陽センサの不
可視域、及びホイールモーメンタム測定軌道位置
説明図である。 図中、1は、地球センサ、2は同電子回路、3
は太陽センサ、又はヨーセンサ、4は同電子回
路、5は姿勢制御装置、6は搭載計算機、8はロ
ールホイール、7は同駆動回路、10はピツチホ
イール、9は同駆動回路、12はヨーホイール、
11は同駆動回路、15はホイール制御装置、1
6はホイールモーメンタム検出装置、17はアン
ローデイング制御装置、18はアンローデイング
モーメンタム推定装置、19は外乱モーメンタム
推定装置である。なお、図中同一あるいは相当部
分には同一符号を付して示してある。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a bias momentum system, which is an example of a conventional attitude control device, and FIG. 2 is an overall configuration diagram of a zero momentum system, which is an example of a conventional attitude control device.
FIG. 3 is an overall configuration diagram of an embodiment of an attitude control device for an artificial satellite according to the present invention, FIG. 4 is a diagram of the processing function configuration of the attitude control device and onboard computer in FIG. 3, and FIG. FIG. 6 is an explanatory diagram of the operation of the dinging momentum estimating mechanism, and is an explanatory diagram of the invisible area of the sun sensor and the wheel momentum measurement orbit position. In the figure, 1 is the earth sensor, 2 is the same electronic circuit, 3
is the sun sensor or yaw sensor, 4 is the electronic circuit, 5 is the attitude control device, 6 is the onboard computer, 8 is the roll wheel, 7 is the same drive circuit, 10 is the pitch wheel, 9 is the same drive circuit, 12 is the yaw wheel ,
11 is the drive circuit, 15 is a wheel control device, 1
6 is a wheel momentum detection device, 17 is an unloading control device, 18 is an unloading momentum estimation device, and 19 is a disturbance momentum estimation device. It should be noted that the same or corresponding parts in the figures are indicated by the same reference numerals.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 人工衛星の姿勢角を検出する地球センサ、太
陽センサ、及びそれぞれに対応する電子回路と、
前記地球センサ、太陽センサの出力信号を入力と
して、人工衛星の姿勢角、及び姿勢角変化率を目
標の姿勢角、及び姿勢角変化率へ到達するように
ロールホイール、ピツチホイール、ヨーホイール
の回転速度を変化させるためのホイールの駆動回
路を制御するホイール制御装置と、上記ホイール
のモーメンタムを検出するホイールモーメンタム
検出装置と、上記ホイールモーメンタム検出装置
で検出されたホイールのモーメンタムが一定値を
越えた場合、ホイールに蓄積された不要なモーメ
ンタムを放出するアンローデイング制御装置と、
上記アンローデイングされたモーメンタム放出量
を推定し、かつアンローデイングされたモーメン
タムを 上記ホイール制御装置へ与えるアンローデイン
グモーメンタム推定装置と、上記アンローデイン
グモーメンタム推定装置によりアンローデイング
モーメンタム放出量が得られたとき、アンローデ
イングによるモーメンタム変化量推定値により補
正した外乱モーメンタム推定値を上記ホイール制
御装置へ与える外乱モーメンタム推定装置とを具
備したことを特徴とする人工衛星の姿勢制御装
置。 2 外乱モーメンタム推定装置を地上局の計算機
に受け持たせ、人工衛星に実時間処理のための送
受信器を備えたことを特徴とする、特許請求の範
囲第1項記載の人工衛星の姿勢制御装置。
[Claims] 1. An earth sensor, a sun sensor, and corresponding electronic circuits for detecting the attitude angle of an artificial satellite;
Using the output signals of the earth sensor and the sun sensor as input, the roll wheel, pitch wheel, and yaw wheel are rotated so that the attitude angle and attitude angle change rate of the artificial satellite reach the target attitude angle and attitude angle change rate. A wheel control device that controls a wheel drive circuit for changing speed, a wheel momentum detection device that detects the momentum of the wheel, and when the wheel momentum detected by the wheel momentum detection device exceeds a certain value. , an unloading control device for releasing unnecessary momentum built up in the wheel;
When the unloading momentum estimating device estimates the unloading momentum release amount and supplies the unloaded momentum to the wheel control device, and the unloading momentum estimating device obtains the unloading momentum release amount, An attitude control device for an artificial satellite, comprising: a disturbance momentum estimating device that supplies a disturbance momentum estimated value corrected by a momentum change amount estimated value due to unloading to the wheel control device. 2. An attitude control device for an artificial satellite according to claim 1, characterized in that the disturbance momentum estimating device is assigned to a computer in a ground station, and the artificial satellite is equipped with a transmitter/receiver for real-time processing. .
JP59170234A 1984-08-15 1984-08-15 Control system of attitude of artificial satellite Granted JPS6150896A (en)

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JPS58183390A (en) * 1982-04-20 1983-10-26 メツセルシユミツト・ベルコウ・ブロ−ム・ゲゼルシヤフト・ミト・ベシユレンクテル・ハフツング Controller for attitude of artificial satellite
JPS5959599A (en) * 1982-09-29 1984-04-05 株式会社東芝 Unloading controller

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