JPS5867600A - 人工衛星の制御装置 - Google Patents
人工衛星の制御装置Info
- Publication number
- JPS5867600A JPS5867600A JP56167500A JP16750081A JPS5867600A JP S5867600 A JPS5867600 A JP S5867600A JP 56167500 A JP56167500 A JP 56167500A JP 16750081 A JP16750081 A JP 16750081A JP S5867600 A JPS5867600 A JP S5867600A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- manipulator
- satellite
- acceleration
- artificial satellite
- control
- 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.)
- Granted
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Landscapes
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
- Manipulator (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、宇宙空間での組立作業や保守作業などに使
用されるマニプレータを有する人工衛星のマニプレータ
制御と三軸姿勢制御を行なう制御装置に関するものであ
る。
用されるマニプレータを有する人工衛星のマニプレータ
制御と三軸姿勢制御を行なう制御装置に関するものであ
る。
マニプレータを有する人工衛星は、現在実用化の段階に
いたっていない。第１図はマニプレータを有する人工衛
星の概要を示す説明図であり、図において（１）は人工
衛星本体、（２）は人工衛星の姿勢を検出するセンサ、
（３ｍ）、 （３ｂ）、 （３ｅ） は人工衛星の三
軸姿勢制御を行なうホイール、（４）は組立作業や保守
作業などを行うマニプレータである、座標軸Ｘ ＩＩ
ｙ ＠ｚはそれぞれロール軸・ピッチ軸・ヨー軸と呼ば
れ、人工衛星本体（１）に固定された座標軸である。
いたっていない。第１図はマニプレータを有する人工衛
星の概要を示す説明図であり、図において（１）は人工
衛星本体、（２）は人工衛星の姿勢を検出するセンサ、
（３ｍ）、 （３ｂ）、 （３ｅ） は人工衛星の三
軸姿勢制御を行なうホイール、（４）は組立作業や保守
作業などを行うマニプレータである、座標軸Ｘ ＩＩ
ｙ ＠ｚはそれぞれロール軸・ピッチ軸・ヨー軸と呼ば
れ、人工衛星本体（１）に固定された座標軸である。
第２図は従来の人工衛星の三軸姿勢制御手段の一例を示
すブロック図であり、図において（３）は三） 軸姿勢制御を行なうホイール、（５）は人工衛星の姿勢
目標、（６）はホイール用コントローラ、（７）ｔ；を
人工衛星のグイナミクスを示す。
すブロック図であり、図において（３）は三） 軸姿勢制御を行なうホイール、（５）は人工衛星の姿勢
目標、（６）はホイール用コントローラ、（７）ｔ；を
人工衛星のグイナミクスを示す。
填３図は従来のマニプレータ制御手段の一例を示すブロ
ック図であり、図において（８）はマニプレータの運動
軌道、（９）Ｆｉこの運動軌道（８）から補償トルクを
推定する補償トルク推定器、α４はマニプレータ用コン
トローラ、Ｑηはマニプレータのダイナきクスを示す。
ック図であり、図において（８）はマニプレータの運動
軌道、（９）Ｆｉこの運動軌道（８）から補償トルクを
推定する補償トルク推定器、α４はマニプレータ用コン
トローラ、Ｑηはマニプレータのダイナきクスを示す。
次に動作について説明する。ここでは、人工衛星の三軸
姿勢制御は、ピッチ軸方向のホイールに大きな角運動量
をもたせるバイアスモーメンタム方式によるものとする
。通常、センサ（２）によって人工衛星のロール角及び
ピッチ角が検出される。
姿勢制御は、ピッチ軸方向のホイールに大きな角運動量
をもたせるバイアスモーメンタム方式によるものとする
。通常、センサ（２）によって人工衛星のロール角及び
ピッチ角が検出される。
ロール方向とヨ一方向の運動が強く達成しているので、
ロール角信号だけでホイール用コントローラ（６）によ
りホイール（３ｂ） ＝ （３ｅ）の駆動トルクを定め
、これらの方向の姿勢制御をすることかで負る。また、
ピッチ方向の姿勢は、ピッチ角信号を用いて、ホイール
（３ａ）により制御することができる。
ロール角信号だけでホイール用コントローラ（６）によ
りホイール（３ｂ） ＝ （３ｅ）の駆動トルクを定め
、これらの方向の姿勢制御をすることかで負る。また、
ピッチ方向の姿勢は、ピッチ角信号を用いて、ホイール
（３ａ）により制御することができる。
マニプレータ制御にはいくつかの方式があるが、人工衛
星のマニプレータのようにマニプレータの動きによる外
乱トルクの影響を抑える必要がある場合には、精度よく
制御するため、補償トルクを推定して、この補償トルク
を与える第３図に示す運動軌道（８）より得られた各関
節角の目標値とマニプレータより得られた関節角の偏差
をマニプレータ用コントローラ叫に久方し、各関節に加
える制御トルクを得る、マニプレータ用コントローラ（
ｌには通常ＰＩＤコントローラが使用される。
星のマニプレータのようにマニプレータの動きによる外
乱トルクの影響を抑える必要がある場合には、精度よく
制御するため、補償トルクを推定して、この補償トルク
を与える第３図に示す運動軌道（８）より得られた各関
節角の目標値とマニプレータより得られた関節角の偏差
をマニプレータ用コントローラ叫に久方し、各関節に加
える制御トルクを得る、マニプレータ用コントローラ（
ｌには通常ＰＩＤコントローラが使用される。
さらに、速度や加速度を含めてきめこまかに制御するに
は上記の制御ループだけでは不十分で、運動軌道（８）
の実行にともなう重力や慣性方をマニプレータ用補償ト
ルク推定器（９）によって推定し、各関節に対する補償
トルクを求める必要がある。
は上記の制御ループだけでは不十分で、運動軌道（８）
の実行にともなう重力や慣性方をマニプレータ用補償ト
ルク推定器（９）によって推定し、各関節に対する補償
トルクを求める必要がある。
この場合、慣性方には直進力だけでなく、遠心力やコリ
オリカを含めて補償する方がよい。
オリカを含めて補償する方がよい。
また、マニプレータの各リンクごとに運動方程式をたて
る繰返し二ニートン・オイラー法を用いれば、補償トル
ク計算の実時間実行が可能（１０ｍａｓｅ以内）である
ことが知られている。
る繰返し二ニートン・オイラー法を用いれば、補償トル
ク計算の実時間実行が可能（１０ｍａｓｅ以内）である
ことが知られている。
従来の人工衛星の姿勢制御は、第２図に示すように姿勢
角誤差だけからホイール駆動トルクを決めて制御を行な
うため、マニプレータの運動の反作用で人工衛星自体も
動いてしまうような大きな外乱トルクの生ずる場合には
、姿勢角間の干渉が大きくなるため、必要以上の制御ト
ルクを必要とし、また、姿勢精度を保たせることが困難
であるなどの欠点がある。
角誤差だけからホイール駆動トルクを決めて制御を行な
うため、マニプレータの運動の反作用で人工衛星自体も
動いてしまうような大きな外乱トルクの生ずる場合には
、姿勢角間の干渉が大きくなるため、必要以上の制御ト
ルクを必要とし、また、姿勢精度を保たせることが困難
であるなどの欠点がある。
一方、マニプレータ制御に関しても、高精度の軌道制御
ＫＦｉ人工衛星本体の加速度値が必要であり、この加速
度値はマニプレータの動きに応じて変化するのす高い制
御精度が得られない欠点がある。
ＫＦｉ人工衛星本体の加速度値が必要であり、この加速
度値はマニプレータの動きに応じて変化するのす高い制
御精度が得られない欠点がある。
この発明は、上記のよう々欠点を除去するためになされ
た亀ので、マニプレータの運動による反作用を推定する
ことにより、人工衛星自体とマニプレータの双方にフィ
ード、フォワードに補償トルクを与え、マニプレータの
軌道制御と人工衛星の姿勢制御を同時に精度よく達成で
きる制御装置を提供することを目的としている。
た亀ので、マニプレータの運動による反作用を推定する
ことにより、人工衛星自体とマニプレータの双方にフィ
ード、フォワードに補償トルクを与え、マニプレータの
軌道制御と人工衛星の姿勢制御を同時に精度よく達成で
きる制御装置を提供することを目的としている。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第４
図はこの発明の一実施例を示すブロック図であり、図に
おいて（３） 、 （５） 、 （６） 、 （８）
、 ＱＩ Ｆｉそれぞれ第２図または第３図の同一符号
と同一または相当する部分を示し、（ロ）は人工衛星の
姿勢目標（５）と人工衛星本体に対するマニプレータの
運動軌道−（８）から人工衛星本体の加速度を推定する
加速度推定器、（１３ｔ′ｉ加速度推定器幹によって推
定された人工衛星本体の加速度と人工衛星の姿勢目標（
５）、マニプレータの運動軌道（８）から人工衛星本体
ならびにマニプレータの各関節に働く反作用を推定する
反作用推定器、Ｃ１４はホイール（３）に加えるべき補
償トルクを推定するホイール用補償トルク推定器、α９
＃′ｉ人工衛星本体とマニプレータを合せた系全体のダ
イナミクスを示す。
図はこの発明の一実施例を示すブロック図であり、図に
おいて（３） 、 （５） 、 （６） 、 （８）
、 ＱＩ Ｆｉそれぞれ第２図または第３図の同一符号
と同一または相当する部分を示し、（ロ）は人工衛星の
姿勢目標（５）と人工衛星本体に対するマニプレータの
運動軌道−（８）から人工衛星本体の加速度を推定する
加速度推定器、（１３ｔ′ｉ加速度推定器幹によって推
定された人工衛星本体の加速度と人工衛星の姿勢目標（
５）、マニプレータの運動軌道（８）から人工衛星本体
ならびにマニプレータの各関節に働く反作用を推定する
反作用推定器、Ｃ１４はホイール（３）に加えるべき補
償トルクを推定するホイール用補償トルク推定器、α９
＃′ｉ人工衛星本体とマニプレータを合せた系全体のダ
イナミクスを示す。
次に動作について説明する。人工衛星の姿勢目標（５）
とマニプレータの運動軌道（８）から、繰返しニュート
ン・オイラー法を利用して加速度推定器（２）Ｋより人
工衛星本体の加速度を推定する。人工衛星本体の加速度
が得られれば、再度ニュートン・オイラー法を用いて反
作用推定器（至）によ抄、マニプレータの各関節に働く
力・モーメントやマニプレータの運動によって人工衛星
自体に働く反作用を得ることができる。上記のようにし
て得られた各関節に働くモーメントからマニプレータに
加えるべき補償トルクが得られ、また、人工衛星本体に
働く反作用からホイール用補償トルク推定器Ｑ４によっ
てホイール（３）に加えるべき補償トルクが得られる。
とマニプレータの運動軌道（８）から、繰返しニュート
ン・オイラー法を利用して加速度推定器（２）Ｋより人
工衛星本体の加速度を推定する。人工衛星本体の加速度
が得られれば、再度ニュートン・オイラー法を用いて反
作用推定器（至）によ抄、マニプレータの各関節に働く
力・モーメントやマニプレータの運動によって人工衛星
自体に働く反作用を得ることができる。上記のようにし
て得られた各関節に働くモーメントからマニプレータに
加えるべき補償トルクが得られ、また、人工衛星本体に
働く反作用からホイール用補償トルク推定器Ｑ４によっ
てホイール（３）に加えるべき補償トルクが得られる。
次に加速度推定器（２）、反作用推定器（至）について
述べる。人工衛星本体の加速度ベクトルをａとする。マ
ニプレータの運動により人工衛星本体に働く反作用力Ｆ
〜は、ニュートン・オイラー法を用いればａの関数とし
て Ｆ＝−ｍ、ａ＋ｇ （１１のようにあ
られされる。ただし式（１）でｍ、け／〜ンドリングす
る物体も含めたマニプレータの質量、ｇはａに関係しか
い既知の加速度に関する項をあられす。一方、人工衛星
本体のダイナミクスによれば反作用力Ｆは Ｆ ＝ ｍ、ａ （２）となる。こζで
ｍ２は人工衛星本体の質量をあられす、式（１）でａ＝
Ｏとして右辺を求めればｇが得られ、式（１）と式（２
）とから ａ＝ｇ／（ｍ ＋ｍ ） ’ （３）ｌ
２ としてａを得ることができる。これが加速度推定器（６
）の構成の基本となるものである。
述べる。人工衛星本体の加速度ベクトルをａとする。マ
ニプレータの運動により人工衛星本体に働く反作用力Ｆ
〜は、ニュートン・オイラー法を用いればａの関数とし
て Ｆ＝−ｍ、ａ＋ｇ （１１のようにあ
られされる。ただし式（１）でｍ、け／〜ンドリングす
る物体も含めたマニプレータの質量、ｇはａに関係しか
い既知の加速度に関する項をあられす。一方、人工衛星
本体のダイナミクスによれば反作用力Ｆは Ｆ ＝ ｍ、ａ （２）となる。こζで
ｍ２は人工衛星本体の質量をあられす、式（１）でａ＝
Ｏとして右辺を求めればｇが得られ、式（１）と式（２
）とから ａ＝ｇ／（ｍ ＋ｍ ） ’ （３）ｌ
２ としてａを得ることができる。これが加速度推定器（６
）の構成の基本となるものである。
また、上記のようにして得られた人工衛星の加速）Ｊｌ
’ａを用いれば、式（１）によって反作用力Ｆが、また
、Ｆを求める過程で人工衛星に働く反作用モーメントや
マニプレータの各関節に働く力・モーメントも同時に得
られる。これを基本にして反作用推定器α３が構成され
る。
’ａを用いれば、式（１）によって反作用力Ｆが、また
、Ｆを求める過程で人工衛星に働く反作用モーメントや
マニプレータの各関節に働く力・モーメントも同時に得
られる。これを基本にして反作用推定器α３が構成され
る。
ホイール用補償トルク推定器ａ４は、人工衛星本体のグ
イナミクスから容易に構成することができるｎまた、そ
れぞれの推定器αつ、（至）、α◆における計算は単純
なので、実時間実行が可能である。
イナミクスから容易に構成することができるｎまた、そ
れぞれの推定器αつ、（至）、α◆における計算は単純
なので、実時間実行が可能である。
なお、上記実施例では三軸姿勢制御にホイール（３）を
用いたものを示したが、スラスタや磁気トルカを用いた
三軸姿勢制御方式であってもよい。また、ニュートン・
オイラー法の計算は二度実行するが、１ステツプ前の人
工衛星本体の加速度を用いれば、−摩の実行でも実施可
能となる。さらに、上記実施例ではマニプレータの関節
は回転自由度をもつものとしたが、摺動自由度をもつも
のであってもよい。
用いたものを示したが、スラスタや磁気トルカを用いた
三軸姿勢制御方式であってもよい。また、ニュートン・
オイラー法の計算は二度実行するが、１ステツプ前の人
工衛星本体の加速度を用いれば、−摩の実行でも実施可
能となる。さらに、上記実施例ではマニプレータの関節
は回転自由度をもつものとしたが、摺動自由度をもつも
のであってもよい。
以上のように、この発明によれば、補償トルクをフィー
ド、フォワードに加えて人工衛星の姿勢制御とｙ＝ニブ
レータ軌道制御を同時に考慮するように構成したので、
必要以上の制御トルクを加える必要がなく、また、精度
の高い制御が得られるという効果がある。
ド、フォワードに加えて人工衛星の姿勢制御とｙ＝ニブ
レータ軌道制御を同時に考慮するように構成したので、
必要以上の制御トルクを加える必要がなく、また、精度
の高い制御が得られるという効果がある。
第１図はマニプレータを有する人工衛星の概要を示す説
明図、第２図は従来の人工衛星の三軸姿勢制御手段の一
例を示すブロック図、第３図は従来のマニプレータ制御
手段の一例を示す・ブロック図、第４図はこの発明の一
実施例を示すブロック図である。 図において（１）は人工衛星本体、（２）はセンサ、（
３１。 （３ａ）＝（３ｂ）、（３ｃ） ｌｄホイール、（４
） Ｆｉ−ｒニブレータ、（５） ＃′ｉ人工衛星の姿
勢目標、（６）はホイール用コントローラ、（８）はマ
ニプレータの運動軌道、α１はマニプレータ用コントロ
ーラ、ＱａＦｉ加速度推定器、Ｑ３は反作用推定器、α
４はホイール用補償トルク推定器、（至）は人工衛星本
体とマニプレータを合せた系全体のダイナミクスである
。 なお、各図中同一符号は同一または相当する部分を示す
ものとする。 代理人 葛 野 信 − 手続補正書（自発） 特許庁長官殿 １、事件の表示 特願昭５６−１６７５００号２
、発明の名称 人工術１０制御装置 ３、補正をする者 （連絡先０３（２１３）３４２１特許ＩＮ）５、補正の
対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 （１）明細書第５頁第１４行目「フィード、フォワード
」とあるを「フィードフォワード」と訂正する。 （２）同薔第７頁第艶行目「右辺」とあるを「左辺」と
訂正する。 （３）同書第８頁第１６行目乃至第１７行目「磁気トル
カ」とあるを「磁気トルカ」と訂正する。 （４）同書第９′ｊｌ第４行目「フィード、フォワード
」とあるを「フィードフォワード」と訂正する。 以上
明図、第２図は従来の人工衛星の三軸姿勢制御手段の一
例を示すブロック図、第３図は従来のマニプレータ制御
手段の一例を示す・ブロック図、第４図はこの発明の一
実施例を示すブロック図である。 図において（１）は人工衛星本体、（２）はセンサ、（
３１。 （３ａ）＝（３ｂ）、（３ｃ） ｌｄホイール、（４
） Ｆｉ−ｒニブレータ、（５） ＃′ｉ人工衛星の姿
勢目標、（６）はホイール用コントローラ、（８）はマ
ニプレータの運動軌道、α１はマニプレータ用コントロ
ーラ、ＱａＦｉ加速度推定器、Ｑ３は反作用推定器、α
４はホイール用補償トルク推定器、（至）は人工衛星本
体とマニプレータを合せた系全体のダイナミクスである
。 なお、各図中同一符号は同一または相当する部分を示す
ものとする。 代理人 葛 野 信 − 手続補正書（自発） 特許庁長官殿 １、事件の表示 特願昭５６−１６７５００号２
、発明の名称 人工術１０制御装置 ３、補正をする者 （連絡先０３（２１３）３４２１特許ＩＮ）５、補正の
対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 （１）明細書第５頁第１４行目「フィード、フォワード
」とあるを「フィードフォワード」と訂正する。 （２）同薔第７頁第艶行目「右辺」とあるを「左辺」と
訂正する。 （３）同書第８頁第１６行目乃至第１７行目「磁気トル
カ」とあるを「磁気トルカ」と訂正する。 （４）同書第９′ｊｌ第４行目「フィード、フォワード
」とあるを「フィードフォワード」と訂正する。 以上
Claims (1)
- マニプレータを有する人工衛星の三軸姿勢を制御すると
ともに上記マニプレータの運動軌道を制御する人工衛星
の制御装置において、上記三軸姿勢の目標値と上記運動
軌道の目標値とから上記人工衛星の加速度を推定する手
段、この推定した加速度と上記三軸姿勢の目標値と上記
運動軌道の目標値とから上記三軸姿勢及び上記運動軌道
を制御する場合にそれぞれ加算すべき補償トルクを推定
する手段、この推定したそれぞれの補償トルクをそれぞ
れ加算して上記三軸姿勢及び上記運動軌道をそれぞれフ
ィードバック制御する手段を備えたことを特徴とする人
工衛星の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56167500A JPS5867600A (ja) | 1981-10-20 | 1981-10-20 | 人工衛星の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56167500A JPS5867600A (ja) | 1981-10-20 | 1981-10-20 | 人工衛星の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5867600A true JPS5867600A (ja) | 1983-04-22 |
| JPS6138076B2 JPS6138076B2 (ja) | 1986-08-27 |
Family
ID=15850829
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56167500A Granted JPS5867600A (ja) | 1981-10-20 | 1981-10-20 | 人工衛星の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5867600A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6218398A (ja) * | 1985-07-16 | 1987-01-27 | 三菱電機株式会社 | 人工衛星の制御装置 |
| JPS6235792U (ja) * | 1985-08-20 | 1987-03-03 | ||
| JPS632800A (ja) * | 1986-06-23 | 1988-01-07 | 三菱電機株式会社 | 人工衛星の姿勢及びアンテナ指向制御装置 |
| JPH04217477A (ja) * | 1991-01-24 | 1992-08-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | マニピュレータ |
-
1981
- 1981-10-20 JP JP56167500A patent/JPS5867600A/ja active Granted
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6218398A (ja) * | 1985-07-16 | 1987-01-27 | 三菱電機株式会社 | 人工衛星の制御装置 |
| JPS6235792U (ja) * | 1985-08-20 | 1987-03-03 | ||
| JPS632800A (ja) * | 1986-06-23 | 1988-01-07 | 三菱電機株式会社 | 人工衛星の姿勢及びアンテナ指向制御装置 |
| JPH04217477A (ja) * | 1991-01-24 | 1992-08-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | マニピュレータ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6138076B2 (ja) | 1986-08-27 |
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