JPS5893700A - 人工衛星の三軸姿勢制御方式 - 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】 この発明は、バイアスモーメンタムを有するフライホイ
ールを備えた人工衛星の三軸姿勢制御方式に関するもの
である。

人工衛星に固定された三つの互いに直交する軸、即ちロ
ール軸、ピッチ軸、ヨー軸が順に。

衛星の進行方向、軌道面に垂直な方向、地球中心方向を
向くように制御されるものは、三軸人工衛星と呼ばれ、
第１図のような構成のものがその一例である。図におい
て、（１）はその回転軸がピッチ軸と平行になるように
衛星に取り付けられたモーメンタムホイール、（２１は
衛星のロール、ピッチ軸まわりの姿勢角を検出する地球
センサ、（３１はロール軸まわりに正、ヨー軸まわりに
負のトルクを発生するロール／ヨーオフセットスラスタ
、（４）はロール軸まわりに負、ヨー軸まわりに正のト
ルクを発生するロール／ヨーオフセットスラスタ、（５
）は制−電子回路、（６）はロール軸、（７）はピッチ
軸、（８）はヨー軸である。

バイアスモーメンタムを有するフライホイール（以下モ
ーメンタムホイール）を備えた人工衛星（以下バイアス
モーメンタム衛星）ではモーメンタムホイール（１）を
回転させておくことによりピッチ軸（７１方向と逆方向
に角運動量を持たせて、ロール角とヨー角の軌道周期で
相互変換運動（ロール／ヨー変換運動）を発生させ、常
にロール角のみを制御することにより、ヨー角も受動的
に制御することが可能である。なお。

ピッチ軸まわりの姿勢制御については、地球センサ（２
）のピッチ角信号に従って″モーメンタムホイール（１
）の回転数を増減することにより比較的簡単に実現可能
であるので、ここでは言及しない。

この例の構成から成るバイアスモーメンタム衛星のロー
ル／ヨー制御は、′＃星のロール角とヨー角のダイナミ
クスと地球センサの特性を含んだ、制御対象の伝達関数
、第（１）式を基にして設計される。

ここにＧｐｌ（８）は制御対象の伝達関数であり。

入力全ロール／ヨーオフセットスラスタ１３１．＋４１
の発生するトルクとし、出力を地球センサ＋２１のロー
ル角信号としたものである。Ｉｘ、　Ｉｚは衛星全体の
ロール軸、ヨー軸まわりの慣性モーメント。

（２）は軌動角速度、　ｈｉ＋はモーメンタムホイール
の有する角運動量の犬き市（−ピッチ軸方向を正）。

ンサの伝達関数、　　αはロール／ヨーオフセットスラ
スタのオフセット角であり正のロールトルクと負のヨー
トルク又は負のロールトルクと正のヨートルクの割合を
決約Σ角度である。このスラスタを噴射したときのロー
ルトルクとヨートルクの比は（ｃｏｓα：　−ｓｉｎα
）となる。またＳはラプラス演算子である。

この制御対象に対して地球センサのロール角信号に基づ
いて適当に設定されたオフセット角を有する上記スラス
タを噴射および停止させることによって、ロール角、ヨ
ー角共に安定に制御できることは良く知られている。

とこ゛ろが９通信衛星等ではアンテナの地上局に対する
指向精度を向上させることが要求される。このような要
求にとっては、上記姿勢制御、方式がその姿勢基準とし
て地球センサを用いており、衛星のヨー軸を地球中心に
向け、かつロール軸を人工衛星の進行方向に合わせるよ
うな制御を行う方式であることから、もし、ロール誤差
とピッチ誤差とヨー誤差が完全に零に制御されたとして
も、軌道誤差の影響や、地球センサとアンテナ指向軸間
のミスアラインメント等により指向′Ｍ度が低下する。

又比較的制御精度の粗いヨー誤差の影響でも指向１度が
低下するという欠点を有している。

この発明は、上記のような従来の“方式の問題へを改善
するためになされたものであや、姿勢角検出器として地
球セ／すのかわりに地上局方向に対するロール角とピッ
チ角を＄、圧する姿勢角検出器を用いることにより、地
上局に対するアンテナの指向精度を向上させる方式を提
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２図はこの発明の一実施例を示す構成図である。この
図において（９１は地上局に対するロール角とピッチ角
を検出する姿勢角検出器であり。

地上局から発信される電波の受信レベルから上記ロール
角、ピッチ角を検出するアールエフセンサ（以下ＲＦ’
センサ）が、その代表例である。

この例の構成からなるバイアスモーメンタム衛星のロー
ル／ヨー制御は上記姿勢角検出器（９）のロール角信号
を用いて行われるが、この信号は軌道誤差やアラインメ
ント誤差がないとき衛星のロール角、ヨー角と略、第（
２１式で表わせる関係がある。

ここに、Φ、θ、Ｖは各々衛星のロール、ピッチ。

ヨー角、β１．β２は、衛星の経度とＲＦセンサの指向
すべき地上局の緯度、経度によって決まる定数である。

したがって、上記ロール信号を用いて衛星のロール／ヨ
ー制御を行う場合の制御対象の伝達関数は、β１が１よ
り充分小さいことを仮定すれば第（３１式のようになる
。

・Ｇａ４　（８）　　ｔ３１ ここにＧｐ２（Ｓ）は、入力をロール／ヨーオフセット
スラスタの発生トルク、出力をΦＳとしたときの制御対
象の伝達関数、　Ｇ５２（８）は姿勢検出器の伝達関数
である。

又、　　ＩｘとＩｔは等しいことを仮定しており工で表
わしている。

第（３１式は、第（１１式においてスラスタのオフセッ
ト角αをα−βｌで置き換えたものに等しい。すなわち
スラスタのオフセット角からβｌを引いた値を等価的な
オフセット角と考えればこの系は従来の系と全く同一の
構造をしているから、従来と同じ制御方式で安定に制御
することができる。この場合、系の安定化のためにはα
−β１が正になることが必要でろ抄、β１は衛星が地上
局の西側に静止する場合は正、東側に静止する場合は負
となる量なので、各々の場合実際のオフセット角を増加
および減少させてスラスタを取り付けることにより、従
来の系と全く同一の条件で制御できることになる。又、
第（２１式の基準信号が地上局に対する指向誤差角その
ものになっているため、軌道誤差の影響やヨー制御誤差
の影簀等を受けないため従来の方式に対して高精度の指
向精度を達成できることは言うまでもない。

以上のように、この発明によればスラスタのオフセット
角を多少修正して取り付けるのみで従来と全く同一の制
御方式により、衛星上のアンテナ等の地上局に対する指
向精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のバイアスモーメンタム！人工衛星の三
軸姿勢制御に関わる部分の構成図。 第２図は、この発明の一実施例を示す構成図であす、＋
１１はモーメンタムホイール、（２）は衛星の姿勢角検
出器、　＋３１．＋４１はロール／ヨーオフセットスラ
スタ、（５）は制（ｌ［ｌ］１１Ｌ子回路、（６）はロ
ール軸。 （ηはピッチ軸、（８）はヨー軸、（９１は地上局に対
するロール、ピッチ角を検出する姿勢角検出器である。 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。 代理人　葛　野　信　− １１１！！１ ヒ９ソ手中由 第２１！ｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 バイアスモーメンタムを有するフライホイールと９人工
   衛星から見た地上局方向に対するロール角とピッチ角を
   検出する姿勢角検出器と。 人工衛星のロール軸とヨー軸を含む面内の軸まわりに極
   性の相異なるトルクを発生する２本のスラスタとを備え
   た人工衛星の三軸姿勢制御方式において、上記姿勢角検
   出器の出力信号にしたがって上記スラスタを噴射および
   停止させることを特徴とする人工衛星の三軸姿勢制御方
   式。