JPS5996100A - Control system of attitude of artificial satellite - Google Patents

Control system of attitude of artificial satellite

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Publication number
JPS5996100A
JPS5996100A JP57206353A JP20635382A JPS5996100A JP S5996100 A JPS5996100 A JP S5996100A JP 57206353 A JP57206353 A JP 57206353A JP 20635382 A JP20635382 A JP 20635382A JP S5996100 A JPS5996100 A JP S5996100A
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JP
Japan
Prior art keywords
wheel
wheels
attitude
axis
torque
Prior art date
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Pending
Application number
JP57206353A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
米澤 克雄
久夫 網谷
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
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Publication of JPS5996100A publication Critical patent/JPS5996100A/en
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は1人工衛星の姿勢制御方式に関するものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an attitude control system for one artificial satellite.

第1図および第2図は、従来この種人工衛星の姿勢制御
方式の一例を示すものである。ここで、説明を簡単にす
るために、衛星本体のロール軸、ピッチ軸、ヨー軸をそ
れぞれX軸、y軸z軸とする。図において、 (1m)
〜(1d)は第1のホイール、第2のホイール、第3の
ホイールおよび第4のホイール、 (2a)〜(2d)
は第1のホイール(1a) を第2のホイール(1b)
 s第3のホイール(1C)および第4のホイール(1
d)に発生するトルクまたは角運動量、 (3a)〜(
6c)はX軸、y軸および2軸まわりのトルクまたは角
運動量、(4)は上記4個のホイール(1a)〜(1d
)に発生するトルクまたは角運動量(2a)〜(2d)
が上記X軸、y軸および2軸まわりのトルク−または角
運動量(3a)〜(3c)に変換されるという物理的現
象。
FIGS. 1 and 2 show an example of a conventional attitude control system for this type of artificial satellite. Here, to simplify the explanation, the roll axis, pitch axis, and yaw axis of the satellite body are respectively referred to as the X axis, y axis, and z axis. In the figure, (1m)
- (1d) are the first wheel, second wheel, third wheel and fourth wheel, (2a) - (2d)
is the first wheel (1a) and the second wheel (1b)
s Third wheel (1C) and fourth wheel (1C)
d) Torque or angular momentum generated in (3a) ~ (
6c) is the torque or angular momentum around the X-axis, y-axis, and two axes, and (4) is the torque or angular momentum of the four wheels (1a) to (1d)
) The torque or angular momentum (2a) to (2d) generated at
is converted into torque or angular momentum (3a) to (3c) about the above-mentioned X-axis, y-axis and two axes.

(5a)〜(5C)はPより制御器等により与えられる
X軸、y軸および2軸まわりのトルクまたは角運動量を
規定する制御信号、(6)は上記3軸まわりのトルクま
たは角運動を規定する制御信号を4個のホイール(1a
)〜(1d)に対するトルクまたは角運動量を規定する
制御信号(7a)〜(7d)に変換する演算処理装置#
 (7a)〜(7d)は4個のホイール(1a)〜(1
d)に対するトルクまたは角運動量を規定する制御信号
、 (8a)〜(8d)は第1のホイール駆動回路、第
2のホイール駆動回路、第3のホイール駆動回路、およ
び第4のホイール駆動回路j (9a)〜(9d)は4
個のホイールに対する駆動信号である。
(5a) to (5C) are control signals that specify the torque or angular momentum around the X-axis, y-axis, and two axes given by a controller etc. from P, and (6) is the control signal that specifies the torque or angular momentum around the three axes. The control signals that define the four wheels (1a
) to (1d) to control signals (7a) to (7d) that define the torque or angular momentum
(7a) to (7d) are four wheels (1a) to (1
(8a) to (8d) are the first wheel drive circuit, the second wheel drive circuit, the third wheel drive circuit, and the fourth wheel drive circuit j (9a) to (9d) are 4
This is the drive signal for each wheel.

次に動作あるいは作用について説明する。第1図で示す
ように、4個のホイール(1a)〜(1d)は、第1の
ホイール(1a)の中心軸のX −M平面への射影とX
軸とのなす角がα、第2のホイール(1b)の中心軸の
X −Z平面への射影と−X軸とのなす角がα、第3の
ホイール(1c)の中心軸のX −g平面への射影と−
X軸とのなす角がα第4のホイール(1a)の中心軸の
X −Z平面への射影とX軸とのなす角がαとなるよう
に、かつ第1のホイール、第2のホイール、第3のホイ
ール、および第4のホイールの中心軸が、それぞれX 
−Z平面に対してγの傾きを持つように配置されている
。4個のホイール(1a)〜(1d)がこのように配置
されると、4個のホイール(1a)〜(1d)に発生す
るトルクあるいは角運動量(2a)〜(2d)は、X軸
、y軸、および2軸まわりのトルクまたは角運動量(5
a)〜(6C)として観測されるという物理的現象があ
る。この現象は、一種の変換であると考えられ、4個の
ホイール(1a)〜(1d)の配置で一意に決まる行列
で表わされる。
Next, the operation or effect will be explained. As shown in FIG. 1, the four wheels (1a) to (1d) are arranged by
The angle formed with the axis is α, the angle formed between the projection of the central axis of the second wheel (1b) onto the X-Z plane and the -X axis is α, and the central axis of the third wheel (1c) is X- Projection onto the g-plane and −
The angle between the projection of the central axis of the fourth wheel (1a) onto the X-Z plane and the X-axis is α, and the angle between the first wheel and the second wheel is α. , the third wheel, and the fourth wheel are each centered at X
It is arranged to have an inclination of γ with respect to the −Z plane. When the four wheels (1a) to (1d) are arranged in this way, the torque or angular momentum (2a) to (2d) generated in the four wheels (1a) to (1d) is y-axis, and torque or angular momentum about the two axes (5
There are physical phenomena observed as a) to (6C). This phenomenon is considered to be a type of transformation, and is represented by a matrix uniquely determined by the arrangement of the four wheels (1a) to (1d).

この行列を行列Cとする。Let this matrix be matrix C.

また、第2図において、Pより制御器等により与えられ
るX軸、y軸、およびX軸のトルクまたは角運動量を規
定する制御信号(5a)〜(5C)を演算処理装置(6
)により4個のホイール(1a)〜(1d)に対するト
ルクまたは角運動量を規定する制御信号(7a)〜(7
d)に変換する。この演算処理装置(6)による変換は
上記行列Cの擬似逆行列である行列で表わされる。この
行列を行列りとする。
In FIG. 2, control signals (5a) to (5C) specifying the torque or angular momentum of the X-axis, y-axis, and
control signals (7a) to (7) that define the torque or angular momentum for the four wheels (1a) to (1d) by
d). The transformation by this arithmetic processing unit (6) is expressed by a matrix that is a pseudo inverse matrix of the matrix C described above. Let this matrix be a matrix.

4個のホイール(1a)〜(1d)に対するトルクまた
は角運動量を規定する制御信号(7a)〜(7d)に従
って、ホイール駆動回路(8a)〜(8d)はホイール
に対し駆動信号(9a)〜(9d)を与え、ホイール(
1a)〜(1d)を駆動する。駆動されたホイール(1
a)〜(1d)には、トルクまたは角運動量(2a)〜
(2d)が発生し、このトルクまたは角運動量(2a)
〜(2d)は上記のようにX軸、y軸、および2軸まわ
りのトルクまたは角運動量としてあられされる。従来の
姿勢制御方式ではこのようにして。
According to control signals (7a) to (7d) defining torque or angular momentum for the four wheels (1a) to (1d), wheel drive circuits (8a) to (8d) generate drive signals (9a) to (9d) and the wheel (
1a) to (1d) are driven. Driven wheel (1
a) to (1d) include torque or angular momentum (2a) to
(2d) is generated, and this torque or angular momentum (2a)
~(2d) is expressed as the torque or angular momentum around the X axis, the y axis, and the two axes as described above. This is how the conventional attitude control method works.

所望のトルクあるいは角運動量を得ることにより、衛星
の姿勢制御を行なっている。しかしながら、従来の姿勢
制御方式は1以上のように構成されているので、4個の
ホイール(1a)〜(1d)のうちあるホイールが故障
すると、推力発生用ガスジェット装置(以下スラスタと
呼ぶ)等のアクチュエータを用いて衛星の姿勢を保持し
ながら、正常に駆動している他のホイールを全て一旦停
止させた後に、4個のホイールによる姿勢制御から3個
のホイールによる姿勢制御に移行しなければならず、衛
星にスラスタ用の燃料を余分に塔載することが必要で、
また、ホイール故障時の運用性の面で複雑になるなどの
欠点があった。
The attitude of the satellite is controlled by obtaining the desired torque or angular momentum. However, since the conventional attitude control system is configured in one or more ways, if one of the four wheels (1a) to (1d) fails, the thrust generating gas jet device (hereinafter referred to as thruster) While maintaining the satellite's attitude using actuators such as the following, the attitude control must be shifted from attitude control using four wheels to attitude control using three wheels, after temporarily stopping all other normally operating wheels. In some cases, it is necessary to carry extra fuel for thrusters on the satellite.
Additionally, there were drawbacks such as complication in terms of operability in the event of a wheel failure.

この発明はこれらの欠点を解消するためになされたもの
で、あるホイールが故障してもスラスタ等のアクチュエ
ータを用いて衛星の姿勢な保持することなく、正常なホ
イールを駆動したまま、4個のホイールによる姿勢制御
から3個のホイールによる姿勢制御に移行することがで
きる衛星の姿勢制御方式を提供するものである。
This invention was made to eliminate these drawbacks, and even if one wheel fails, the four wheels can be moved while driving the normal wheels without using actuators such as thrusters to maintain the satellite's attitude. The present invention provides a satellite attitude control system that can shift from attitude control using wheels to attitude control using three wheels.

以下第3図に示すこの発明の一実施例について説明する
。第3図において(1a)〜(9d)は第1図あるいは
第2図と同様で、α■は4個のホイール(1a) 〜(
1d)に対する制御信号(7a) 〜(7d)を故障に
応じて変化させ4個のホイール(1a)〜(1d)に対
する実制御信号(11a)〜(11a)  に変換する
第2の演算処理装置、 (11a)〜(lid)  は
ホイールに対する実制御信号。但し、第3図では、上記
演算処理装置(6)を第1の演算処理装置(6)と呼ぶ
An embodiment of the present invention shown in FIG. 3 will be described below. In Fig. 3, (1a) to (9d) are the same as in Fig. 1 or Fig. 2, and α■ is the four wheels (1a) to (
A second arithmetic processing unit that changes the control signals (7a) to (7d) for the wheels (1d) according to the failure and converts them into actual control signals (11a) to (11a) for the four wheels (1a) to (1d). , (11a) to (lid) are actual control signals for the wheels. However, in FIG. 3, the arithmetic processing device (6) is referred to as a first arithmetic processing device (6).

つぎに、動作あるいは作用について説明する。Next, the operation or effect will be explained.

4個のホイール(1a)〜(1d)のうちある1個のホ
イールが故障した場合を想定する。ここでは。
Assume that one of the four wheels (1a) to (1d) breaks down. here.

故障したホイールを便宜上、第1のホイール(1a)と
するが、他の、第2のホイール(1b) 、第3のホイ
ール(1c) 、あるいは第4のホイール(1d)とし
ても以下同様である。第1のホイール(1a)が故障し
たにもかかわらず、故障する前と同じホイールに対する
制御信号(7a)〜(7d)を与え続けると制御系は不
安定な方向に推移・してしまう。これを避けるために、
第2の演算処理装置OIを設けて、第1のホイールに対
する制御信号(7a)を所定時間内に零にし、第2.第
3.第4のホイールに対する制御信号(7b)〜(7d
)を変化させ、ホイールに対する実制御信号とするとい
うような変換を行なう。以下この変換を行列Xで表わす
。行列Xは、上記行列Cとの演算より得られる方程式 %式%(11 を満たす行列で、下式で与えられる。
For convenience, the failed wheel will be referred to as the first wheel (1a), but the same holds true for other wheels such as the second wheel (1b), the third wheel (1c), or the fourth wheel (1d). . Even though the first wheel (1a) has failed, if control signals (7a) to (7d) continue to be applied to the same wheel as before the failure, the control system will move in an unstable direction. To avoid this,
A second arithmetic processing unit OI is provided to reduce the control signal (7a) for the first wheel to zero within a predetermined time; Third. Control signals (7b) to (7d) for the fourth wheel
) and converts it into an actual control signal for the wheel. This transformation will be represented by a matrix X below. The matrix X is a matrix that satisfies the equation % (11) obtained by calculation with the matrix C above, and is given by the following formula.

Aj+Bj=1  (’j=1.2,3.4)   +
31ここで1行列Xの各成分Aj p Bjに以下のよ
うな値を持たせる。4個のホイール(1a)〜(1d)
が全て正常の時は、Aj=1かつBj=0(j=1.2
,3.4 )とする。あるホイール、例えば第1のホイ
ール(1)が故障した場合はA1十B1= 1を満たし
ながらA1 # B1だけを変化させ、所定時間内にA
1=0.B1=1となるようにする。第2、第3.第4
のホイール(1b)〜(1d)が故障した場合も同様。
Aj+Bj=1 ('j=1.2, 3.4) +
31 Here, each component Aj p Bj of one matrix X has the following value. 4 wheels (1a) to (1d)
When everything is normal, Aj = 1 and Bj = 0 (j = 1.2
, 3.4). If a certain wheel, for example the first wheel (1), fails, change only A1 # B1 while satisfying A1 + B1 = 1, and A1 within a predetermined time.
1=0. Set B1=1. 2nd, 3rd. Fourth
The same applies if the wheels (1b) to (1d) break down.

このようにして定まる行列Xで表わされる変換の機能を
有する第2の演算処理装置αQによりホイール(1a)
〜(1d)に対する制御信号(7a)〜(7d)をホイ
ール(Ia) 〜(1a)に対する実制御信号(11a
)〜(11d)  に変換させると、4個のホイール(
1a)〜(1d)が全て正常の場合は、従来の姿勢制御
方式と全く同様な姿勢制御を行ない。
The wheel (1a) is processed by the second arithmetic processing unit αQ having the function of transformation represented by the matrix X determined in this way.
The control signals (7a) to (7d) for ~(1d) are the actual control signals (11a) for the wheel (Ia) to (1a).
) to (11d), four wheels (
If all of 1a) to (1d) are normal, attitude control is performed exactly the same as the conventional attitude control method.

あるホイール例えば第1のホイール(1a)が故障した
場合は、4個のホイール(1a)〜(1d)による姿勢
制御から3個のホイール(1b)〜(1d)による姿勢
制御にスムーズに移行することができる。
If a certain wheel, for example the first wheel (1a), breaks down, the attitude control will smoothly shift from attitude control using four wheels (1a) to (1d) to attitude control using three wheels (1b) to (1d). be able to.

但し、第2.第3.第4のホイールが故障した場合も同
様である。第2の演算処理装置aωはこのような作用を
するから、その効果として、あるホイールが故障した場
合、スラスタ等のアクチュエータを用いて姿勢を保持し
ながら正常に作動している他のホイールを一旦停止させ
た後に、4個のホイールによる姿勢制御から3個のホイ
ールによる姿勢制御に移行しなければならないという必
要がなくなる。
However, the second. Third. The same applies if the fourth wheel fails. Since the second arithmetic processing unit aω operates in this way, its effect is that if a certain wheel breaks down, it uses an actuator such as a thruster to maintain its attitude and temporarily restore the other wheels that are operating normally. There is no need to shift from attitude control using four wheels to attitude control using three wheels after stopping.

なお9以上は、4個のホイールを有する衛星の姿勢制御
方式の場合について説明したが、この発明はこれに限ら
ず5個以上のホイールを有する衛星の姿勢制御方式に使
用してもよい。また、この発明は、ホイールの故障に限
らず、ホイール駆動回路の故障等にも使用できる。
In addition, although the case of the attitude control system of the satellite which has 4 wheels was demonstrated from 9 above, this invention is not limited to this and may be used for the attitude control system of a satellite which has 5 or more wheels. Furthermore, the present invention can be used not only for wheel failures but also for wheel drive circuit failures.

以上のように、この発明に係わる人工衛星の姿勢制御方
式では2行列Xで表わされる変換の機能を有する第2の
演算処理装置αOを設けて。
As described above, in the satellite attitude control system according to the present invention, the second arithmetic processing unit αO having the function of converting represented by two matrices X is provided.

ホイール(1a)〜(1d)に対するトルクまたは角運
動量を規定する制御信号を変換させることによって、あ
るホイールが故障した場合にスラスタ等のアクチュエー
タによる人工衛星の姿勢保持を行なわずに正常なホイー
ルを駆動したまま4個のホイールによる姿勢制御から3
個のホイールによる姿勢制御にスムーズに移行し2人工
衛星の目標姿勢を維持することができる利点がある。
By converting the control signal that defines the torque or angular momentum for the wheels (1a) to (1d), if a certain wheel fails, the normal wheel can be driven without using actuators such as thrusters to maintain the satellite's attitude. 3 from posture control using 4 wheels
This has the advantage of smoothly transitioning to attitude control using two wheels and maintaining the target attitude of the two satellites.

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

第1図は、4個のホイールの一配置例を示す図、第2図
は、従来の人工衛星の姿勢制御方式の代表例を示すブロ
ック線図、第3図は、この発明の一実施例を示すブロッ
ク線図である。 図中s (1a) 〜(1a)は第1〜第4のホイール
。 (ム)〜(2d) j (気)〜(3C)はトルクまた
は角運動量、(4)は物理的現象、(6)は第1の演算
処理装置。 (8a)〜(8d)は第1〜第4のホイール駆動回路。 αeは第2の演算処理装置である。 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 −
FIG. 1 is a diagram showing an example of the arrangement of four wheels, FIG. 2 is a block diagram showing a typical example of a conventional attitude control system for an artificial satellite, and FIG. 3 is an example of an embodiment of the present invention. FIG. In the figure, s (1a) to (1a) are the first to fourth wheels. (M) to (2d) j (Q) to (3C) are torque or angular momentum, (4) is a physical phenomenon, and (6) is the first arithmetic processing unit. (8a) to (8d) are first to fourth wheel drive circuits. αe is a second arithmetic processing unit. Note that the same or corresponding parts in the two figures are designated by the same reference numerals. Agent Shin Kuzuno −

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] ホイールを用いる人工衛星の姿勢制御方式において、ホ
イールに対する制御信号を与える第1の演算処理装置と
ホイール駆動回路との間に第2の演算処理装置を設け、
この第2の演算処理によりホイールに対する制御信号を
ホイールあるいはホイールの駆動回路の故障に応じて変
化させホイールに対する実制御信号に変換するようにし
たことを特徴とする人工衛星の姿勢制御方式。
In an attitude control system for an artificial satellite using a wheel, a second arithmetic processing device is provided between a first arithmetic processing device that provides a control signal for the wheel and a wheel drive circuit,
An attitude control system for an artificial satellite, characterized in that the second calculation process changes the control signal for the wheel in response to a failure of the wheel or the wheel drive circuit, and converts it into an actual control signal for the wheel.
JP57206353A 1982-11-25 1982-11-25 Control system of attitude of artificial satellite Pending JPS5996100A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01168600A (en) * 1987-12-24 1989-07-04 Toshiba Corp Three-axes attitude controller for man-made space satellite
JPH0218198A (en) * 1988-07-05 1990-01-22 Mitsubishi Electric Corp Attitude controlling method of space flying object by wheel

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JPS55148700A (en) * 1979-05-04 1980-11-19 Mitsubishi Electric Corp Three axes attitude control system of artificial satellite

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