JPS60128099A - Mixed momentum system triaxial attitude controller - Google Patents
Mixed momentum system triaxial attitude controllerInfo
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- JPS60128099A JPS60128099A JP58238212A JP23821283A JPS60128099A JP S60128099 A JPS60128099 A JP S60128099A JP 58238212 A JP58238212 A JP 58238212A JP 23821283 A JP23821283 A JP 23821283A JP S60128099 A JPS60128099 A JP S60128099A
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- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (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。(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】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は、高精度科学観測ミッション機器、高精度地球
観測ミッション機器、高精度放送・通信ミッション機器
などを搭載下人工衛星に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical field to which the invention pertains] The present invention relates to an artificial satellite carrying high-precision scientific observation mission equipment, high-precision earth observation mission equipment, high-precision broadcasting/communication mission equipment, etc.
特に、衛星の姿勢を三軸まわりに高信頼度かつ高精度に
制御する三軸姿勢制御装置に関する。In particular, the present invention relates to a three-axis attitude control device that controls the attitude of a satellite around three axes with high reliability and precision.
従来高い精度で指向制御されることを要求するミッショ
ン機器を搭載した人工衛星ではいわゆるゼロモーメンタ
ム方式かまたはマルチホイールバイアスモーメンタム方
式による姿勢制御装置を用いて、高精度に三輪まわりの
姿勢制御を行っていた。第′１図にゼロモーメンタム方
式のホイール構成を示す。第２図に４ルチホイ一ルバイ
アスモーメンタム方式のホイール−成を示す。第１図に
おいて、衛星ロール軸１に同方向のロールリアクション
ホイール、ピッチ軸２に同方向のビンチリアクションホ
イール５、ヨー軸３に同方向のヨーリアクションホイー
ルおよび斜め方向のスキューリアクションホイール７を
設けである。Conventionally, artificial satellites carrying mission equipment that require highly accurate pointing control have used attitude control devices based on the so-called zero-momentum method or multi-wheel bias momentum method to perform highly accurate attitude control around the three wheels. Ta. Figure '1 shows the wheel configuration of the zero momentum system. Figure 2 shows the wheel configuration of a four-wheel bias momentum system. In FIG. 1, the satellite roll axis 1 is provided with a roll reaction wheel running in the same direction, the pitch axis 2 is provided with a vinyl reaction wheel 5 running in the same direction, and the yaw axis 3 is provided with a yaw reaction wheel running in the same direction and a skew reaction wheel 7 running diagonally. be.
第２図において、ロール軸１に同方向のロールリアクシ
ョンホイール４、ピンチ軸２に同方向のピッチモーメン
タムホイール８および８′、ヨー軸に同方向のヨーリア
クションホイール、ロール・ヨー軸面内方向にロール・
ヨー面内スキューホイール９を設けである。In Figure 2, the roll reaction wheel 4 is in the same direction as the roll axis 1, the pitch momentum wheels 8 and 8' are in the same direction as the pinch axis 2, the yaw reaction wheels are in the same direction as the yaw axis, and the roll reaction wheels are in the same direction as the roll and yaw axes. roll·
A skew wheel 9 in the yaw plane is provided.
第１図から明らかなようにゼロモーメンタム方式はいわ
ゆるバイアス角運動量（第２図の大型ピッチモーメンタ
ムホイール８などの）を有していないので姿勢を大きく
転移する点では優れているが、姿勢異常や二次推進系異
常などが発生した場合には不安定要素が生じ、衛星が大
きくタンプリング（側軸）してしまう恐れがあるため、
常時その姿勢制御状態を監視する必要があり衛星の運用
性が極めて悪い欠点があった。一方第２図のマルチホイ
ールバイアスモーメンタム方式は大きいバイアス角運動
量を有しているので姿勢異常、二次推進系異常が発生し
ても衛星が大きくタンプリングする恐れが少なく運用性
が良い長所を有するが、大型で重量の重いピッチモーメ
ンタムホイール８．８′とリアクションホイールの各々
に少なくとも１つずつの冗長ホイールを必要とするため
、ホイール総数が５ケ以上となり重量が重くなることお
よび大きなバイアス角運動量を有しているため、大角度
の姿勢転移を行う際に運用性が悪い欠点を有していた。As is clear from Figure 1, the zero-momentum method does not have so-called bias angular momentum (such as the large pitch momentum wheel 8 in Figure 2), so it is superior in that it can greatly change the attitude, but it does not cause abnormal posture. If an abnormality occurs in the secondary propulsion system, an unstable element may occur and the satellite may undergo significant tumpling (side axis).
The satellite had the drawback of extremely poor operability since it was necessary to constantly monitor its attitude control status. On the other hand, the multi-wheel bias momentum method shown in Figure 2 has a large bias angular momentum, so even if an attitude abnormality or secondary propulsion system abnormality occurs, there is less risk of large tumpling of the satellite, and it has the advantage of good operability. , since at least one redundant wheel is required for each of the large and heavy pitch momentum wheel 8.8' and the reaction wheel, the total number of wheels becomes 5 or more, which increases the weight and the large bias angular momentum. Because of this, it had the disadvantage of poor operability when performing large-angle attitude transitions.
本発明は上記の欠点を解決するものであり、ゼロモーメ
ンタム方式とバイアスモーメンタム方式の両方の姿勢制
御方式の特徴を活かすことができかつ重量増を最小限に
おさえることを可能とするように各ホイールを配置した
三軸姿勢制御装置を提供することを目的とする。The present invention solves the above-mentioned drawbacks, and is designed to take advantage of the characteristics of both the zero-momentum and bias-momentum attitude control systems, and to minimize the weight increase of each wheel. The purpose of the present invention is to provide a three-axis attitude control device in which
本発明は１ケのピンチモーメンタムホイールとロールリ
アクションホイール、ヨーリアクションホイールおよび
ロール、ピッチ、ヨーのいずれの２軸とも３次元空間を
生成し得る方向に回転軸を持つスキューリアクションホ
イール各１個と、これらを制御するための制御電子回路
手段およびこれに接続される三輪姿勢センサ鮮から構成
されることを特徴とする。The present invention includes one pinch momentum wheel, one roll reaction wheel, one yaw reaction wheel, and one skew reaction wheel each having a rotational axis in a direction that can generate a three-dimensional space with any two axes of roll, pitch, and yaw. It is characterized by comprising a control electronic circuit means for controlling these and a three-wheel attitude sensor connected thereto.
第３図は本発明のホイール配置例で、図面符号８はピッ
チ軸方向ピンチモーメンタムホイール、４はロール軸方
向ロールリアクションホイール、６はロー軸方向ヨーリ
アクションホイール、１０はスキューリアクションホイ
ールで構成される。また第４図は本発明三軸姿勢制御装
置の構成例であって図面符号１１のロール軸姿勢センサ
、１２のピッチ軸姿勢センサ、１３のヨー軸姿勢センサ
の出力は姿勢制御エレクトロニクス１４の姿勢センサ信
号処理部１５を介して姿勢制御ロジッ幻６に入力し、こ
の姿勢制御ロジック１６の出力は制御信号配分部１７に
入力する。制御信号配分部１７の出力に順次接続された
ヨーリアクシランホイールドライバ１８、ピンチモーメ
ンタムホイールドライバ１９、スキューリアクションホ
イールドライバ加およびロールリアクションホイールド
ライバ２１はそれぞれ順次ヨーリアクションホイール、
ピッチモーメンタムホイール８、スキューリアクション
ホイール１０およびロールリアクションホイール４に入
力する。これらのホイールを動作させるには、常時運用
時にはピッチモーメンタムホイール８に一定のバイアス
回転数を与えて運用性の高い安定バイアスモーメンタム
とし、さらにロール姿勢センサ１１、ピンチ姿勢センサ
１２、コー姿勢セイサ１３から出力されるロール・ピッ
チ・ヨー誤差角を姿勢制御エレクトロニクス（ＡＣＥ）
１４に入力し、姿勢センサ信号処理部１５にて信号処理
した後、姿勢制御ロジック１６にて、ロール・ピッチ・
ヨー軸まわりの制御ロジック演算を行い３軸まわりのホ
イールトルク制御信号またはホイール回転数制御信号を
生成する。この信号は、ホイール制御信号配分部１７に
てロールリアクションホイール４、ピッチモーメンタム
ホイール８、ヨーリアクションホイール６に対する制御
信号を生、成し、各ホイールドライバ１８．１９．２１
に出力する。ロールリアクションホイール４、ピッチモ
ーメンタムホイール８、コーリアクジョンホイール６は
各々対応するホイールドライバの出力によりその回転数
またはトルクが制御される。このホイールの回転数の変
化により生ずる反作用トルクにより衛星のロール、ピン
チ、ヨー軸まわりの姿勢が制御される。FIG. 3 shows an example of wheel arrangement of the present invention, in which reference numeral 8 is a pinch momentum wheel in the pitch axis direction, 4 is a roll reaction wheel in the roll axis direction, 6 is a yaw reaction wheel in the low axis direction, and 10 is a skew reaction wheel. . FIG. 4 shows an example of the configuration of a three-axis attitude control device according to the present invention, in which the outputs of a roll axis attitude sensor 11, a pitch axis attitude sensor 12, and a yaw axis attitude sensor 13 are output from the attitude control electronics 14. The signal is input to the attitude control logic 6 via the signal processing section 15, and the output of this attitude control logic 16 is input to the control signal distribution section 17. The yaw reaction wheel driver 18, the pinch momentum wheel driver 19, the skew reaction wheel driver, and the roll reaction wheel driver 21, which are sequentially connected to the output of the control signal distribution unit 17, sequentially connect the yaw reaction wheel,
Input to pitch momentum wheel 8, skew reaction wheel 10 and roll reaction wheel 4. In order to operate these wheels, during regular operation, a constant bias rotational speed is given to the pitch momentum wheel 8 to create a stable bias momentum with high operability, and furthermore, the pitch momentum wheel 8 is given a constant bias rotation speed to provide a stable bias momentum with high operability. Attitude control electronics (ACE) outputs roll, pitch, and yaw error angles.
14, and after signal processing in the attitude sensor signal processing section 15, the attitude control logic 16 inputs roll, pitch,
Control logic calculations around the yaw axis are performed to generate wheel torque control signals or wheel rotation speed control signals around the three axes. This signal generates control signals for the roll reaction wheel 4, pitch momentum wheel 8, and yaw reaction wheel 6 in the wheel control signal distribution section 17, and each wheel driver 18, 19, 21
Output to. The rotational speed or torque of the roll reaction wheel 4, pitch momentum wheel 8, and collision reaction wheel 6 is controlled by the output of the corresponding wheel driver. The reaction torque generated by the change in the rotational speed of the wheel controls the attitude of the satellite around the roll, pinch, and yaw axes.
このように本発明では定常運用時にはロールリアクショ
ンホイール４、ピンチモーメンタムホイール８、コーリ
アクションホイール６を使用したバイアスモーメンタム
安定型のマルチホイール方式の姿勢制御が行われる。ロ
ールリアクションホイール４またはコーリアクションホ
イール６が故障したときには、第２図に示した通常のマ
ルチホイール方式と同様に故障したリアクションホイー
ルに代り、スキューリアクションホイール１０を用いて
三軸まわりの姿勢制御が行われる。この時の各ホイール
に対する制御信号はホイール制御信号配分部１７におい
て再配分される。これに対し、ピッチモーメンタムホイ
ール８が故障したときまたは大きな角度の姿勢マヌーバ
を行うときにはピンチモーメンタムホイール８の代りに
スキューリアクションホイール１０を用いてゼロモーメ
ンタム方式として運用される。この場合には姿勢制御ロ
ジック１６はマルチホイールバイアスモーメンタム方式
のロジックからゼロモーメンタム方式の姿勢制御ロジッ
クに切替えられ、ロールリアクションホイール４、コー
リアクションホイール６、スキューリアクションホイー
ル１０への制御信号はホイール制御信号配分部１７にお
いて再配分される。スキューリアクションホイール１０
の回転軸は、ロール、ピンチ、ヨーのいずれの２軸とも
三次元空間を張り得る方向であるので、上記総ての組合
せにおいて三軸まわりの反作用トルクを発生し得ること
から、上記総ての組合せで衛星の三軸まわりの姿勢を高
い精度で制御することが可能となる。As described above, in the present invention, during steady operation, bias momentum-stabilized multi-wheel attitude control using the roll reaction wheel 4, pinch momentum wheel 8, and co-reaction wheel 6 is performed. When the roll reaction wheel 4 or the co-reaction wheel 6 fails, attitude control around the three axes is performed using the skew reaction wheel 10 in place of the failed reaction wheel, similar to the normal multi-wheel system shown in FIG. be exposed. At this time, the control signals for each wheel are redistributed by the wheel control signal distribution section 17. On the other hand, when the pitch momentum wheel 8 fails or when performing a large-angle attitude maneuver, the skew reaction wheel 10 is used instead of the pinch momentum wheel 8 to operate as a zero momentum system. In this case, the attitude control logic 16 is switched from the multi-wheel bias momentum logic to the zero momentum attitude control logic, and the control signals to the roll reaction wheel 4, collision reaction wheel 6, and skew reaction wheel 10 are wheel control signals. The distribution unit 17 redistributes the data. Skew reaction wheel 10
Since the axis of rotation of is a direction that can stretch a three-dimensional space with any two axes of roll, pinch, and yaw, all of the above combinations can generate reaction torque around the three axes. The combination makes it possible to control the satellite's attitude around three axes with high precision.
以上説明したように本発明ではピンチモーメンタムホイ
ールとロールリアクションホイール、コーリアクション
ホイールおよびスキューリアクションホイールを用いて
人工衛星の姿勢を制御しており、重量の重いモーメンタ
ムホイールを１ケ使用するだけである上にホイールの総
数は４ケであるので軽量であり、総てのホイールに対す
る冗長を有しているので高信頼度であり、定常段階では
ピッチモーメンタムホイールにバイアス回転数を与える
モーメンタムバイアス安定方式であるので運用性が良く
、三軸まわりの姿勢を能動的に制御するので三輪まわり
の姿勢を高い精度で制御することができる。As explained above, in the present invention, the attitude of the satellite is controlled using a pinch momentum wheel, a roll reaction wheel, a collision reaction wheel, and a skew reaction wheel, and only one heavy momentum wheel is used. The total number of wheels is 4, so it is lightweight, and it has redundancy for all wheels, so it is highly reliable.In the steady stage, it is a momentum bias stabilization method that gives a bias rotation speed to the pitch momentum wheel. Therefore, it has good operability, and since the posture around the three axes is actively controlled, the posture around the three wheels can be controlled with high precision.
第１１！ｌは従来のゼロモーメンタム方式の高精度三輪
姿勢制御装置のホイール配置図。
第２図は従来のマルチホイール方式の高精度三軸姿勢制
御装置のホイール配置図。
第３図は本発明の実施例方式のホイール配置図。
第４図は本発明の実施例方式の構成図。
１・・・衛星のロール軸、２・・・ピッチ軸、３・・・
ヨー軸、４・・・ロールリアクションホイール、５・・
・ピッチリアクションホイール、６・・・コーリアクシ
ョンホイール、７・・・スキエーリアクションホイール
、８．８′・・・ピンチモーメンタムホイール、９・・
・ロール、ヨー面内スキューホイール、１０・・・スキ
ューホイール、１１・・・ロール姿勢センサ、１２・・
・ピッチ姿勢センサ、１３・・・ヨー姿勢センサ、１４
・・・姿勢制御エレクトロニクス、１５・・・姿勢セン
サ信号処理部、１６・・・姿勢制御ロジック、１７・・
・ホイール制御信号配分部、１８・・・コーリアクショ
ンホイールドライバ、１９・・・ピッチモーメンタムホ
イールドライバ、２０・・・スキエーリアクションホイ
ールドライバ、２１・・・ロールリアクションホイール
ドライバ。
特許出願人 日本電気株式会社。
０
第 １ 図
−６７４−
把３１２
１ゝ１
第４（２１
−６７５−11th! 1 is a wheel layout diagram of a conventional zero-momentum type high-precision three-wheel attitude control device. Figure 2 is a wheel layout diagram of a conventional multi-wheel type high-precision three-axis attitude control device. FIG. 3 is a wheel layout diagram of an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a configuration diagram of an embodiment system of the present invention. 1... Satellite roll axis, 2... Pitch axis, 3...
Yaw axis, 4... Roll reaction wheel, 5...
・Pitch reaction wheel, 6...Core reaction wheel, 7...Schier reaction wheel, 8.8'...Pinch momentum wheel, 9...
・Roll, yaw in-plane skew wheel, 10... Skew wheel, 11... Roll attitude sensor, 12...
- Pitch attitude sensor, 13... Yaw attitude sensor, 14
... Attitude control electronics, 15... Attitude sensor signal processing section, 16... Attitude control logic, 17...
- Wheel control signal distribution unit, 18...Coreaction wheel driver, 19...Pitch momentum wheel driver, 20...Schier reaction wheel driver, 21...Roll reaction wheel driver. Patent applicant: NEC Corporation. 0 1st Figure -674- Holder 312 1ゝ1 4th (21 -675-
Claims (1)
ールリアクションホイールと、１個のヨーリアクション
ホイールと、 □ ロール、ピッチ、ヨーの゛いずれの２軸とも３次元
空間を生成し得る方向に回転軸を持つ１個のスキューリ
アクシランランホイールと を備え、 上記のホイール群を制御する制御電子回路手段と、 これに接続される三軸姿勢センサ群と を備えた 混合モーメンタム方式三輪姿勢−篩装置。(1) 1 pinch momentum wheel, 1 roll reaction wheel, 1 yaw reaction wheel, □ All two axes of roll, pitch, and yaw rotate in directions that can generate three-dimensional space. A mixed momentum type three-wheel attitude-sieving device comprising one skew rear axial run wheel having an axis, control electronic circuit means for controlling said wheel group, and a three-axis attitude sensor group connected thereto.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58238212A JPS60128099A (en) | 1983-12-16 | 1983-12-16 | Mixed momentum system triaxial attitude controller |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58238212A JPS60128099A (en) | 1983-12-16 | 1983-12-16 | Mixed momentum system triaxial attitude controller |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60128099A true JPS60128099A (en) | 1985-07-08 |
Family
ID=17026811
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58238212A Pending JPS60128099A (en) | 1983-12-16 | 1983-12-16 | Mixed momentum system triaxial attitude controller |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60128099A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05100336A (en) * | 1991-10-11 | 1993-04-23 | Tohoku Electric Power Co Inc | Photographing device for high-speed time-resolved photograph |
-
1983
- 1983-12-16 JP JP58238212A patent/JPS60128099A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05100336A (en) * | 1991-10-11 | 1993-04-23 | Tohoku Electric Power Co Inc | Photographing device for high-speed time-resolved photograph |
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