JPS604498A - 人工衛星のフライホイール制御装置 - 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】 この発明は三軸型人工衛星の姿勢制御装置に係わり、軌
道上の人工衛星の姿勢変化を精度よく安定に動作できる
ようフライホイールを駆動制御することを特徴とするも
のである。

まず従来の姿勢制御装置について説明する。

第１図は従来の人工衛星の姿勢制御装置を示す図であり
、第１図において、（１１は電流コントローラ、（２１
は接点ａ、ｂ、ｃを有するスイッチＳをもつシーケンサ
、（３１は加速制御回路、（４）はフライホイール、（
５）は減速制御回路、（６）は電流トランスジューサ、
イは人工衛星の姿勢情報信号としての入力トルク信号、
Ａはフライホイールの回転方向を制御する回転方向指令
信号、Ｂはシーケンサ（２）を制御する外部信号である
。

さてフライホイール（４）を加速する場合、フライホイ
ール（４）に流れる電流を電流トランスジューサ（６）
で電圧に変換した値と入力トルク信号イとを電　。

流コントローラｆｉｌで比較し、その比較出力をシーケ
ンサ（２）のスイッチＳの接点ａとｂを外部信号Ｂで「
接」にし、加速制御回路（３；でパワーアンプして、フ
ライホイール（４）に電１カを供給する。入力トルク信
号イに従い、フライホイール（４）の回転数は上昇し、
フライホイールに流れる電流を電流トランスジューサ（
６）で、電圧値に変換し、その出力を電流コントローラ
（１）に加え、入力トルク信号イと比較し、加速フィー
ドバック制御の動作が行われる。

ここで電流トランスジューサ（６）の出力が入力トルク
信号イより大きい場合は加速制御回路（３）の出力電圧
を減らし、その結果として、フライホイール（４）に流
れる電流が減り、最終的に入力トルク信号イとほぼ等し
い値で一定になる。

次に減速制御回路（５）を説明する前に、第２図により
フライホイール（４）の代表的な電気特性を述べる。

同図から、Ｙ軸の上側をプラスモータ電圧、下側をマイ
ナスモータ電圧、Ｙ軸の左側をフライホイール右回転又
は左回転方向に示し、Ｙ軸の右側はＹ軸の左側と反対方
向に回転しているものを示し、−ωと＋ωで表わす。

フライホイール（４）内の回転方向切換回路に回転方向
指令信号Ａを与え、同時にフライホイール（４）に実線
カーブに従いプラスモータ電圧を加えていくと、フライ
ホイール回転数がプラスモータ電圧に比例して増加する
。

又回転方向指命信号Ａを上記回転方向と逆に与え、フラ
イホイール（４）にプラスの電圧を加えていくと０図の
破線で示した０点からｄ点に回転数は上記回転方向とは
逆方向に増加しＣいく。

フライホイール（４）を図の実線で示す、Ｃ点〜ｂ点方
向になるように設定し、プラスモータ電圧を（４） 増加させていき、実線上のｂ点にフライホイール（４）
の同転数が到達した時、上記回転方向と反対方向の指令
信号をフライホイールに与えると、フライホイールの端
子電圧はマイナスの電圧（第２図の破線０点）を発生し
、ｅ−ｃ点の線上をブレーキをかけながらフライホイー
ル（４）の回転数は減少し、ω−０のゼロ回転をクロス
し、破線Ｃ−７（１点線上で、フライホイール（４）に
プラスモータ電圧を加えていくと加速制御動作になり、
その電圧に比例して−ω方向に回転数は増加する。

なお、上記動作とは逆の破線上に、最初フライホイール
があり、高速回転している場合も、上記動作と同様に幼
く。

第２図のフライホイール動作を踏えて減速制御回路を以
下に示す。

フライホイール（４）が加速制御回路（３）の出力によ
り１回転数を上昇させ第２図のｂ点で高速回転している
時９回転方向指令信号Ａによりフライホイールの回転方
向を逆方向に指令すると、フライホイール端子間にマイ
ナスの電圧を発生し、この時同時に第１図のシーケンサ
（２）のスイッチの接点ａとＣを外部信号Ｂで切換える
。フライホイール電流を電流トランスジューサ（６）で
電流／電圧変換した後、その電流トランスジューサ（６
）出力と入力トルク信号イと比較し、その誤差信号はシ
ーケンサ（２）のスイッチの接点ａ−ｃを通り、減速制
御回路（５）に供給され、フライホイール霜：流を一定
に流すように減速制御回路（５）で制御する。

、従来の人工衛星の姿勢制御装置は以上のように構成さ
れているが、フライホイールを制御する場合、加速制御
モードについては従来から技術が養われ、はぼ定着して
いるー、このフライホイール特有の減速制御はフライホ
イール端子電圧がマイナスになり、フライホイールをブ
レーキかけながら減速し１回転数ωがゼロを通過して、
逆方向ｌこ回転し始め、入力トルク信号の電圧まで加速
モードで動作する。このようにフライホイールは右回転
又は左回転から逆方向までの広い範囲に亘り、制御ルー
プが安定に動作する必要がある。

特に制御ループが不安定になると１発振、ノイズ等によ
りフライホイールを機械的、電気的に損傷するおそれが
ある。！磁干渉については、そのリップル、ノイズが、
＃ｉ星電源パスラインに漏れ込み衛星に搭載されている
他の機器の妨害になる。

従来の装置は減速モード切換え時は逆起電力が十分あり
、フライホイール電流を制御することは比較的容易であ
るがフライホイール自身の内部抵抗ロスのため、フライ
ホイールの回転数が低くなるとフライホイール自身の逆
起電力が小さくなり。

結果的にフライホイール電流を一定に保つことはできな
くなる。

しかも低回転になるとフライホイール電流を一定に保て
ないばかりか内部抵抗に比例して非安定な電流が長時間
に亘り流れ１回転数がゼロ近傍ではフライホイールが停
止してしまうおそれがあった。

このように従来の装置は人工衛星の姿勢制御をするため
には不可決のフライホイール回転数を一ω〜＋ωの回転
状態にあっても一定電流で制御することができず、それ
に伴ない人工衛星の姿勢精度を高い精度におさえること
ができない欠点があった。

そこで、この発明は前記した従来の欠点を除去したもの
でフライホイールを減速制御モードに切換えた時減速制
御回路が動作し、中速回転領域に対しては、減速制御回
路と加速制御回路が動作し。

また低速回転に対しては加速制御回路が動作できるよう
に３段切換え制御の方法で、フライホイールの電流を−
ωから＋ωの広範囲の回転領域で。

入力トルク信号に従って、一定電流制御を行なう人工衛
星の姿勢制御装置を提供するものである。

以下この発明の一実施例を図により詳述する。

第３図はこの発明による人工衛星の姿勢制御装置を示す
図であり１図において、（１）は電流コントローラ、（
２）は接点ａ、ｂ、ｃを有する第１のスイッチＳ１　と
接点す、ｃにそれぞれつながる接点ｄ。

θを有する第２のスイッチＳ２　をもつシーケンサ。

（３）は加速制御回路、（４）はフライホイール、（５
）は減速制御回路、（６）は電流トランスジューサ、（
７）はスイッチ制御回路、イは入力トルク信号、Ａは回
転（７） 方向指令信号である。

最初に１回転方向指令信号Ａを第２図のｃ　％　ｂ点の
線上で動作するように設定すると、入力トルク信号イの
増加に従ってフライホイール（４）の回転数が増え、線
上の点すに到達した後、フライホイール（４）の回転を
逆方向の一ωになるよう設定しようとすれば、前記の設
定した回転方向指令信号Ａと逆の信号を与える。

指命信号Ａを与えた後、フライホイール（４）の出力端
電圧は第２図に示すごとくマイナスになり、減速制御回
路（５）が動作する。

減速制御回路（５）の動作後の詳細を第３図に従い述べ
る。

フライホイール（４）の入力電圧をスイッチ制御回路（
７）で信号処理し、シーケンサ（２）の第１のスイッチ
Ｓ１の接点ａ　−ｃを「接」、第２のスイッチＳ２の接
点ｅ　＝　ｄを「開」にする。

減速制御モードの構成は電流コントローラ（１）、シー
ケンサ（２）、減速制御回路（５）、フライホイール（
４）１電流トランスジユーサ（１）で、フライホイール
（４）に（８） 流れる電流を制御するフィードバックループとなる。

時間の経過と共に、フライホイール（４）の逆起電力　
。

は減少し、前述したフライホイールの内部抵抗損失のた
め、入力トルク信号イに比例した電流は維持されなくな
る。

上記動作に従い、フライホイール（４）の端子電圧が除
々に減少し、フライホイール（４）端子電圧が基準電圧
以下になるとスイッチ制御回路（７）が検知してシーケ
ンサ（２）の第１のスイッチｓ１　の接点ａ−ｂを「接
」、第２のスイッチｓ２　の接点（１−ｅを「接」に制
御し、電流コントローラ（１）、第１のスイッチＳ１　
と第２のスイッチＳ２　で並列接続された減速制御回路
（５）と加速制御回路（３）、フライホイール（４）、
および電流トランスジューサ（６）とでフィードバック
ループを形成するこきにより減速制御モードで不足した
電流を加速制御回路（３）で袖い。

フライホイールに流れる電流を一定に制御する。

スイッチ接点ａ−’ｌ：＋「接Ｊ、ｄ−θ「接」に切換
えた直後は減速制御モードのフライホイール（４）の逆
起電力が大きいため、フライホイール（４）に流れる電
流は一定に保たれるが９時間経過と共にフライホイール
逆起電力が減少し、その結果フライホイール（４）の端
子筒、圧が減少する。

なおも時間が進むと減速制御回路（５）の動作と加速制
御回路（３１の動作はフライホイール（４）の電流を一
定のまま、電流比率を除々に変え１次第に加速制御回路
（３１による笛、流が増加してくる、減速制御回路（５
）の電流供給が小さくなると、スイッチ制御回路（７）
によりシーケンサ（２）の第１のスイッチＳ１　の接点
ａ　−ｂを１接」、第２のスイッチＳ２　の接点ｄ−ｅ
を「開」に制御して、電流コントローラ（１）、加速制
御回路（３）、フライホイール（４）および電流トラン
スジューサ（６）でフィードバックループを形成するこ
とによりフライホイール電流を一定にする。

すなわち加速制御モードになり、減速制御回路（５）か
ら完全に切り離。きれ、フライホイール（４）を加速す
る。

以上説明したように、この発明はフライホイー（１１） ルの右回転又は左回転方向から逆方向の回転制御ができ
、かつ入力トルク信号に比例した一定電流値で、全回転
領域を安定に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の人工神］星の姿勢制御装置を示す概略図
、第２図はフライホイールの電気的特性を示す図、第３
図ζＪこの発明の一実施例を示す概略図である。 図中、（１１は電流コントローラ、（２）はシーケンサ
。 （３１は加速制御回路、（４）はフライホイール、（５
）は減速制御回路、（６）は霜、流トランスジューサ、
（７）はスイッチ制ｒＭ１回路、８４　は第１のスイッ
チ、Ｓ２　は第２のスイッチ、イは入力トルク信号、Ａ
は回転方向指令信号、Ｂは外部信号である。 なお１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。 （１２） 第１図 第２図 フ・Ｙ ぐ　′ ＼　モ　ｂ ＼り ゝ、　電 ＼　圧　゛ ＼ ＼ ＼ 　− ＼　Ｘ 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 回転方向指令信号により回転方向が制御されるフライホ
   イールと、このフライホイールの出力電流を電圧に変換
   する電流トランスジューサと１人工衛星の姿勢情報信号
   と上記電流トランスジューサの出力とを比較し、その差
   信号を出力する比較手段と、上記比較手段の出力に基づ
   いて上記フライホイールの回転数を制御する加速制御回
   路および減速制御回路と、上記比較手段の出力端と上記
   加速制御回路又は減速制御回路の入力端とを接続する第
   １のスイッチと、上記加速制御回路の入力端と上記減速
   制御回路の入力端とを接続する第２のスイッチと、上記
   フライホイールの入力電圧の増減に応じて上記第１のス
   イッチおよび第２のスイッチを駆動制御するスイッチ制
   御回路とを備え。 上記比較手段、加速制御回路、フライホイール。 および電流トランスジュー吏のフィードバックループ、
   上記比較手段、減速制御回路、フライホイールおよび電
   流トランスジューサのフィードバックループ、上記比較
   手段、並列接続の加速制御回路と減速制御回路、フライ
   ホイールおよび電流トランスジューサのフィードバック
   ループのいずれかを形成するごとく上記第１および第２
   のスイッチを駆動制御することを特徴とする人工衛星の
   姿勢制御装置。