JPS63125499A - 宇宙飛翔体の磁気制御の方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は２人工衛星等の宇宙飛翔体の磁気を利用し次
姿勢制御の方式に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は磁気制御系の構成の一例を示す図であり１図に
おいて（１ｅは人工衛星の本体、　＋８）、　＋９１．
ααは人工衛星に装備された各々直交する３本の磁気コ
イル、（１）は地球Ｅの磁場の方向と大きさを測定する
磁気センサ、（２）は衛星本体の姿勢制御基準に対する
姿勢誤差を測定する姿勢センサ、（１ｚは地球の磁場を
その方向とともに概念的に示したものである。

第４図はこのような構成による従来の磁気制御系の制御
ブロック図を示したもので、（１）は磁気センサ、（２
）は姿勢センサ、（３）は制御則を構成するコントロー
ラ、（４）はコントローラ（３）によって計算された各
磁気コイル＋８１．　（９１，（１０１への磁気モーメ
ント配分量（極性を含めた電流配分量）の大小を比較す
る比較器であり、（１りは比較の結果一意的に決定され
る各コイルの状態を実現するためのスイッチング回路及
び非線型ドライバ、　（１１１は地磁場（２）と磁気コ
イルｆ８＋、　（９１，ααに発生した磁気モーメント
との干渉によって生じる磁気トルクを示したもの。

又、Ｃ３は人工衛星側に印加された磁気トルクによって
０人工衛星（１６１が回転運動を起しその姿勢を変化さ
せること及び人工衛星αｅの軌道運動を示した部分であ
る。

第５図はこれら３本の磁気コイルｆ８）、　＋９）、　
（ｌｉ正、負の一定出力あるいはゼロ出力の３段階のス
イッチング論理で駆動した時、結果的に得られる合成ト
ルクベクトルＶの方向の組合せを示したものであり、原
点（３本のコイルがいずれもゼロ出力）を含めて３種類
のレベルから成る２７通りの方向成分ｖ１〜ｖｚｙを示
したものである。

ここでｘ、ｙ、ｚは３人工衛星固定の直交座標軸を示し
ており、３本の磁気コイル＋８１．　（９１，Ｑ（ｌは
各軸に平行に取りつけられているものとする。

次に動作について説明する。

姿勢センサ（２）によって人工衛星Ｑ６）の姿勢基準に
対する姿勢誤差を測定すると同時に、磁気センサ（υに
よって衛星の位置、姿勢における地磁場α２の方向と大
きさを測定する。

次いで両信号をもとに、コントローラ（３）に構成され
た制御則によってこの姿勢誤差を修正すべく。

最適の制御磁気モーメントの大きさと方向を計算する。

次に、今コントローラ（３）によって計算された。

３本の磁気コイル＋８１．　（９１，００に対する磁気
モーメント配分量（極性を含めた電流配分量）を、比較
器（４）において、これらの合ベクトルの方向、即ち最
適の磁気制御を行う磁気モーメントベクトルの方向が、
第５図に示した２７通りの方向ベクトルのいずれの組合
せに最も近いかを算定する。

この結果に従い、その最も近い方向ベクトルを発生させ
る３本の磁気コイル＋８１．　（９１，Ｃ１■の状態の
組合せを構成し、正又は負の一定出力のみを行う非線型
な駆動回路全弁して各々の磁気コイルを３段階のいずれ
かの状態に励起する。

３本の磁気コイルｆ８＋、　（９）、　ＧＯ＋に励起さ
れた磁気モーメントの合ベクトル（ロ）（第５図に示し
た２７柚のベクトルの内の１ｍ）と、地磁場Ｏ２のペク
トよって発生するトルク（Ｔ）が衛星の運動を励起し。

姿勢の誤差を修正する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

かかる制御系において、従来の方式では合ベクトルの大
きさが励起される磁気コイルの数によって異なるため、
実質的に制御ゲインが制御磁気モーメントベクトル（ト
）の方向によって変動するという現象が生じた。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、どのようなコイルの組合せにおいても同一
の制御ゲインを与える方式を提案するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る磁気コイルの駆動方式は、駆動すべき磁
気コイルの数によって・予め設定した３段階のゲインの
内のいずれかを選択することにより、いかなる組合せの
磁気コイルの駆動の場合でも１発生する磁気ダイポール
モーメントベクトルの大きさが等しくなるようにしたも
のである。

〔作　用〕

この発明による発生磁気ダイポールモーメントベクトル
の大きさの均一化は、これらの磁気コイル全アクチュエ
ータとして系を構成する制御システムにおいて駆動すべ
き磁気コイルの組合せによって系のゲインが影響されな
いことにより、より適切な制御系の設計が可能となる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

ここで、磁気コイル、姿勢センサ、磁気センサ。

等の構成、配置は第３図に示したものと同じものを使用
する。

第１図においても、既に従来の方式の説明で用いた第４
図の中で示されている同機能の要素（同符号で指示）に
ついては説明を省く場合がある。

第１図において、（４）はコントローラ（３）によって
計算された各磁気コイル（８１，＜９１．　Ｃ１■への
磁気モーメント配分量（極性を含めた電流配分量）の大
小を比較する比較器でちり、（５）は比較の結果決定さ
れる駆動すべき磁気コイルの選択回路、（６）は駆動さ
れる磁気コイルの数によって駆動ゲインを選択するゲイ
ン選択回路、そして（７）は各磁気コイルを駆動する非
線型ドライバである。

第２図は磁気コイル（８１，＜９１．αＯを、駆動磁気
コイルの個数に従った駆動ゲインで駆動した時、結果的
に得られる。磁気ダイポールモーメントベクトルの合ベ
クトルＶ１の方向の組合せを示したものであり、原点（
３本の磁気コイルがいずれも非動作状態の場合に相当）
′ｆｔ含めて２７通りの方向ベクトルｖ；〜ぬ７が存在
する。

第２図は便宜上、立体空間の１象限における合ベクトル
Ｖ′Ｎ〜ｖ−＋７を示したものであり、Ｑ４）は１本の
磁気コイルのみが駆動される時の磁気ダイポールモーメ
ントの大きさ金−辺とした正方形、ａＳは同じ大きさを
半径とし中心を原点とした球体の上記の象限における球
面を示している。ここでＸ。

Ｙ、Ｚは人工衛星固定の直交座標軸を示しており。

今３本の磁気コイルは各軸に平行に取りつけられている
ものとする。

今、コントローラ（３）によって計算された最適の磁気
制御を行う磁気モーメントベクトルの方向が。

第２図に示した２７通りの方向を持つ合ベクトル■のい
ずれに最も近いかを算定する。この結果に従って、コイ
ル選択回路（５）において、その最も近い方向ベクトル
を発生させる３本の磁気コイル（８）。

ｔ９）、　Ｑｌｊの組合せ、及び駆動の状態（正方向オ
ン。

負方向オン及びオフのいずれか）を決定する。

なお、比較器（４）における比較の方法にはいくつかの
方法が考えられるが、ここでは比軟論理そのものは本発
明の対象ではないので言及しない。

続いて、コイル選択回路（５）で決定された駆動すべき
磁気コイルの数の情報を基に、ゲイン選択回路（６）に
おいてそれらの磁気コイルの数が１．２又は３本である
かにより、各々のケースに対し、駆動ゲイン、１．１−
を乗するべくスイッチング回路を動作させる。

この結果、磁気コイルドライバ（７）によって駆動され
る磁気コイルの各々の磁気モーメントベクトルの合ベク
トルの大きさは、駆動される磁気コイルの数に関係なく
常に同じ大きさとなる。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、直交する３本の磁気コ
イルを備えた人工衛星等の宇宙飛翔体の磁気制御におい
て、各磁気コイルを正又は負の一定出力及びゼロ出力の
３段階のみで駆動するとともに、駆動ゲインを駆動磁気
コイルの個数によって３段階に切換えることにより・常
に一定の大きさの制御ダイポールモーメントを出力する
ように構成したので、ディジタル制御論理に適合し易く
。

非線型な磁気コイル駆動回路を使用し、かつ、制御出力
の一定した制御装置を安価に得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で提案する磁気制御系を説明するための
ブロック図、第２図は直交する３本の磁気コイルを、正
、負の一定出力及びゼロ出力の３段階のスイッチング論
理及び駆動磁気コイルの本数によって駆動ゲインを３段
階に切換えるゲイン切換え論理を介して同時に駆動した
時発生する磁気モーメントの合ベクトルの方向の組合せ
と大きさを示した図、第３図は磁気制御機能を有した宇
宙飛翔体の説明図、第４図は従来の磁気制御系を説明す
るためのブロック図、第５図は従来の方式によって発生
する磁気ダイポールの合ベクトルの方向と大きさを示す
図であり、（１）は磁気センサ、（２）は姿勢上ンサ、
（３）はコントローラ、（４）は比較器。 （５）はコイル選択回路、（６）はゲイン選択回路、（
７）はＦａ気ココイルトライバ　［８１，（９ＬＣＩ（
ＩＨ磁気コイル、Ｑｌｌは磁気トルクの発生メカニズム
を説明するブロック、ｑｚは地球磁場、０３は衛星ダイ
ナミクス及び軌道運動を説明するブロック、　（１４１
は１本の磁気コイルを駆動した時の磁気ダイポールの大
きさを一辺の半分とした立方体、α９は１本の磁気コイ
ルを駆動した時の磁気ダイポールの大きさを半径とした
球体、（ＩＤは人工衛星、αηはスイッチング回路及び
非線型ドライバ、Ｅは地球、Ｘ、Ｙ、Ｚは人工衛星に固
定の直交座標軸、■１〜Ｖ２７は直交する３本の磁気コ
イルを、正、負の一定出力及びゼロ出力の３段階のスイ
ッチング論理で同時に駆動した時発生する２７種の磁気
モーメントの合ベクトル、■−〜Ｖ’Ｎ＋７は上記にお
いて磁気コイルの本数によって駆動ゲインを３段階に切
換えた時の２７種の磁気モーメントの合ベクトルの内、
立方体０４１の１つの象限において示した図である。 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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 宇宙飛翔体のその目標に対する姿勢誤差を検出する姿勢
   センサと、当該宇宙飛翔体の環境磁場を測定する磁気セ
   ンサと、両センサの出力信号を処理し複数の磁気コイル
   への各々の駆動命令を発生するコントローラと、前記駆
   動命令を相互に比較する比較器と、比較器の結果をもと
   に駆動すべき磁気コイルを選択するコイル選択回路と、
   コイル選択回路において選択された磁気コイルの個数に
   従って、３段階のレベルを持つゲインの内のいずれかを
   選択するゲイン選択回路と、コイル選択回路において選
   択された磁気コイルを、ゲイン選択回路において選択さ
   れたゲインによって駆動する非線型な磁気コイルドライ
   バと、磁気コイルドライバによって駆動される、互いに
   直交して宇宙飛翔体に取付けた３本の磁気コイルとによ
   って構成した磁気制御装置を用いて、上記姿勢センサに
   よって検出した宇宙飛翔体の姿勢誤差信号と、上記磁気
   センサによって検出した環境磁場の方向と大きさをもと
   に、上記コントローラにおいて、宇宙飛翔体の姿勢誤差
   、あるいは保有角運動量ベクトルの方向及び大きさを修
   正するための上記３本の磁気コイルに対する線型な駆動
   制御量を計算した後、上記比較器において、前記３種類
   の磁気コイルに対する駆動制御量の大きさを比較し、上
   記コイル選択回路において、駆動制御量の大きさの比較
   結果に対応して設定した選択論理に基づいて駆動すべき
   磁気コイル及びその極性を選択するとともに、上記ゲイ
   ンスイッチング回路において、駆動される磁気コイルの
   個数に応じて３段階のレベルを有するゲインの内のいず
   れかを選択し、正、負の出力、又はゼロ出力のいずれか
   のレベルの駆動信号を発生する非線型な磁気コイルドラ
   イバを駆動して、３本の磁気コイルに対し、前記の３段
   階のゲインの内の１つのレベルを共通のゲインとした各
   々ゼロ及び正又は負のいずれかの方向を持つ磁気モーメ
   ントを発生させることによって、前記３本の磁気コイル
   の発生する磁気モーメントベクトルの合ベクトルの方向
   を、空間内で均等な配置を持つ２７種類（原点を含む）
   の方向の制御ベクトルの内の１つとして実現し、かつ、
   空間内のいずれの方向に対しても等しい制御ゲインを有
   する磁気制御モーメントを発生させることを特徴とした
   宇宙飛翔体の磁気制御の方法。