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JP7329454B2 - displacement compensation controller - Google Patents
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JP7329454B2 - displacement compensation controller - Google Patents

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Description

本発明は、宇宙機の姿勢制御に関するものである。 The present invention relates to attitude control of a spacecraft.

宇宙を飛行する人工物を「宇宙機」と称する。例えば、人工衛星は宇宙機である。
宇宙機の3軸姿勢を制御するために3台以上のコントロールモーメントジャイロ(CMG)が使用される場合がある。
CMGは、1つ以上のジンバル軸と、1つのホイールと、を有する。ホイールは、各ジンバル軸と直交する軸回りに回転する。ホイールの回転軸を「スピン軸」と称する。
CMGは、スピン軸回りに回転しているホイールをジンバル軸回りに回転させることで角運動量の方向を変化させるアクチュエータである。
ジンバル軸回りの回転角を「ジンバル角」または「ジンバル回転角」と称する。
An artificial object that flies in space is called a "spacecraft". For example, a satellite is a spacecraft.
Three or more control moment gyros (CMGs) may be used to control the spacecraft's three-axis attitude.
A CMG has one or more gimbal axes and a wheel. The wheels rotate about axes orthogonal to each gimbal axis. The axis of rotation of the wheel is called the "spin axis".
A CMG is an actuator that changes the direction of angular momentum by rotating a wheel that rotates about its spin axis about its gimbal axis.
A rotation angle about the gimbal axis is called a "gimbal angle" or a "gimbal rotation angle."

宇宙機の姿勢を調整するため、ジンバル角が変化され、トルクが出力される。出力されるトルクの方向は、ジンバル軸回りの方向と直交する。 To adjust the attitude of the spacecraft, the gimbal angle is changed and torque is output. The direction of the output torque is orthogonal to the direction around the gimbal axis.

CMGを宇宙機の中に設置するためのインタフェースを「設置インタフェース」と称する。
CMG用の設置インタフェースが剛体でない場合、出力されたトルクの影響で設置インタフェースに変位が生じる。設置インタフェースに変位が生じることで、CMGの角運動量の方向及び出力されるトルクの方向が変化する。これらの変化は、宇宙機の姿勢に影響を与える。
An interface for installing the CMG in the spacecraft is called an "installation interface".
If the mounting interface for the CMG is not rigid, the output torque will cause displacement of the mounting interface. Any displacement of the mounting interface changes the direction of the angular momentum of the CMG and the direction of the output torque. These changes affect the attitude of the spacecraft.

CMGのホイールが回転することで、高周波の微小振動が発生する。この高周波の微小振動を「擾乱」と称する。
擾乱は、宇宙機の姿勢に影響を与える。また、擾乱は、宇宙機に搭載される各機器の精度にも影響を与える。例えば、擾乱は、宇宙機に搭載される観測機器の観測精度にも影響を与える。
擾乱の影響を抑える目的で、振動絶縁効果を有する素材が設置インタフェースに使用されることがある。例えば、バネ・ダンパまたは防振ゴム等の素材が設置インタフェースに使用される。
振動絶縁効果を有する素材を「アイソレータ」と称する。
同時に使用される複数のアイソレータを「1組のアイソレータ」と称する。
High-frequency micro-vibrations are generated by the rotation of the CMG wheel. This high-frequency minute vibration is called "disturbance".
Disturbances affect the attitude of the spacecraft. Disturbances also affect the accuracy of each device mounted on the spacecraft. For example, disturbances affect the observation accuracy of observation instruments mounted on spacecraft.
In order to reduce the effects of disturbances, materials with vibration isolation effects are sometimes used in the installation interface. For example, materials such as spring dampers or anti-vibration rubber are used for the installation interface.
A material that has a vibration isolation effect is called an "isolator".
Multiple isolators that are used simultaneously are referred to as a "set of isolators".

複数台のCMGまたは1台のCMGに対して、1組のアイソレータが使用される。
複数台のCMGに対して1組のアイソレータが使用される場合、1組のアイソレータの変位は、複数台のCMGから出力される合成トルクの影響を受ける。合成トルクは、複数台のCMGのそれぞれから出力されるトルクの合成結果である。
1台のCMGに対して1組のアイソレータが使用される場合、1組のアイソレータの変位は、1台のCMGから出力されるトルクの影響を受ける。そのため、CMGごとに、1組のアイソレータの変位は異なる。
A set of isolators is used for multiple CMGs or for a single CMG.
When one set of isolators is used for multiple CMGs, the displacement of the set of isolators is affected by the combined torque output from the multiple CMGs. A composite torque is a composite result of torques output from each of a plurality of CMGs.
When one set of isolators is used for one CMG, the displacement of the set of isolators is affected by the torque output from one CMG. Therefore, the displacement of a set of isolators is different for each CMG.

特許文献1には、擾乱の影響を考慮した姿勢決定技術が記載されている。
姿勢決定完了後に擾乱の影響を補償するためには、擾乱の周波数成分と同じ帯域の周波数成分を扱う姿勢制御系が必要となる。高周波の擾乱の影響を補償する場合に限らず、一般に、補償したい帯域を姿勢制御系で扱うことができない場合には、姿勢変動を抑制することはできない。
Patent Literature 1 describes an attitude determination technique that considers the influence of disturbances.
In order to compensate for the influence of the disturbance after attitude determination is completed, an attitude control system that handles frequency components in the same band as the frequency components of the disturbance is required. In general, attitude fluctuations cannot be suppressed when the attitude control system cannot handle the band to be compensated for, not just when compensating for the effects of high-frequency disturbances.

設置インタフェースの変位には、設置インタフェースの周波数の変化および設置インタフェースの振幅の変化が含まれる。設置インタフェースの周波数および設置インタフェースの振幅は、設置インタフェースの剛性に依存して変化する。
姿勢制御系の安定性を確保するため、設置インタフェースの周波数が姿勢制御系の帯域よりも高い場合が多い。そのため、設置インタフェースの周波数を姿勢制御系で扱うことができない場合が多い。
The displacement of the installation interface includes changes in the frequency of the installation interface and changes in the amplitude of the installation interface. The frequency of the installation interface and the amplitude of the installation interface vary depending on the stiffness of the installation interface.
In order to ensure the stability of the attitude control system, the frequency of the installation interface is often higher than the bandwidth of the attitude control system. Therefore, in many cases, the frequency of the installation interface cannot be handled by the attitude control system.

1組のアイソレータが設置インタフェースとして使用されることで、高周波の擾乱の伝達が抑制される一方で、1組のアイソレータの変位が宇宙機の姿勢に影響を与えることとなる。 The use of a set of isolators as the installation interface suppresses the transmission of high frequency disturbances, while the displacement of the set of isolators affects the attitude of the spacecraft.

特許第4509006号公報Japanese Patent No. 4509006

従来、1組のアイソレータが設置インタフェースとして使用されることで、高周波の擾乱の伝達が抑制される一方で、1組のアイソレータの変位が宇宙機の姿勢に影響を与える、という課題があった。 Conventionally, the use of a set of isolators as an installation interface suppresses the transmission of high-frequency disturbances, while the displacement of the set of isolators affects the attitude of the spacecraft.

本発明は、設置インタフェースの変位が宇宙機の姿勢に与える影響を抑制できるようにすることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to suppress the influence of displacement of an installation interface on the attitude of a spacecraft.

本発明の変位補正制御器は、宇宙機の姿勢を制御する姿勢制御系で用いられる。
前記宇宙機は、前記姿勢制御系と、複数のコントロールモーメントジャイロと、前記複数のコントロールモーメントジャイロを前記宇宙機の中に設置するための複数の設置インタフェースと、を備える。
前記変位補正制御器は、
前記複数の設置インタフェースのそれぞれの変位を推定する変位推定器と、
前記複数の設置インタフェースのそれぞれの推定された変位に基づいて、前記姿勢制御系によってフィードバック制御のために算出される前記複数のコントロールモーメントジャイロの全体トルクを補正するトルク補正器と、を備える。
The displacement correction controller of the present invention is used in an attitude control system that controls the attitude of a spacecraft.
The spacecraft comprises the attitude control system, a plurality of control moment gyros, and a plurality of installation interfaces for installing the plurality of control moment gyros in the spacecraft.
The displacement correction controller comprises:
a displacement estimator that estimates a displacement of each of the plurality of installation interfaces;
and a torque corrector for correcting the total torque of the plurality of control moment gyros calculated for feedback control by the attitude control system based on the estimated displacement of each of the plurality of installation interfaces.

本発明によれば、設置インタフェースの変位が宇宙機の姿勢に与える影響を抑制できるようにすることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to suppress the influence of the displacement of the installation interface on the attitude of the spacecraft.

実施の形態1における宇宙機100の構成図。1 is a configuration diagram of a spacecraft 100 according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1におけるCMG110iの構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of a CMG 110i according to the first embodiment; FIG. 実施の形態1における姿勢制御系130の構成図。2 is a configuration diagram of an attitude control system 130 according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における姿勢制御の概要図。4 is a schematic diagram of attitude control according to Embodiment 1. FIG.

実施の形態および図面において、同じ要素または対応する要素には同じ符号を付している。説明した要素と同じ符号が付された要素の説明は適宜に省略または簡略化する。 The same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals in the embodiments and drawings. Descriptions of elements having the same reference numerals as those described will be omitted or simplified as appropriate.

実施の形態1.
宇宙機100の姿勢を制御するための形態について、図1から図4に基づいて説明する。
Embodiment 1.
A configuration for controlling the attitude of the spacecraft 100 will be described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG.

宇宙機100は、宇宙を飛行する人工物である。宇宙機100の具体例は、人工衛星である。 Spacecraft 100 is a man-made object that flies in space. A specific example of spacecraft 100 is a satellite.

***構成の説明***
図1に基づいて、宇宙機100の構成を説明する。
宇宙機100は、3台以上のCMG110と、ジンバル制御系120と、姿勢制御系130と、を備える。
CMG110は、宇宙機100の姿勢を制御するために用いられるコントロールモーメントジャイロである。
ジンバル制御系120は、CMG110のジンバルを制御するシステムである。
姿勢制御系130は、ジンバル制御系120を介してCMG110を制御することによって宇宙機100の姿勢を制御するシステムである。
ジンバル制御系120と姿勢制御系130とのそれぞれのシステムは、1台以上の機器で構成される。また、ジンバル制御系120はCMG110と同一機器内に具備されていても良い。
*** Configuration description ***
The configuration of the spacecraft 100 will be described based on FIG.
The spacecraft 100 includes three or more CMGs 110 , a gimbal control system 120 and an attitude control system 130 .
CMG 110 is a control moment gyro used to control the attitude of spacecraft 100 .
A gimbal control system 120 is a system that controls the gimbal of the CMG 110 .
The attitude control system 130 is a system that controls the attitude of the spacecraft 100 by controlling the CMG 110 via the gimbal control system 120 .
Each of the gimbal control system 120 and the attitude control system 130 is composed of one or more devices. Also, the gimbal control system 120 may be provided in the same equipment as the CMG 110 .

宇宙機100は、さらに、CMG110毎に設置インタフェース101Pを備える。
設置インタフェース101Pは、剛体でない設置インタフェースである。つまり、設置インタフェース101Pは、弾性または粘弾性を有する設置インタフェースである。
設置インタフェースは、CMGを宇宙機100の中に設置するためのインタフェースである。
The spacecraft 100 further comprises an installation interface 101P for each CMG110.
The installation interface 101P is a non-rigid installation interface. That is, the installation interface 101P is an installation interface having elasticity or viscoelasticity.
The installation interface is an interface for installing the CMG inside the spacecraft 100 .

具体的には、設置インタフェース101Pは、1組のアイソレータである。
アイソレータは、振動絶縁効果を有する素材である。例えば、アイソレータは、バネ・ダンパまたは防振ゴムである。
Specifically, the installation interface 101P is a set of isolators.
An isolator is a material that has a vibration isolation effect. For example, the isolator is a spring damper or rubber vibration isolator.

以降の説明において、CMG110を識別する番号を「i」と記す。
「i」は、1以上N以下の各整数である。
「N」は、CMG110の台数である。
In the following description, the number that identifies the CMG 110 is denoted as "i".
"i" is each integer of 1 or more and N or less.
“N” is the number of CMGs 110 .

図2に基づいて、CMG110iの構成を説明する。
CMG110iは、ジンバル111とホイール112と胴体113を備える。CMG110は、複数のジンバル111を備えてもよい。
ジンバル111は、胴体113に接続され、ジンバル軸114を回転軸にして回転する。
ホイール112は、ジンバル111の内側に設けられ、ジンバル軸114と直交する軸(スピン軸)を回転軸にして回転する。
The configuration of the CMG 110i will be described based on FIG.
CMG 110i comprises gimbal 111 , wheels 112 and body 113 . CMG 110 may comprise multiple gimbals 111 .
A gimbal 111 is connected to a body 113 and rotates about a gimbal shaft 114 as a rotation axis.
The wheel 112 is provided inside the gimbal 111 and rotates about an axis (spin axis) orthogonal to the gimbal axis 114 as a rotation axis.

胴体113は、1組のアイソレータ101を用いて、宇宙機100のインタフェース面に取り付けられる。
各アイソレータ101の一端は胴体113のインタフェース面に取り付けられ、各アイソレータ101の他端は宇宙機100のインタフェース面に取り付けられる。
インタフェース面は、1組のアイソレータ101が取り付けられる面である。
Fuselage 113 is attached to the interface surface of spacecraft 100 using a set of isolators 101 .
One end of each isolator 101 is attached to the interface surface of the fuselage 113 and the other end of each isolator 101 is attached to the interface surface of the spacecraft 100 .
The interface surface is the surface to which a set of isolators 101 are attached.

CMG110iにおいて、宇宙機100のインタフェース面を基準とする座標系を「D系」と称する。
系のx軸は、1組のアイソレータ101の変位がゼロである場合のジンバル軸114の方向を表す。
系のz軸は、1組のアイソレータ101の変位がゼロであり、且つ、ジンバル角θがゼロである場合の角運動量hの方向を表す。
系のy軸は、D系のx軸とD系のz軸とに直交する方向を表す。
系のx軸を「xdi」と記し、D系のy軸を「ydi」と記し、D系のz軸を「zdi」と記す。
In the CMG 110i, the coordinate system based on the interface surface of the spacecraft 100 is called the " Di system".
The x-axis of the D i system represents the direction of the gimbal axis 114 when the displacement of the set of isolators 101 is zero.
The z-axis of the D i system represents the direction of the angular momentum h i when the displacement of the set of isolators 101 is zero and the gimbal angle θ i is zero.
The y-axis of the Di system represents a direction orthogonal to the x-axis of the Di system and the z-axis of the Di system.
The x-axis of the D i system is denoted as "x di ", the y-axis of the D i system is denoted as "y di ", and the z-axis of the D i system is denoted as "z di ".

CMG110iにおいて、胴体113のインタフェース面を基準とする座標系を「C系」と称する。
系のx軸は、ジンバル軸114の方向を表す。
系のz軸は、ジンバル111の回転角度(θ)がゼロである場合のCMG110iの角運動量hの方向を表す。
系のy軸は、C系のx軸とC系のz軸とに直交する方向を表す。
系のx軸を「xci」と記し、C系のy軸を「yci」と記し、C系のz軸を「zci」と記す。
In the CMG 110i, the coordinate system based on the interface surface of the torso 113 is called the " Ci system".
The x-axis of the C i system represents the direction of the gimbal axis 114 .
The z-axis of the C i system represents the direction of the angular momentum h i of the CMG 110 i when the rotation angle (θ i ) of the gimbal 111 is zero.
The y-axis of the Ci system represents a direction orthogonal to the x-axis of the Ci system and the z-axis of the Ci system.
The x-axis of the C i system is denoted as “x ci ”, the y-axis of the C i system is denoted as “y ci ”, and the z-axis of the C i system is denoted as “z ci ”.

「h」は、CMG110iの角運動量を表す。角運動量hは、CMG110iのホイール112の回転によってスピン軸の方向に生じる。
「θ」は、CMG110iのジンバル角を表す。ジンバル角は、ジンバル111の回転角度を表す。
"h i " represents the angular momentum of CMG 110i. Angular momentum h i is generated in the direction of the spin axis by the rotation of wheel 112 of CMG 110i.
“θ i ” represents the gimbal angle of the CMG 110i. A gimbal angle represents a rotation angle of the gimbal 111 .

「τ」は、CMGトルクを表す。CMGトルクはCMG110iによって生じるトルクである。トルクは、3軸(x,y,z)のそれぞれの方向の大きさで表される。つまり、トルクはベクトルで表される。
CMGトルクτは、ジンバル111の回転とホイール112の回転とによってジンバル角速度と角運動量hとの外積の方向に生じる。ジンバル角速度は、ジンバル111の角速度である。
i " represents the CMG torque. CMG torque is the torque produced by CMG 110i. Torque is represented by the magnitude in each direction of the three axes (x, y, z). In other words, torque is represented by a vector.
The CMG torque τ i is produced by the rotation of the gimbal 111 and the rotation of the wheel 112 in the direction of the outer product of the gimbal angular velocity and the angular momentum hi . The gimbal angular velocity is the angular velocity of the gimbal 111 .

「τgi」は、CMG110iのジンバルトルクを表す。ジンバルトルクは、ジンバル111を回転させるためにジンバル制御系120により与えられるトルクである。
ジンバルトルクτgiは、CMG110iのジンバル軸114の方向に生じる。
“τ gi ” represents the gimbal torque of CMG 110i. Gimbal torque is the torque applied by gimbal control system 120 to rotate gimbal 111 .
A gimbal torque τ gi is produced in the direction of the gimbal axis 114 of the CMG 110i.

「k」は、1組のアイソレータ101の剛性値を表す。剛性値は、剛性の強度を表す。剛性値kは、全てのCMG110で共通である。また、剛性値kは固定値とする。固定値は予め定義される値である。但し、CMG110i別に剛性値kが定義されてもよい。
x軸まわりの回転方向における剛性値を「k」と記す。
y軸まわりの回転方向における剛性値を「k」と記す。
z軸まわりの回転方向における剛性値を「k」と記す。
“k * ” represents the stiffness value of the set of isolators 101 . The stiffness value represents the strength of stiffness. The stiffness value k * is common to all CMGs 110 . Also, the stiffness value k * is assumed to be a fixed value. A fixed value is a predefined value. However, the stiffness value k * may be defined for each CMG 110i.
The stiffness value in the direction of rotation about the x-axis is denoted as " kx ".
The stiffness value in the direction of rotation about the y-axis is denoted as "k y ".
A stiffness value in the direction of rotation about the z-axis is denoted as "k z ".

ホイール112の回転によって、高周波の微小振動(擾乱)が発生する。擾乱の伝達は、1組のアイソレータ101によって抑制される。
1組のアイソレータ101は、CMGトルクτの影響を受けて変位する。1組のアイソレータ101の変位によって、胴体113が傾く。
x軸まわりの回転方向における変位を「ψxi」と記す。
y軸まわりの回転方向における変位を「ψyi」と記す。
z軸まわりの回転方向における変位を「ψzi」と記す。
Rotation of the wheel 112 generates high-frequency minute vibrations (disturbances). Disturbance transmission is suppressed by a set of isolators 101 .
A set of isolators 101 are displaced under the influence of CMG torque τi . Displacement of the set of isolators 101 causes the fuselage 113 to tilt.
The displacement in the direction of rotation about the x-axis is denoted as "ψ xi ".
The displacement in the direction of rotation about the y-axis is denoted as "ψ yi ".
The displacement in the direction of rotation about the z-axis is denoted as "ψ zi ".

図3に基づいて、姿勢制御系130の構成を説明する。
姿勢制御系130は、目標生成器131と、姿勢推定器132と、姿勢制御レギュレータ133と、ステアリング則計算器134と、加算器135と、変位補正制御器140と、を備える。
The configuration of the attitude control system 130 will be described based on FIG.
The attitude control system 130 includes a target generator 131 , an attitude estimator 132 , an attitude control regulator 133 , a steering law calculator 134 , an adder 135 and a displacement correction controller 140 .

図3に記された記号について説明する。
「θ」は、ジンバル角ベクトルを表す。ジンバル角ベクトルθは、CMG110iのジンバル角θを並べたベクトル{θ,…,θである。
添え字の「FF」は、フィードフォワード制御の成分を意味する。フィードフォワード制御は、姿勢変更等のためにあらかじめ制御量を計算しておくものである。フィードフォワード制御の計算方法は従来の方法で構わない。
添え字の「FB」は、フィードバック制御の成分を意味する。フィードバック制御は、姿勢誤差等を補償するための制御量を計算するものである。
添え字の「FF+FB」は、フィードフォワード制御の成分とフィードバック制御の成分との合成を意味する。
Symbols shown in FIG. 3 will be described.
"θ" represents the gimbal angle vector. The gimbal angle vector θ is a vector1 , .
The suffix "FF" means a component of feedforward control. The feedforward control calculates the amount of control in advance for posture change and the like. A conventional method may be used as a calculation method for feedforward control.
The suffix "FB" means the component of feedback control. Feedback control is to calculate a control amount for compensating an attitude error or the like.
The suffix "FF+FB" means a combination of the feedforward control component and the feedback control component.

「ω」は、姿勢角速度ベクトルを表す。姿勢角速度ベクトルωは、姿勢角速度ωを並べたベクトル{ω,ω,ωである。姿勢角速度ωは、宇宙機100の姿勢の角速度である。
添え字の「S」は、S系を意味する。S系は、宇宙機100に固定された座標系である。
“ω” represents the attitude angular velocity vector. The attitude angular velocity vector ω is a vector {ω x , ω y , ω z } T in which the attitude angular velocities ω * are arranged. The attitude angular velocity ω * is the attitude angular velocity of the spacecraft 100 .
The suffix “S” means the S system. The S system is a coordinate system fixed to the spacecraft 100 .

「ψ」は、変位ベクトルを表す。
変位ベクトルψは、CMG110i用の1組のアイソレータ101の変位ψxiを並べたベクトル{ψx1,…,ψxNである。
変位ベクトルψは、CMG110i用の1組のアイソレータ101の変位ψyiを並べたベクトル{ψy1,…,ψyNである。
変位ベクトルψは、CMG110i用の1組のアイソレータ101の変位ψziを並べたベクトル{ψz1,…,ψzNである。
* " represents the displacement vector.
The displacement vector ψ x is a vectorx1 , .
The displacement vector ψ y is a vector {ψ y1 , .
The displacement vector ψ z is a vector { ψ z1 , .

「τ」は、全体トルクを表す。全体トルクは、複数のCMG110の全体によって宇宙機100に生じるトルクである。
「τFB」は、フィードバック制御のための全体トルクτを表す。τFBは姿勢誤差を補償するために必要なトルクであり、計算方法は従来の方法で構わない。
「τFBcor」は、補正トルクを表す。補正トルクτFBcorは、本実施の形態により補正された後の全体トルクτFBである。
"τ" represents the total torque. The total torque is the torque generated in the spacecraft 100 by all of the multiple CMGs 110 .
FB " represents the total torque τ for feedback control. τ FB is the torque required to compensate for the attitude error, and may be calculated by a conventional method.
“τ FBcor ” represents the correction torque. The corrected torque τ FBcor is the total torque τ FB after being corrected according to the present embodiment.

姿勢制御系130の各要素について説明する。
目標生成器131は、目標となる各種の値を算出する要素である。
目標生成器131は、ジンバル角ベクトルθと、ジンバル角ベクトルθの一階微分値(ジンバル角速度ベクトル)と、ジンバル角ベクトルθの二階微分値(ジンバル角加速度ベクトル)と、を算出する。
一階微分値は一階微分によって得られる値である。二階微分値は二階微分によって得られる値である。
Each element of the attitude control system 130 will be described.
The target generator 131 is an element that calculates various target values.
The target generator 131 calculates a gimbal angle vector θ, a first derivative of the gimbal angle vector θ (gimbal angular velocity vector), and a second derivative of the gimbal angle vector θ (gimbal angular acceleration vector).
A first derivative value is a value obtained by first derivative. A second derivative value is a value obtained by second derivative.

目標生成器131は、姿勢角速度ベクトルωを算出する。 The target generator 131 calculates the attitude angular velocity vector .

目標生成器131は、宇宙機100の目標姿勢情報を算出する。
目標姿勢情報は、姿勢角ベクトルと姿勢角速度ベクトルωを含む。
The target generator 131 calculates target attitude information of the spacecraft 100 .
The target attitude information includes an attitude angle vector and an attitude angular velocity vector .

姿勢推定器132は、推定される各種の値を算出する要素である。
姿勢推定器132は、宇宙機100の推定姿勢情報を算出する。
推定姿勢情報は、姿勢角ベクトルと姿勢角速度ベクトルを含む。
The attitude estimator 132 is an element that calculates various estimated values.
The attitude estimator 132 calculates estimated attitude information of the spacecraft 100 .
The estimated attitude information includes an attitude angle vector and an attitude angular velocity vector.

姿勢制御レギュレータ133は、目標姿勢情報と推定姿勢情報を入力として、全体トルクτFBを算出する。 The attitude control regulator 133 receives the target attitude information and the estimated attitude information and calculates the total torque τ FB .

ステアリング則計算器134は、ジンバル角ベクトルθと、ジンバル角ベクトルθの一階微分値と、ジンバル角ベクトルθの二階微分値と、を入力として受け付ける。
ステアリング則計算器134は、前回のジンバル角ベクトルθFBと、前回のジンバル角ベクトルθFBの一階微分値と、を入力として受け付ける。
ステアリング則計算器134は、補正トルクτFBcorを入力として受け付ける。
ステアリング則計算器134は、ヤコビ行列AFF+FBを入力として受け付ける。ヤコビ行列AFF+FBについて後述する。
そして、ステアリング則計算器134は、ジンバル角ベクトルθFBと、ジンバル角ベクトルθFBの一階微分値と、ジンバル角ベクトルθFBの二階微分値と、を算出する。
The steering law calculator 134 receives as inputs the gimbal angle vector θ, the first derivative of the gimbal angle vector θ, and the second derivative of the gimbal angle vector θ.
The steering law calculator 134 receives as inputs the previous gimbal angle vector θ FB and the first derivative of the previous gimbal angle vector θ FB .
A steering law calculator 134 receives the correction torque τ FBcor as an input.
The steering law calculator 134 receives as input the Jacobian matrix A FF+FB . The Jacobian matrix A FF+FB will be described later.
Then, the steering law calculator 134 calculates the gimbal angle vector θ FB , the first derivative of the gimbal angle vector θ FB , and the second derivative of the gimbal angle vector θ FB .

加算器135は、ジンバル角ベクトルθFFと、ジンバル角ベクトルθFFの一階微分値と、ジンバル角ベクトルθFFの二階微分値と、を入力として受け付ける。
加算器135は、ジンバル角ベクトルθFBと、ジンバル角ベクトルθFBの一階微分値と、ジンバル角ベクトルθFBの二階微分値と、を入力として受け付ける。
そして、加算器135は、ジンバル制御情報を算出する。ジンバル制御情報は、ジンバル角ベクトルθと、ジンバル角ベクトルθの一階微分値と、ジンバル角ベクトルθの二階微分値と、を含む。
ジンバル角ベクトルθは、ジンバル角ベクトルθFFとジンバル角ベクトルθFBを加算して得られる(=θFF+FB)である。
ジンバル角ベクトルθの一階微分値は、ジンバル角ベクトルθFFの一階微分値とジンバル角ベクトルθFBの一階微分値を加算して得られる。
ジンバル角ベクトルθの二階微分値は、ジンバル角ベクトルθFFの二階微分値とジンバル角ベクトルθFBの二階微分値を加算して得られる。
The adder 135 receives as inputs the gimbal angle vector θ FF , the first derivative of the gimbal angle vector θ FF , and the second derivative of the gimbal angle vector θ FF .
The adder 135 receives as inputs the gimbal angle vector θ FB , the first derivative of the gimbal angle vector θ FB , and the second derivative of the gimbal angle vector θ FB .
The adder 135 then calculates gimbal control information. The gimbal control information includes a gimbal angle vector θ, a first derivative of the gimbal angle vector θ, and a second derivative of the gimbal angle vector θ.
The gimbal angle vector θ is obtained by adding the gimbal angle vector θFF and the gimbal angle vector θFB (=θFF +FB ).
The first-order differential value of the gimbal angle vector θ is obtained by adding the first-order differential value of the gimbal angle vector θFF and the first-order differential value of the gimbal angle vector θFB .
The second-order differential value of the gimbal angle vector θ is obtained by adding the second-order differential value of the gimbal angle vector θFF and the second-order differential value of the gimbal angle vector θFB .

変位補正制御器140は、変位推定器141と、トルク補正器142と、を備える。 The displacement correction controller 140 has a displacement estimator 141 and a torque corrector 142 .

変位推定器141は、CMG110i用の1組のアイソレータ101の変位ベクトルψを算出する要素である。
変位推定器141は、ジンバル角ベクトルθFFと、ジンバル角ベクトルθFFの一階微分値と、ジンバル角ベクトルθFFの二階微分値と、を入力として受け付ける。
変位推定器141は、ジンバル角ベクトルθFBと、ジンバル角ベクトルθFBの一階微分値と、を入力として受け付ける。
変位推定器141は、ジンバル角ベクトルθFF+FBの一階微分値を入力として受け付ける。
変位推定器141は、姿勢角速度ベクトルωを入力として受け付ける。
そして、変位推定器141は、変位ベクトルψと、変位ベクトルψと、変位ベクトルψと、を算出する。
Displacement estimator 141 is an element that calculates the displacement vector ψ * of the set of isolators 101 for CMG 110i.
The displacement estimator 141 receives as inputs the gimbal angle vector θ FF , the first derivative of the gimbal angle vector θ FF , and the second derivative of the gimbal angle vector θ FF .
The displacement estimator 141 receives as inputs the gimbal angle vector θ FB and the first derivative of the gimbal angle vector θ FB .
The displacement estimator 141 receives as input the first derivative of the gimbal angle vector θ FF+FB .
The displacement estimator 141 receives the attitude angular velocity vector as an input.
Then, the displacement estimator 141 calculates a displacement vector ψ x , a displacement vector ψ y , and a displacement vector ψ z .

トルク補正器142は、CMG110i用の1組のアイソレータ101の変位ベクトルψに基づいて、全体トルクτFBを補正する要素である。
トルク補正器142は、ジンバル角ベクトルθFFと、ジンバル角ベクトルθFFの一階微分値と、ジンバル角ベクトルθFFの二階微分値と、を入力として受け付ける。
トルク補正器142は、ジンバル角ベクトルθFBと、ジンバル角ベクトルθFBの一階微分値と、を入力として受け付ける。
トルク補正器142は、変位ベクトルψと、変位ベクトルψと、変位ベクトルψと、を入力として受け付ける。
トルク補正器142は、全体トルクτFBを入力として受け付ける。
そして、トルク補正器142は、補正トルクτFBcorを算出する。
Torque corrector 142 is an element that corrects the overall torque τ FB based on the displacement vector ψ * of the set of isolators 101 for CMG 110i.
The torque compensator 142 receives as inputs the gimbal angle vector θ FF , the first derivative of the gimbal angle vector θ FF , and the second derivative of the gimbal angle vector θ FF .
The torque compensator 142 receives the gimbal angle vector θ FB and the first derivative of the gimbal angle vector θ FB as inputs.
Torque compensator 142 receives as inputs displacement vector φ x , displacement vector φ y , and displacement vector φ z .
Torque compensator 142 receives the overall torque τ FB as an input.
Then, the torque corrector 142 calculates the correction torque τFBcor .

姿勢制御系130において、変位補正制御器140以外の要素は従来の要素であり、各要素における計算方法は従来の方法で構わない。 In the attitude control system 130, the elements other than the displacement correction controller 140 are conventional elements, and the calculation method for each element may be the conventional method.

***動作の説明***
変位補正制御器140における計算方法について、以下に説明する。
***Description of operation***
A calculation method in the displacement correction controller 140 will be described below.

まず、変位ベクトルψ*iを算出するための計算方法について説明する。
変位ベクトルψ*iは、変位推定器141によって算出される。
First, a calculation method for calculating the displacement vector ψ *i will be described.
A displacement vector ψ *i is calculated by the displacement estimator 141 .

CMG110iにおいて、ジンバル角θが制御されることによって、角運動量hの方向が制御される。
そして、角運動量hの方向の変化に伴い、CMGトルクτの方向が変化する。CMGトルクτは、ジンバル角θの回転方向と、角運動量hの方向と、に直交する方向に出力される。
In the CMG 110i, the direction of the angular momentum h i is controlled by controlling the gimbal angle θ i .
Then, the direction of the CMG torque τ i changes as the direction of the angular momentum hi changes. The CMG torque τ i is output in a direction perpendicular to the direction of rotation of the gimbal angle θ i and the direction of the angular momentum hi .

CMGトルクτが出力されると、1組のアイソレータ101に変位ψ*iが生じる。変位ψ*iの大きさは、1組のアイソレータ101の剛性値kに依存する。
通常、姿勢制御系130とジンバル制御系120とのそれぞれの安定化のため、「姿勢制御帯域≪ジンバル制御帯域≪アイソレータ共振周波数」という関係が成り立つことが多い。
姿勢制御帯域は、姿勢制御系130によって制御することが可能な周波数帯域である。
ジンバル制御帯域は、ジンバル制御系120によって制御することが可能な周波数帯域である。
アイソレータ共振周波数は、各アイソレータ101の共振周波数である。
姿勢制御帯域がアイソレータ共振周波数より低いため、姿勢制御系130は、各アイソレータ101の振動による変位ψ*iを補償することがほとんどできない。
そこで、各アイソレータ101の振動を除去し、変位ψ*iに着目する。
When the CMG torque τ i is output, a displacement ψ *i is produced in the set of isolators 101 . The magnitude of the displacement ψ *i depends on the stiffness value k * of the set of isolators 101 .
Normally, in order to stabilize each of the attitude control system 130 and the gimbal control system 120, the relationship "attitude control band<<gimbal control band<<isolator resonance frequency" often holds.
The attitude control band is a frequency band that can be controlled by the attitude control system 130 .
A gimbal control band is a frequency band that can be controlled by the gimbal control system 120 .
The isolator resonance frequency is the resonance frequency of each isolator 101 .
Since the attitude control band is lower than the isolator resonance frequency, the attitude control system 130 can hardly compensate for the displacement ψ *i due to the vibration of each isolator 101 .
Therefore, the vibration of each isolator 101 is removed and attention is paid to the displacement ψ *i .

変位ψ*iは、式(1-1)から式(1-3)で表すことができる。
「h」は、CMG110iの角運動量を表す。角運動量hの大きさは全てのCMG110iで共通である。また、角運動量hは固定値とする。但し、CMG110i別に角運動量hが定義されてもよい。角運動量hは時間変化しても良い。
The displacement ψ *i can be expressed by equations (1-1) to (1-3).
“h c ” represents the angular momentum of CMG 110i. The magnitude of the angular momentum hc is common to all CMGs 110i. Also, the angular momentum h c is assumed to be a fixed value. However, the angular momentum hc may be defined for each CMG 110i. The angular momentum h c may vary with time.

Figure 0007329454000001
Figure 0007329454000001

式(1-1)には、ジンバルトルクτgiが含まれる。
「姿勢制御帯域≪ジンバル制御帯域」という関係において、ジンバルトルクτgiを姿勢制御系130によって高精度に推定することは難しい。
また、ジンバルトルクτgiは、CMGトルクτと比べて非常に小さい。そのため、ジンバルトルクτgiが変位ψ*iに与える影響は軽微である。
Equation (1-1) includes the gimbal torque τ gi .
It is difficult for the attitude control system 130 to accurately estimate the gimbal torque τ gi in the relationship of “attitude control band << gimbal control band”.
Also, the gimbal torque τ gi is very small compared to the CMG torque τ i . Therefore, the influence of the gimbal torque τ gi on the displacement ψ *i is minor.

式(1-2)および式(1-3)には、C系の姿勢角速度ωが含まれる。
系の姿勢角速度ωは、1組のアイソレータ101の変位ψに依存する。但し、変位ψは微小である。
また、通常、姿勢角速度ωの最大値がジンバル角速度の最大値より小さい場合が多い。
さらに、式(2-1)の関係が成り立つ。
Equations (1-2) and (1-3) include the attitude angular velocity ω x of the C i system.
The attitude angular velocity ω x of the C i system depends on the displacement ψ x of the set of isolators 101 . However, the displacement ψ x is very small.
Also, usually, the maximum value of the attitude angular velocity ω * is often smaller than the maximum value of the gimbal angular velocity.
Furthermore, the relationship of formula (2-1) holds.

そのため、C系の姿勢角速度ωは、式(2-2)のように近似できる。
「Uab」は、b系からa系への座標変換行列を意味する。つまり、「Usdi」は、D系からS系への座標変換行列を意味する。
「gci」は、ジンバル軸方向ベクトルを表す。ジンバル軸方向ベクトルgciは、変位ψ*iがゼロである場合のCMG110iのジンバル軸114の方向ベクトルである。ジンバル軸方向ベクトルgciは固定値である。
「cc0i」は、角運動量方向ベクトルを表す。角運動量方向ベクトルcc0iは、変位ψ*iがゼロであり、且つ、ジンバル角θがゼロである場合の角運動量hの方向ベクトルである。角運動量方向ベクトルcc0iは固定値である。
Therefore, the posture angular velocity ω x of the C i system can be approximated as in Equation (2-2).
“U ab ” means a coordinate transformation matrix from the b system to the a system. That is, "U sdi " means the coordinate transformation matrix from the D i system to the S system.
“g ci ” represents the gimbal axial direction vector. The gimbal axis direction vector g ci is the direction vector of the gimbal axis 114 of CMG 110 i when the displacement ψ *i is zero. The gimbal axial vector g ci is a fixed value.
"c c0i " represents the angular momentum direction vector. The angular momentum direction vector c c0i is the direction vector of the angular momentum h c when the displacement ψ *i is zero and the gimbal angle θ i is zero. The angular momentum direction vector c c0i is a fixed value.

Figure 0007329454000002
Figure 0007329454000002

式(2-2)には、S系の姿勢角速度ベクトルωが含まれる。
S系の姿勢角速度ベクトルωは、目標生成器131によって算出される目標値と、姿勢推定器132によって算出される推定値とのいずれであってもよい。但し、推定値は不要なノイズの影響を受ける値であるため、目標値を使用することが望ましい。
Equation (2-2) includes the attitude angular velocity vector ω of the S system.
The posture angular velocity vector ω of the S system may be either a target value calculated by the target generator 131 or an estimated value calculated by the posture estimator 132 . However, it is preferable to use the target value because the estimated value is affected by unwanted noise.

ジンバル角θ及びジンバル角速度については、フィードフォワード成分とフィードバック成分とに分けて考えることができる。
フィードフォワード成分は、姿勢変更等のためにあらかじめ計画される。
フィードバック成分は、姿勢誤差の補償のために必要である。
The gimbal angle θi and the gimbal angular velocity can be considered separately into a feedforward component and a feedback component.
The feedforward component is preplanned for attitude changes and the like.
A feedback component is needed for attitude error compensation.

上記理由により、式(1-1)から式(1-3)は、式(3-1)から式(3-3)に置き換えることができる。
添え字の「z」は、前回に算出された値を意味する。
「Δt」は、姿勢制御系130の1サイクルの処理時間を表す。
For the above reasons, formulas (1-1) to (1-3) can be replaced with formulas (3-1) to (3-3).
The suffix “z” means the previously calculated value.
“Δt” represents the processing time of one cycle of the attitude control system 130 .

Figure 0007329454000003
Figure 0007329454000003

変位推定器141は、式(3-2)および式(3-3)を計算するために、式(2-1)および式(2-2)を計算する。
変位推定器141は、式(3-1)から式(3-3)を計算することによって、変位ベクトルψ*iを算出する。
Displacement estimator 141 calculates equations (2-1) and (2-2) to calculate equations (3-2) and (3-3).
The displacement estimator 141 calculates the displacement vector ψ *i by calculating the equations (3-1) to (3-3).

次に、補正トルクτFBcorを算出するための計算方法について説明する。
補正トルクτFBcorは、トルク補正器142によって算出される。
Next, a calculation method for calculating the correction torque τFBcor will be described.
The correction torque τ FBcor is calculated by the torque corrector 142 .

変位推定器141によって算出された変位ベクトルψ*i、すなわち、推定された変位ベクトルψ*iが姿勢制御に与える影響は、第1影響誤差と第2影響誤差とに分けられる。
第1影響誤差は「ヤコビ行列に誤差が生じることによるトルク誤差」である。
第2影響誤差は「CMGの角運動量の方向変化により発生する角運動量誤差」である。
第1影響誤差および第2影響誤差は、以下の制御則によって補償される。
The influence of the displacement vector ψ *i calculated by the displacement estimator 141, that is, the estimated displacement vector ψ *i on attitude control is divided into a first influence error and a second influence error.
The first influence error is "torque error due to error in Jacobian matrix".
The second effect error is "the angular momentum error caused by the change in direction of the angular momentum of the CMG".
The first effect error and the second effect error are compensated by the following control law.

第1影響誤差は、ヤコビ行列の補正によって補償される。
式(4)に、ヤコビ行列についての関係式を示す。
「A」は、ヤコビ行列を表す。
The first effect error is compensated by correction of the Jacobian matrix.
Equation (4) shows the relational expression for the Jacobian matrix.
"A" represents the Jacobian matrix.

Figure 0007329454000004
Figure 0007329454000004

式(4)に基づいて、式(5-1)および式(5-2)が定義される。
「AFF0」は、変位ψ*iがゼロである場合のフィードフォワード制御用のヤコビ行列を表す。
「AFF+FB」は、変位ψ*iが有る場合のフィードフォワード制御とフィードバック制御との合成用のヤコビ行列を表す。AFF+FBをヤコビ行列としてステアリング則計算器134にて用いることで、第1影響誤差を補償する。
「g」は、ジンバル軸方向ベクトルを表す。ジンバル軸方向ベクトルgは、変位ψ*iが有る場合のCMG110iのジンバル軸114の方向ベクトルである。
「c0i」は、角運動量方向ベクトルを表す。角運動量方向ベクトルc0iは、変位ψ*iが有り、且つ、ジンバル角θがゼロである場合の角運動量hの方向ベクトルである。
「h0i」は、変位ψ*iが無い場合の角運動量hを表す。
Equations (5-1) and (5-2) are defined based on Equation (4).
“A FF0 ” represents the Jacobian matrix for feedforward control when the displacement ψ *i is zero.
“A FF+FB ” represents the Jacobian matrix for synthesis of feedforward control and feedback control when there is a displacement ψ *i . A FF+FB is used as the Jacobian matrix in the steering law calculator 134 to compensate for the first effect error.
“g i ” represents the gimbal axial vector. The gimbal axis direction vector g i is the direction vector of the gimbal axis 114 of CMG 110 i with displacement ψ *i .
“c 0i ” represents the angular momentum direction vector. The angular momentum direction vector c 0i is the direction vector of the angular momentum h c when there is a displacement ψ *i and the gimbal angle θ i is zero.
“h 0i ” represents the angular momentum h i in the absence of displacement ψ *i .

Figure 0007329454000005
Figure 0007329454000005

推定される変位ベクトルψ*iは微小である。そのため、式(6)を計算することによって、S系のジンバル軸方向ベクトルgと、S系の角運動量方向ベクトルc0iと、を算出することができる。 The estimated displacement vector ψ *i is very small. Therefore, by calculating the equation (6), it is possible to calculate the gimbal axial direction vector g i of the S system and the angular momentum direction vector c 0i of the S system.

Figure 0007329454000006
Figure 0007329454000006

変位ψ*iが有る場合の複数のCMG110の全体の角運動量と変位ψ*iが無い場合の複数のCMG110の全体の角運動量の差異について、式(7)が定義される。
式(7)を計算することによって、S系の補正用角運動量を算出することができる。
「Δh」は、補正用角運動量を表す。
「Δh」は、変位ψ*iに対する補正用角運動量を表す。
Equation (7) is defined for the difference between the total angular momentum of CMGs 110 with displacement ψ *i and the total angular momentum of CMGs 110 without displacement ψ *i .
By calculating the equation (7), the correcting angular momentum of the S system can be calculated.
"Δh" represents the angular momentum for correction.
“Δh i ” represents the corrective angular momentum for the displacement ψ *i .

Figure 0007329454000007
Figure 0007329454000007

補正トルクτFBcorは、式(8)で表すことができる。 The correction torque τ FBcor can be expressed by Equation (8).

Figure 0007329454000008
Figure 0007329454000008

トルク補正器142は、式(8)を計算するために、式(5-1)と式(5-2)と式(6)と式(7)とを計算する。
トルク補正器142は、式(8)を計算することによって、補正トルクτFBcorを算出する。
Torque compensator 142 calculates equations (5-1), (5-2), (6), and (7) to calculate equation (8).
Torque corrector 142 calculates correction torque τ FBcor by calculating equation (8).

上記のヤコビ行列AFF+FBは、ステアリング則計算器134においても使用される。
ステアリング則計算器134は、式(9)を計算することによって、ジンバル角ベクトルθFBの一階微分値を算出することができる。
「A FF+FB」は、ヤコビ行列AFF+FBの擬似逆行列を表す。
The above Jacobian matrix A FF+FB is also used in steering law calculator 134 .
The steering law calculator 134 can calculate the first derivative of the gimbal angle vector θ FB by calculating equation (9).
"A + FF+FB " represents the pseudo-inverse of the Jacobian matrix AFF +FB .

Figure 0007329454000009
Figure 0007329454000009

式(9)は基礎的な関係式であり、式(9)は特異点回避則等を考慮した式に置き換えることもできる。 Equation (9) is a basic relational expression, and Equation (9) can also be replaced with an equation that considers singularity avoidance rules and the like.

図4に基づいて、変位補正制御の概要を説明する。
「CMG#i」は、CMG110iを意味する。
「アイソレータ#i」は、CMG110i用の1組のアイソレータ101を意味する。
図中の変位推定器141内の「CMG#iジンバル角速度」は、式(3-2)、式(3-3)に含まれるジンバル角速度θFF+FBziの一階微分値を意味する。
「CMG#i出力トルク」は、式(3-2)、式(3-3)の各分子に相当するトルクを意味する。通常、CMG#i出力トルクの支配的な要素は、ジンバル角速度θFF+FBziの一階微分値とCMG角運動量hの積となる。
「アイソレータ#i変位推定」は、式(3-1)~式(3-3)の各計算を実行することを意味する。
「ヤコビ行列補正」は、式(5-2)によりヤコビ行列を計算することを意味する。
「角運動量変位推定」は、式(7)により補正用角運動量を計算することを意味する。
「トルク補正」は、式(8)により補正トルクを計算することを意味する。
図中のステアリング則計算器134内の「CMG#iジンバル角速度」は、式(9)により計算されるジンバル角ベクトルθFBの一階微分値を意味する。
Based on FIG. 4, the outline of the displacement correction control will be described.
"CMG#i" means CMG 110i.
"Isolator #i" refers to the set of isolators 101 for CMG 110i.
“CMG#i gimbal angular velocity” in the displacement estimator 141 in FIG .
"CMG#i output torque" means torque corresponding to each numerator of formulas (3-2) and (3-3). Usually, the dominant element of the CMG#i output torque is the product of the first derivative of the gimbal angular velocity θFF +FBzi and the CMG angular momentum hC .
“Isolator #i displacement estimation” means executing each calculation of equations (3-1) to (3-3).
“Jacobiian matrix correction” means calculating the Jacobian matrix by equation (5-2).
"Angular momentum displacement estimation" means calculating the corrective angular momentum according to equation (7).
"Torque correction" means calculating the correction torque according to equation (8).
"CMG#i gimbal angular velocity" in the steering law calculator 134 in the drawing means the first order differential value of the gimbal angle vector θ FB calculated by equation (9).

第2影響誤差は、各CMG110iに対して1組のアイソレータ101の変位ψ*iにより、角運動量方向が変化することにより発生する角運動量誤差である。角運動量誤差が発生することで姿勢角速度誤差、並びに姿勢角誤差が発生する。
各CMG110iに対して制御可能な要素はジンバル角θのみとする。
ジンバル角θの変化に伴って角運動量hが変化する方向は、1組のアイソレータ101の変位ψ*iに伴って角運動量hが変化する方向と直交する。
そのため、個々のCMG110iに対して1組のアイソレータ101の変位ψ*iによる角運動量誤差をジンバル角θのみを独立に制御して補償することは不可能である。
そこで、変位推定器141は、CMG110i用の1組のアイソレータ101に生じた変位ψ*iを算出する。そして、トルク補正器142は、CMG110iの変位ψ*iを統合して全体トルクτFBを補正する。
これにより、複数のCMG110の全体でCMG110i用の1組のアイソレータ101の変位ψ*iによる角運動量誤差を補償することが実現される。
The second effect error is the angular momentum error caused by the change in angular momentum direction due to the displacement φ *i of the set of isolators 101 for each CMG 110i. An attitude angular velocity error and an attitude angle error occur due to the angular momentum error.
The only controllable element for each CMG 110i is the gimbal angle θi .
The direction in which the angular momentum h i changes with changes in the gimbal angle θ i is orthogonal to the direction in which the angular momentum h i changes with the displacement ψ *i of the set of isolators 101 .
Therefore, it is impossible to independently control only the gimbal angle θi to compensate for the angular momentum error due to the displacement ψ *i of the set of isolators 101 for each CMG 110i.
Therefore, the displacement estimator 141 calculates the displacement ψ *i produced in the set of isolators 101 for the CMG 110i. A torque compensator 142 then integrates the displacement ψ *i of the CMG 110i to correct the overall torque τ FB .
Thereby, it is realized to compensate the angular momentum error due to the displacement φ *i of the set of isolators 101 for CMG 110i in all of the plurality of CMGs 110 .

***実施の形態1の効果***
変位補正制御器140は、複数のCMG110を備える宇宙機100の姿勢制御に使用される。各CMG110iは、剛体でない設置インタフェース101P上に設置される。
変位補正制御器140は、変位推定器141と、トルク補正器142と、を備える。
変位推定器141は、設置インタフェース変位を推定する。
トルク補正器142は、姿勢制御トルクの補正を行う。
これにより、設置インタフェース101Pの変位が宇宙機100の姿勢に与える影響を補償することができる。
*** Effect of Embodiment 1 ***
The displacement correction controller 140 is used for attitude control of the spacecraft 100 having multiple CMGs 110 . Each CMG 110i is mounted on a non-rigid mounting interface 101P.
The displacement correction controller 140 has a displacement estimator 141 and a torque corrector 142 .
A displacement estimator 141 estimates the installation interface displacement.
A torque corrector 142 corrects the attitude control torque.
As a result, the influence of the displacement of the installation interface 101P on the attitude of the spacecraft 100 can be compensated.

トルク補正器142は、個々のCMG110iで発生した設置インタフェース101Pの変位に対して、複数台のCMG110の系全体における統合計算を行う。これにより、個々のCMG110iに対して設置インタフェース101Pの変位による影響を補償することが不可能な条件下においても、個々のCMG110iで発生した設置インタフェース101Pの変位による影響が補償される。 The torque compensator 142 performs an integrated calculation for the entire system of the multiple CMGs 110 with respect to the displacement of the installation interface 101P generated by each CMG 110i. As a result, even under conditions where it is impossible to compensate for the influence of the displacement of the installation interface 101P for each CMG 110i, the influence of the displacement of the installation interface 101P generated in each CMG 110i is compensated.

***実施の形態1の補足***
姿勢制御系130の各要素は、専用の回路であってもよいし、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサであってもよい。
つまり、姿勢制御系130は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせで実現することができる。
*** Supplement to Embodiment 1 ***
Each element of attitude control system 130 may be a dedicated circuit, or a processor that executes a program stored in memory.
In other words, attitude control system 130 can be implemented in hardware, software, firmware, or a combination thereof.

実施の形態1は、好ましい形態の例示であり、本発明の技術的範囲を制限することを意図するものではない。実施の形態1は、部分的に実施してもよいし、他の形態と組み合わせて実施してもよい。フローチャート等を用いて説明した手順は、適宜に変更してもよい。 Embodiment 1 is an illustration of a preferred embodiment, and is not intended to limit the technical scope of the present invention. Embodiment 1 may be partially implemented, or may be implemented in combination with other modes. The procedures described using flowcharts and the like may be changed as appropriate.

100 宇宙機、101 アイソレータ、101P 設置インタフェース、110 CMG、111 ジンバル、112 ホイール、113 胴体、114 ジンバル軸、120 ジンバル制御系、130 姿勢制御系、131 目標生成器、132 姿勢推定器、133 姿勢制御レギュレータ、134 ステアリング則計算器、135 加算器、140 変位補正制御器、141 変位推定器、142 トルク補正器。 100 spacecraft, 101 isolator, 101P installation interface, 110 CMG, 111 gimbal, 112 wheel, 113 fuselage, 114 gimbal axis, 120 gimbal control system, 130 attitude control system, 131 target generator, 132 attitude estimator, 133 attitude control regulator, 134 steering law calculator, 135 adder, 140 displacement correction controller, 141 displacement estimator, 142 torque compensator.

Claims (4)

宇宙機の姿勢を制御する姿勢制御系で用いられる変位補正制御器であり、
前記宇宙機は、前記姿勢制御系と、複数のコントロールモーメントジャイロと、前記複数のコントロールモーメントジャイロを前記宇宙機の中に設置するための複数の設置インタフェースと、を備え、
前記変位補正制御器は、
前記複数の設置インタフェースのそれぞれの変位を推定する変位推定器と、
前記複数の設置インタフェースのそれぞれの推定された変位に基づいて、前記姿勢制御系によってフィードバック制御のために算出される前記複数のコントロールモーメントジャイロの全体トルクを補正するトルク補正器と、
を備え
前記変位推定器は、コントロールモーメントジャイロ用の設置インタフェースの剛性値と、前記コントロールモーメントジャイロのジンバル角と、前記コントロールモーメントジャイロの角運動量と、に基づいて、前記コントロールモーメントジャイロ用の設置インタフェースの変位を推定する
変位補正制御器。
A displacement correction controller used in an attitude control system that controls the attitude of a spacecraft,
the spacecraft comprises the attitude control system, a plurality of control moment gyros, and a plurality of installation interfaces for installing the plurality of control moment gyros in the spacecraft;
The displacement correction controller comprises:
a displacement estimator that estimates a displacement of each of the plurality of installation interfaces;
a torque corrector for correcting the total torque of the plurality of control moment gyros calculated for feedback control by the attitude control system based on the estimated displacement of each of the plurality of installation interfaces;
with
The displacement estimator calculates the displacement of the installation interface for the control moment gyro based on the stiffness value of the installation interface for the control moment gyro, the gimbal angle of the control moment gyro, and the angular momentum of the control moment gyro. to estimate
Displacement compensation controller.
前記トルク補正器は、各設置インタフェースの変位と各設置インタフェースの変位が無い場合の各コントロールモーメントジャイロのトルクと、に基づいて、各設置インタフェースの変位に対する補正用角運動量を算出し、算出した補正用角運動量を合計して全体の補正用角運動量を算出し、前記全体の補正用角運動量に基づいて前記全体トルクを補正する請求項1に記載の変位補正制御器。 The torque corrector calculates a correction angular momentum for the displacement of each installation interface based on the displacement of each installation interface and the torque of each control moment gyro when there is no displacement of each installation interface, and calculates the correction. 2. The displacement correction controller according to claim 1, wherein the total corrective angular momentum is calculated by summing the total corrective angular momentum, and the total torque is corrected based on the total corrective angular momentum. 宇宙機の姿勢を制御する姿勢制御系で用いられる変位補正制御器であり、
前記宇宙機は、前記姿勢制御系と、複数のコントロールモーメントジャイロと、前記複数のコントロールモーメントジャイロを前記宇宙機の中に設置するための複数の設置インタフェースと、を備え、
前記変位補正制御器は、
前記複数の設置インタフェースのそれぞれの変位を推定する変位推定器と、
前記複数の設置インタフェースのそれぞれの推定された変位に基づいて、前記姿勢制御系によってフィードバック制御のために算出される前記複数のコントロールモーメントジャイロの全体トルクを補正するトルク補正器と、
を備え
前記トルク補正器は、各設置インタフェースの変位と各設置インタフェースの変位が無い場合の各コントロールモーメントジャイロのトルクと、に基づいて、各設置インタフェースの変位に対する補正用角運動量を算出し、算出した補正用角運動量を合計して全体の補正用角運動量を算出し、前記全体の補正用角運動量に基づいて前記全体トルクを補正する
変位補正制御器。
A displacement correction controller used in an attitude control system that controls the attitude of a spacecraft,
the spacecraft comprises the attitude control system, a plurality of control moment gyros, and a plurality of installation interfaces for installing the plurality of control moment gyros in the spacecraft;
The displacement correction controller comprises:
a displacement estimator that estimates a displacement of each of the plurality of installation interfaces;
a torque corrector for correcting the total torque of the plurality of control moment gyros calculated for feedback control by the attitude control system based on the estimated displacement of each of the plurality of installation interfaces;
with
The torque corrector calculates a correction angular momentum for the displacement of each installation interface based on the displacement of each installation interface and the torque of each control moment gyro when there is no displacement of each installation interface, and calculates the correction. calculating a total corrective angular momentum by summing the total angular momentum, and correcting the total torque based on the total corrective angular momentum;
Displacement compensation controller.
前記複数の設置インタフェースのそれぞれが1組のアイソレータである
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の変位補正制御器。
4. A displacement compensation controller according to any preceding claim, wherein each of said plurality of mounting interfaces is a set of isolators.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03176704A (en) * 1989-12-05 1991-07-31 Mitsubishi Electric Corp Method for controlling posture of space flying body

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160097436A1 (en) 2014-10-02 2016-04-07 Honeywell International Inc. Vibration isolation systems including multi-parameter isolators providing piezoelectric-based damping
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