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JPS6055360B2 - Satellite attitude control device - Google Patents
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JPS6055360B2 - Satellite attitude control device - Google Patents

Satellite attitude control device

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Publication number
JPS6055360B2
JPS6055360B2 JP55167598A JP16759880A JPS6055360B2 JP S6055360 B2 JPS6055360 B2 JP S6055360B2 JP 55167598 A JP55167598 A JP 55167598A JP 16759880 A JP16759880 A JP 16759880A JP S6055360 B2 JPS6055360 B2 JP S6055360B2
Authority
JP
Japan
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axis
roll
yaw
wheel
satellite
Prior art date
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Expired
Application number
JP55167598A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS5790298A (en
Inventor
正夫 井上
和雄 土屋
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Publication of JPS5790298A publication Critical patent/JPS5790298A/en
Publication of JPS6055360B2 publication Critical patent/JPS6055360B2/en
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  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はりアクションホィールを備えたバイアスモー
メンタム型Ξ軸人工衛星の人工衛星姿勢制御装置に関す
るものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an artificial satellite attitude control device for a bias momentum type Ξ-axis artificial satellite equipped with a beam action wheel.

人工衛星に固定された直交する三つの軸がそれぞれ人工
衛星の進行方向、軌道面垂直方向、地球中心方向に向う
ように制御されているものを三軸人工衛星と呼んでおり
、上記三つの軸をそれぞれロール軸、ピッチ軸、ヨー軸
と呼んでいる。
A three-axis satellite is one in which the three orthogonal axes fixed to the satellite are controlled to point in the direction of travel of the satellite, in the direction perpendicular to the orbital plane, and in the direction of the center of the Earth. are called the roll axis, pitch axis, and yaw axis, respectively.

三軸人工衛星にモーメンタムホイールの回転によるピッ
チ軸方向の大きな角運動量を与えて、こまの安定性によ
り、外乱トルクの姿勢変化に対する影響を小さくしよう
とする方式のものをバイアスモーメンタム型三軸人工衛
星と呼んでいる。第1図は従来の人工衛星姿勢制御装置
の一例を示す説明図であり、図においてX軸、y軸、z
軸はそれぞれロール軸、ピッチ軸、ヨー軸を示し、1は
その回転軸がy軸に平行なモーメンタムホイール、2は
人工衛星のロール軸まわりの姿勢変化・及びピッチ軸ま
わりの姿勢変化を検知する地球センサ、3はその回転軸
がx軸に平行なロールリアクシヨンホイール、4はその
回転軸がz軸に平行なヨーリアクシヨンホイールである
A bias-momentum type three-axis satellite is a type of satellite that gives a large angular momentum in the pitch axis direction by rotation of a momentum wheel to reduce the influence of disturbance torque on attitude changes by stabilizing the top. It is called. FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of a conventional artificial satellite attitude control device.
The axes indicate the roll axis, pitch axis, and yaw axis, respectively. 1 is a momentum wheel whose rotation axis is parallel to the y-axis, and 2 is a momentum wheel that detects attitude changes around the roll axis and pitch axis of the satellite. In the earth sensor, 3 is a roll reaction wheel whose rotation axis is parallel to the x-axis, and 4 is a yaw reaction wheel whose rotation axis is parallel to the z-axis.

ピッチ軸のピッチ軸に対する傾きはモーメンタ・ムホイ
ール1の回転数を地球センサ2の出力に応じて変化させ
れば能動的に制御される。
The inclination of the pitch axis with respect to the pitch axis is actively controlled by changing the rotation speed of the momentum wheel 1 in accordance with the output of the earth sensor 2.

しかし、それだけでは外乱トルクの影響で、人工衛星の
ロール軸まわりの姿勢変化(この回転角をロール角と呼
ふ)、ヨー軸まわりの姿勢変化(この回転角をヨー角と
呼ぶ)は時間とともに増大するが、高精度が要求される
場合には第1図に示すようにロール軸、ヨー軸に平行な
回転軸を有するりアクションホィール3,4を取り付け
て、これらに外乱トルクを吸収させることにより、姿勢
変化のロール角、ヨー角を制御すればよい。
However, due to the influence of disturbance torque, the satellite's attitude changes around the roll axis (this rotation angle is called the roll angle) and around the yaw axis (this rotation angle is called the yaw angle) change over time. However, if high precision is required, as shown in Figure 1, it is possible to have a rotation axis parallel to the roll axis and yaw axis, or to attach action wheels 3 and 4 to absorb the disturbance torque. Therefore, the roll angle and yaw angle of posture change can be controlled.

一般にバイアスモーメンタム型三軸人工衛星にはヨー角
を検知するセンサのない場合が多い。また、ピッチ軸ま
わりの運動はロール軸まわりの運動、ヨー軸まわりの運
動に無関係という性質がある。したがつて、ロール角と
ヨー角の制御は地球センサ2から得られるロール角信号
にのみ基いて実施されねばならない。バイアスモーメン
タム型三軸人工衛星にはニユーテーシヨン(章動)運動
という振動モードが存在し、単純にロール角信号をりア
クションホィール3,4へフィードバックすると、この
モードが不安定になる。
Generally, bias momentum three-axis satellites often do not have a sensor to detect the yaw angle. Furthermore, the motion around the pitch axis has no relation to the motion around the roll axis or the yaw axis. Therefore, control of the roll angle and yaw angle must be performed based only on the roll angle signal obtained from the earth sensor 2. A bias momentum type three-axis artificial satellite has a vibration mode called nutation, and simply feeding back the roll angle signal to the action wheels 3 and 4 makes this mode unstable.

このために従来の人工衛星ではロール角信号をヨーリア
クシヨンホイール4へフィードバックして静的なロール
角を制御し、ロール角速度信号(ロール角信号を微分し
て得る)をロールリアクシヨンホイールヘフイードバツ
クすることによつて動的姿勢変化(ニユーテーシヨン運
動)を抑えるシステムとなつている。
For this purpose, in conventional satellites, the roll angle signal is fed back to the yaw reaction wheel 4 to control the static roll angle, and the roll angular velocity signal (obtained by differentiating the roll angle signal) is fed back to the roll reaction wheel. It is a system that suppresses dynamic posture changes (nutation movements) by backing up.

第2図は従来の人工衛星姿勢制御装置の制御系を示すブ
咄ンク図であり、図において2,3,4,は第1図の同
一符号と同一部分を示し、11は微分器、12a,12
bは増幅器であり、φはロール角信号、φはロール角信
号値の微分値を示す。
FIG. 2 is a block diagram showing the control system of a conventional artificial satellite attitude control device. In the figure, 2, 3, 4 indicate the same parts as the same symbols in FIG. 1, 11 is a differentiator, 12a ,12
b is an amplifier, φ is a roll angle signal, and φ is a differential value of the roll angle signal value.

ところが、このシステムは以上のように、2つのりアク
ションホィールの働きが全く異なるため.に、片方が故
障しただけでこのロールリアクシヨンホイールとヨーリ
アクシヨンホイールに関する制御系はそのままではもは
や機能を果し得なくなつてしまう。すなわち、ロールリ
アクシヨンホイールだけが故障した場合には、エレクト
ロニクス・の回路を変更するならばヨーリアクシヨンホ
イールだけで制御するようにすることが可能であるが、
ヨーリアクシヨンホイールが故障した場合には全システ
ムの機能が停止してしまう。この発明は上記のような従
来のものの欠点を除去するためになされたもので、2つ
のりアクションホィールをその回転軸をピッチ軸に垂直
な平面内においてそれぞれロール軸、ヨー軸に対して4
5度傾けて取り付け、それぞれのりアクションホィール
にロール角制御とニユーテーシヨン運動制御の機能を持
たせ、正常時は従来のものと全く同等の機能を持つよう
に制御でき、いずれか一方のりアクションホィールが故
障した場合でも、何ら回路等を変更しなくても、バック
アップモードへ移行てきる人工衛星姿勢制御装置を提供
することを目的としている。
However, as mentioned above, the two action wheels in this system have completely different functions. Furthermore, if only one of the wheels were to fail, the control systems for the roll and yaw reaction wheels would no longer be able to function as they were. In other words, if only the roll reaction wheel fails, it is possible to control it only with the yaw reaction wheel by changing the electronics circuit.
If the yaw reaction wheel fails, the entire system will stop functioning. This invention was made in order to eliminate the drawbacks of the conventional wheels as described above.
Installed at an angle of 5 degrees, each glue action wheel has the functions of roll angle control and nutrition movement control, and when normal, it can be controlled to have exactly the same functions as conventional ones, and either one of the glue action wheels The purpose of the present invention is to provide an artificial satellite attitude control device that can shift to a backup mode even if the satellite fails, without changing any circuits or the like.

第3図はこの発明の一実施例を示す説明図であり、図に
おいて1,2は第1図の同一符号と同一または相当する
部分を示し、5は回転軸がピッチ軸に垂直な平面内にお
いてヨー軸から4鍍のオフセットを持つた第1のりアク
ションホィール、6はピッチ軸に垂直な平面内において
第1のりアクションホィール5の回転軸と直交する回転
軸を持つた第2のりアクションホィールである。第4図
はこの発明に係る制御系の一実施例を示すブロック図で
あり、図において2,5,6,11,12a,12bは
第2図,第3図の同一符号と同一または相当する部分を
示し、13は減算器、14は加算器である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, 1 and 2 indicate parts that are the same as or correspond to the same reference numerals in FIG. 6 is a first glue action wheel having an offset of 4 degrees from the yaw axis, and 6 is a second glue action wheel having a rotation axis perpendicular to the rotation axis of the first glue action wheel 5 in a plane perpendicular to the pitch axis. be. FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment of the control system according to the present invention, and in the figure, 2, 5, 6, 11, 12a, and 12b are the same as or correspond to the same reference numerals in FIGS. 2 and 3. 13 is a subtracter and 14 is an adder.

この実施例においては、りアクションホィールによる姿
勢制御は第4図に示すように、第1のりアクションホィ
ール5へは(φ+φ)に比例したトルクを、第2のりア
クションホィール6へは(−φ十φ)に比例したトルク
をフィードバックすることによつて達成される。
In this embodiment, the posture control by the glide action wheel is performed by applying a torque proportional to (φ+φ) to the first glide action wheel 5, and applying a torque proportional to (−φ+φ) to the second glide action wheel 6, as shown in FIG. This is achieved by feeding back a torque proportional to φ).

ここでφはロール角信号、φはφの微分値である。上記
のような制御では、x軸方向へのトルクはφだけに比例
し、z軸方向へのトルクはφだけに比例することは明白
であるから、正常時には従来のものと全く同等の制御性
能を持つていることになる。
Here, φ is a roll angle signal, and φ is a differential value of φ. In the above control, it is clear that the torque in the x-axis direction is proportional only to φ, and the torque in the z-axis direction is proportional only to φ, so under normal conditions, the control performance is exactly the same as the conventional one. This means that you have .

上記のようにりアクションホィールを配置し第4図に示
すように制御する利点は、りアクションホィールのいず
れか一方が故障した場合に顕著に現われる。
The advantage of arranging the action wheels as described above and controlling as shown in FIG. 4 becomes noticeable when either one of the action wheels breaks down.

この装置においては、2つのりアクションホィールの各
々がロール角制御とニユーテーシヨン運動制御の2つの
機能を合わせ持つている。
In this device, each of the two rolling action wheels has two functions: roll angle control and nutrition motion control.

したがつて、いずれか一方だけのりアクションホィール
が機能を停止した場合、2個とも正常な場合に比べれば
多少性能は劣るが、バックアップモードとして充分の性
能が期待できる。ここで重要な点は正常モードからバッ
クアップモードへの移行の際、何ら制御機構の変更を要
さないので、付加的な装置は全く不必要てあるというこ
とである。なお、上記実施例では2つのりアクションホ
ィールに同一の負担を持たせるという意味でオフセット
の角度を45度としたが、特に45度に限定しなければ
ならないということはなく、30度にしても60度にし
ても2つのりアクションホィールのいずれかの回転軸が
ロール軸又はヨー軸に垂直でない限りはバックアップモ
ードにおいてある程度の効果をあげ得るようにすること
ができる。大きさをどのようにするかは設計者の選択に
ゆだねれられるべきものである。以上のようにこの発明
によれば、りアクションホィールのいずれか一方が故障
した場合の姿勢制御性能が従来の装置に比べて大いに向
上したという効果がある。
Therefore, if only one of the action wheels stops functioning, the performance will be somewhat inferior to the case where both wheels are normal, but sufficient performance can be expected as a backup mode. The important point here is that the transition from normal mode to backup mode does not require any change in the control mechanism, so no additional equipment is required. In the above embodiment, the offset angle was set to 45 degrees in order to give the same load to the two sliding action wheels, but there is no particular need to limit it to 45 degrees, and even if it is set to 30 degrees, the offset angle is 60 degrees. At any given time, as long as the axis of rotation of either of the two action wheels is not perpendicular to the roll axis or the yaw axis, it is possible to achieve some effect in the backup mode. The size should be left to the designer's choice. As described above, according to the present invention, the attitude control performance when either one of the action wheels fails is greatly improved compared to conventional devices.

なお、このりアクションホィールの取り付け状態の変更
及び制御機構の変更のためのコスト増加は殆んど問題と
ならない程小さい。
It should be noted that the cost increases due to changes in the mounting state of the action wheel and changes in the control mechanism are so small that they hardly pose a problem.

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

第1図は従来の人工衛星姿勢制御装置の一例を示す説明
図、第2図は従来の人工衛星姿勢制御装置の制御系を示
すブロック図、第3図はこの発明の一実施例を示す説明
図、第4図はこの発明に係る制御系の一実施例を示すブ
ロック図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of a conventional artificial satellite attitude control device, FIG. 2 is a block diagram showing a control system of a conventional artificial satellite attitude control device, and FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of the present invention. 4 are block diagrams showing one embodiment of a control system according to the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 人工衛星の姿勢が正常な時、その進行方向に向く軸
をロール軸とし、その軌道面垂直方向に向く軸をピッチ
軸とし、当該人口衛星から地球中心方向に向く軸をヨー
軸とし、モーメンタムホイールの回転により上記ピッチ
軸方向の角運動量を大きくしたバイアスモーメンタム型
三軸人工衛星の姿勢を制御する人工衛星姿勢制御装置に
おいて、上記ヨー軸に対する地球中心方向の偏りを観測
することによつて、上記ロール軸まわりの人工衛星の誤
差角であるロール角を検知する地球センサ、上記ピッチ
軸に垂直な平面内において上記ヨー軸に対して45度傾
いた方向の回転軸を持つ第1のリアクションホイール、
上記ピッチ軸に垂直な平面内において上記第1のリアク
ションホイールの回転軸に対し直角な方向の回転軸を持
つ第2のリアクションホイール、上記地球センサからの
ロール角に比例する信号を時間微分する微分器、この微
分器の出力信号と上記ロール角に比例する信号との和に
よつて上記第1のリアクションホイールを制御し、上記
微分器の出力信号と上記ロール角に比例する信号との差
によつて上記第2のリアクションホイールを制御するこ
とを特徴とする人工衛星姿勢制御装置。
1 When the attitude of the artificial satellite is normal, the axis pointing in the direction of movement is the roll axis, the axis pointing perpendicular to the orbital plane is the pitch axis, the axis pointing from the satellite toward the center of the earth is the yaw axis, and the momentum In an artificial satellite attitude control device that controls the attitude of a bias momentum type three-axis artificial satellite that increases the angular momentum in the pitch axis direction by rotating a wheel, by observing the deviation in the direction of the earth's center with respect to the yaw axis, an earth sensor that detects a roll angle that is an error angle of the satellite around the roll axis; a first reaction wheel having a rotation axis tilted at 45 degrees with respect to the yaw axis in a plane perpendicular to the pitch axis; ,
a second reaction wheel having a rotation axis in a direction perpendicular to the rotation axis of the first reaction wheel in a plane perpendicular to the pitch axis; the first reaction wheel is controlled by the sum of the output signal of the differentiator and the signal proportional to the roll angle, and the difference between the output signal of the differentiator and the signal proportional to the roll angle Therefore, an artificial satellite attitude control device is characterized in that it controls the second reaction wheel.
JP55167598A 1980-11-28 1980-11-28 Satellite attitude control device Expired JPS6055360B2 (en)

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JPS5790298A JPS5790298A (en) 1982-06-04
JPS6055360B2 true JPS6055360B2 (en) 1985-12-04

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