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JPH072480B2 - Three-axis attitude control device for satellite - Google Patents
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JPH072480B2 - Three-axis attitude control device for satellite - Google Patents

Three-axis attitude control device for satellite

Info

Publication number
JPH072480B2
JPH072480B2 JP61115545A JP11554586A JPH072480B2 JP H072480 B2 JPH072480 B2 JP H072480B2 JP 61115545 A JP61115545 A JP 61115545A JP 11554586 A JP11554586 A JP 11554586A JP H072480 B2 JPH072480 B2 JP H072480B2
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JP
Japan
Prior art keywords
axis
control
torque
attitude control
control device
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP61115545A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS62273199A (en
Inventor
章人 渡辺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は人工衛星の三軸姿勢制御に利用する。特にバイ
アスモーメンタム方式の人工衛星に設けられたモーメン
タムホィールの回転軸の方向制御に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention is used for three-axis attitude control of an artificial satellite. In particular, it relates to the direction control of the rotation axis of the momentum wheel provided in a bias momentum type artificial satellite.

〔概要〕〔Overview〕

本発明は、z軸まわりの回転トルクを制御する1個のモ
ーメンタムホィールと、このモーメンタムホィールの回
転軸にほぼ直交し、かつ互いに直交する2軸(x軸、y
軸)の方向にそれぞれ制御トルクを発生して姿勢制御を
行う人工衛星の三軸姿勢制御装置において、 それぞれx軸およびy軸に平行な支持軸を有する2個の
ジンバルに実装されロータを設け、このジンバルを支持
軸まわりに強制的に回動させる制御手段を組合せること
により、 簡単な機構で、任意のときに瞬時に大きい制御トルクを
発生することができるようにしたものである。
According to the present invention, one momentum wheel for controlling the rotation torque around the z-axis and two axes (x-axis, y-axis) substantially orthogonal to the rotation axis of the momentum wheel and orthogonal to each other.
In a three-axis attitude control device for an artificial satellite that performs attitude control by generating control torques in each of the (axis) directions, a rotor mounted on two gimbals each having a support axis parallel to the x-axis and the y-axis is provided. By combining the control means for forcibly rotating the gimbal around the support shaft, a large mechanism can instantly generate a large control torque with a simple mechanism.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、バイアスモーメンタム方式により三軸姿勢制御さ
れる人工衛星にはモーメンタムホィールが設けられる。
このモーメンタムホィールのロータ回転軸の方向制御
は、ロータ回転軸にそれぞれ垂直な二方向に所定のトル
クを与えるため磁気トルカまたはガスジェットもしくは
リアクションホィールが用いられていた。
BACKGROUND ART Conventionally, a momentum wheel is provided in an artificial satellite whose three-axis attitude is controlled by a bias momentum method.
The direction control of the rotor rotary shaft of this momentum wheel uses a magnetic torquer, a gas jet, or a reaction wheel in order to apply a predetermined torque in two directions respectively perpendicular to the rotor rotary shaft.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかし磁気トルカによる方式は、磁気トルカによる磁気
モーメントと地球磁界との相互作用により生ずるトルク
を利用するものである。
However, the method using the magnetic torquer utilizes the torque generated by the interaction between the magnetic moment generated by the magnetic torquer and the earth's magnetic field.

したがって制御トルクは、地球磁界に垂直な平面上のみ
に発生し、トルクはきわめて小さいなどの欠点がある。
Therefore, the control torque is generated only on the plane perpendicular to the earth's magnetic field, and the torque is extremely small.

一方、ガスジェットによる方式のものでは、燃料による
寿命の制限があり、また燃料のタンク内でのスロッシン
グが姿勢制御運動に悪影響をあたえ、さらにジェット噴
射が周囲の宇宙空間を汚染するという欠点がある。
On the other hand, the gas jet type has a limitation that the life of the fuel is limited, the sloshing of the fuel in the tank adversely affects the attitude control motion, and the jet injection pollutes the surrounding space. .

リアクションホィールによる方式では、装置が大型化
し、重量が大きくなるという欠点がある。
The reaction wheel method has the drawbacks that the apparatus becomes large and the weight becomes large.

本発明は、この欠点を解決し、小型かつ軽量であり、任
意のときに瞬時に大きいトルクを発生させることができ
る人工衛星の三軸姿勢制御装置を提供することを目的と
する。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a three-axis attitude control device for an artificial satellite that solves this drawback, is small and lightweight, and can instantly generate a large torque at any time.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、1個のモーメンタムホィールと、このモーメ
ンタムホィールの回転軸にそれぞれほぼ直交し、かつ互
いに直交する2軸の方向にそれぞれ独立して所定量のト
ルクを発生する2組のトルク発生手段とを備えた人工衛
星の三軸姿勢制御装置において、 上記2組のトルク発生手段は、それぞれ1個のロータを
装架した2組のジンバルを含み、このジンバルの各支持
軸はそれぞれ上記2軸に平行に配置され、上記ジンバル
を上記各支持軸のまわりにそれぞれ回動させる手段を備
えたことを特徴とする。
The present invention includes one moment wheel and two sets of torque generating means that generate a predetermined amount of torque independently in the directions of two axes that are substantially orthogonal to the rotation axis of the moment wheel and are orthogonal to each other. In the three-axis attitude control device for an artificial satellite, the two sets of torque generating means include two sets of gimbals each mounted with one rotor, and each support shaft of the gimbals corresponds to the two shafts. It is characterized in that it is provided with means for arranging the gimbals in parallel and rotating the gimbals around the respective support shafts.

〔作用〕[Action]

質量の大きいモーメンタムホィールが、高速でz軸まわ
りに回転軸している。x軸およびy軸に平行に設けられ
たジンバル内で、小さい質量のロータがそれぞれ回転し
ている。この状態でジンバルの支持軸を強制的に回動さ
せると、x軸またはy軸まわりに制御トルクを発生させ
ることができる。
A high-mass momentum wheel rotates about the z-axis at high speed. A small mass rotor is rotating in a gimbal provided parallel to the x-axis and the y-axis. By forcibly rotating the support shaft of the gimbal in this state, a control torque can be generated around the x axis or the y axis.

この制御トルクは、回動させる手段により任意のとき
に、かなり大きい量を発生させることができる。
This control torque can be generated by the pivoting means at any time in a considerable amount.

いったん回動させたジンバルの支持軸をもとの位置に復
旧させるには、例えば磁気トルカを用いて、時間の余裕
のあるときにゆっくり行うことができる。
In order to restore the once-rotated gimbal support shaft to its original position, a magnetic torquer can be used, for example, to slowly perform it when there is time to spare.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明一実施例の構成を示す説明図である。本
図において、モーメンタムホィール4は衛星座標軸z方
向にロータ回転軸をもち、座標軸z回りの衛星の回転の
制御を行い、このバイアス角運動量によるジャイロ剛性
によって、座標軸z方向の衛星の安定化をはかるもので
ある。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention. In this figure, the moment wheel 4 has a rotor rotation axis in the satellite coordinate axis z direction, controls the rotation of the satellite around the coordinate axis z, and stabilizes the satellite in the coordinate axis z direction by the gyro stiffness due to this bias angular momentum. It is a thing.

ここの本発明の特徴とするところは、2個の制御モーメ
ントジャイロ5および6を備え、そのおのおのを装架す
るジンバル5Aおよび6Aの回転軸は、軸受5L、5Rおよび6
L、6Rにより支持され、この軸線2および1は座標軸x
およびy方向とそれぞれ平行である。制御モーメントジ
ャイロ5は座標軸y方向を軸として矢印aのように回動
できる。また制御モーメントジャイロ6は座標軸x方向
を軸として矢印bのように回動することにより制御トル
クを発生して、軸x、yのまわりの制御を行うところに
ある。
The feature of the present invention here is that the rotating shafts of the gimbals 5A and 6A equipped with two control moment gyros 5 and 6 are mounted on the bearings 5L, 5R and 6 respectively.
Supported by L and 6R, the axes 2 and 1 are coordinate axes x
And y-direction, respectively. The control moment gyro 5 can rotate about the coordinate axis y direction as an arrow a. Further, the control moment gyro 6 generates control torque by rotating about the coordinate axis x direction as shown by an arrow b to perform control around the axes x and y.

モータ13Aおよび13Bはこのジンバル5Aおよび6Aの支持軸
を強制的に回動させる手段である。
The motors 13A and 13B are means for forcibly rotating the support shafts of the gimbals 5A and 6A.

第2図は本実施例の制御系のブロック構成図である。本
図において、制御回路11の指令Aにより、第1図に示す
ジンバル5Aの支持軸2の回りにジンバルが回動するよう
に、制御駆動部12Aにより駆動モータ13Aを正逆いずれか
の方向にわずかに回転させる。このとき第1図に示すよ
うにロータ5の回転軸は座標軸zに対して傾斜するの
で、ジンバル5Aはx軸まわりに正負いずれかの方向に対
してトルクが発生する。このトルクが人工衛星の姿勢制
御に適性なものであるか否かを、第2図に示すように人
工衛星ダイナミックス14の結果を姿勢センサ15により姿
勢決定回路16を介して、制御回路11にフィードバックさ
れる。
FIG. 2 is a block diagram of the control system of this embodiment. In this figure, the control drive unit 12A drives the drive motor 13A in either forward or reverse directions so that the command A of the control circuit 11 causes the gimbal to rotate around the support shaft 2 of the gimbal 5A shown in FIG. Rotate slightly. At this time, as shown in FIG. 1, the rotation axis of the rotor 5 is inclined with respect to the coordinate axis z, so that the gimbal 5A generates torque around the x axis in either positive or negative directions. As shown in FIG. 2, the result of the artificial satellite dynamics 14 is sent to the control circuit 11 via the attitude determining circuit 16 by the attitude sensor 15 to determine whether or not this torque is suitable for the attitude control of the artificial satellite. To be fed back.

第1図のジンバル6Aを制御する場合は、同様に第2図の
制御回路11から指令Bを送出する。
When controlling the gimbal 6A in FIG. 1, the command B is similarly sent from the control circuit 11 in FIG.

モーメンタムホィール4の回転速度により、z軸まわり
の回転トルクを与える方法およびこれにより生ずる角運
動量の蓄積を放出させる機構は公知の方法を用いる。
A known method is used as a method of applying a rotational torque about the z-axis by the rotational speed of the momentum wheel 4 and a mechanism for releasing the accumulation of angular momentum generated thereby.

また、ジンバル5Aおよび6Aの支持軸を強制的に回動さ
せ、姿勢制御を行い、これが累積して外部トルクの蓄積
が生じると支持軸の偏倚が大きくなる。この支持軸の偏
倚を復旧させるためには、図外の磁気トルカを用いて、
長い時間をかけてゆっくりこれを行う。
Further, when the support shafts of the gimbals 5A and 6A are forcibly rotated to perform posture control, and when these are accumulated to accumulate external torque, the deviation of the support shafts becomes large. To recover the bias of the support shaft, use a magnetic torquer (not shown),
Do this slowly over a long period of time.

これにより、ジェット噴射を備えなくとも、大きいトル
クを急に発生させて姿勢制御を行うことができる。
As a result, the posture control can be performed by suddenly generating a large torque without providing the jet injection.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明によれば、装置を大型化する
ことなく、任意の方向に制御トルクを瞬時に必要な方向
に発生できる人工衛星の姿勢制御が得られる効果があ
る。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain the attitude control of an artificial satellite that can instantly generate a control torque in any direction without increasing the size of the device.

本発明によれば、ジェット噴射による制御をきわめて少
なく、またはなくすことができる。
According to the present invention, the control by jet injection can be extremely reduced or eliminated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明一実施例の構成を示す説明図。 第2図は上記実施例の制御系のブロック構成図。 1、2……ジンバルの回転軸の方向、4……モーメンタ
ムホィール、5、6……ロータ、5A、6A……ジンバル、
5L、5R、6L、6R……軸受、11……制御回路、12A、12B…
…制御駆動部、13A、13B……駆動モータ、14……人工衛
星ダイナミックス、15……姿勢センサ、16……姿勢決定
回路、A、B、C、D……指令、x、y、z……座標
軸。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram of the control system of the above embodiment. 1, 2 ... Direction of gimbal rotation axis, 4 ... Momentum wheel, 5, 6 ... Rotor, 5A, 6A ... Gimbal,
5L, 5R, 6L, 6R …… Bearing, 11 …… Control circuit, 12A, 12B…
... Control drive unit, 13A, 13B ... Drive motor, 14 ... Artificial satellite dynamics, 15 ... Attitude sensor, 16 ... Attitude determination circuit, A, B, C, D ... Command, x, y, z …… Coordinate axis.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】1個のモーメンタムホィール(4)と、 このモーメンタムホィールの回転軸(z軸)にそれぞれ
ほぼ直交し、かつ互いに直交する2軸(x軸、y軸)の
方向にそれぞれ独立して所定量のトルクを発生する2組
のトルク発生手段と を備えた人工衛星の三軸姿勢制御装置において、 上記2組のトルク発生手段は、それぞれ1個のロータ
(5、6)を装架した2組のジンバル(5A、6A)を含
み、 このジンバルの各支持軸(1、2)はそれぞれ上記2軸
(x軸、y軸)に平行に配置され、 上記ジンバルを上記各支持軸のまわりにそれぞれ回動さ
せる手段(13A、13B)を備えた ことを特徴とする人工衛星の三軸姿勢制御装置。
1. A momentum wheel (4) and two independent axes (x-axis, y-axis) which are substantially orthogonal to the rotation axis (z-axis) of the momentum wheel and orthogonal to each other. A three-axis attitude control device for an artificial satellite, comprising: two sets of torque generating means for generating a predetermined amount of torque, and the two sets of torque generating means each mount one rotor (5, 6). 2 sets of gimbals (5A, 6A), each support shaft (1, 2) of this gimbal is arranged in parallel with the above two axes (x axis, y axis), A three-axis attitude control device for an artificial satellite, characterized in that it is provided with means (13A, 13B) for turning around each.
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