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JPH0790837B2 - Bias momentum type satellite angular momentum vector changing method - Google Patents
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JPH0790837B2 - Bias momentum type satellite angular momentum vector changing method - Google Patents

Bias momentum type satellite angular momentum vector changing method

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JPH0790837B2
JPH0790837B2 JP61233752A JP23375286A JPH0790837B2 JP H0790837 B2 JPH0790837 B2 JP H0790837B2 JP 61233752 A JP61233752 A JP 61233752A JP 23375286 A JP23375286 A JP 23375286A JP H0790837 B2 JPH0790837 B2 JP H0790837B2
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JP
Japan
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satellite
momentum
angular momentum
axis
bias
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JP61233752A
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健 前田
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NEC Corp
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  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、バイアスモーメンタム方式の人工衛星の角運
動量ベクトルの方向を任意の方向から最大慣性主軸方向
かまたは最小慣性主軸方向へ変更する方式に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for changing the direction of an angular momentum vector of a bias momentum type artificial satellite from an arbitrary direction to a maximum inertia principal axis direction or a minimum inertia principal axis direction. .

(従来の技術およびその問題点) このような角運動量ベクトルの方向を変更する方式とし
ては、例えば障動減衰器を用いる受動的な方式と、モー
メンタムホイールを用いたデュアルスビンターン方式と
呼ばれる能動的な方式とがある。前者は変更後の角運動
量ベクトル方向が衛星の最大慣性主軸方向に限られる上
に、変更に時間がかかる。後者はモーメンタムホイール
の回転軸を変更後の衛星の角運動量ベクトル方向に一致
させて取り付けておき、このモーメンタムホイールを回
転させることにより衛星の初期角運動量をモーメンタム
ホイールに吸収させ衛星の角運動量ベクトル方向をモー
メンタムホイールの軸方向に一致させる方式である。こ
の方式によればモーメンタムホイールの回転軸の取り付
け方向を選ぶことにより変更後の衛星の角運動量ベクト
ル方向を任意に選ぶことができる、衛星の3本の主軸
(X軸,Y軸,Z軸)の各慣性モーメントの大きさのバラン
スによっては変更が成功しない。特に、最小の慣性モー
メントを持った軸方向から最大の慣性モーメントを持っ
た軸方向へ変更する場合は衛星がモーメンタムホイール
の倍の大きさの角運動量でモーメンタムホイール軸のま
わりを回転し、しかもモーメンタムホイールと衛星とが
互いに逆向きの角運動量を持ったアップサイドダウンの
状態に陥る。
(Prior art and its problems) As a method for changing the direction of such an angular momentum vector, for example, a passive method using a disturbance attenuator and an active method called a dual spin turn method using a momentum wheel are used. There are various methods. In the former case, the changed angular momentum vector direction is limited to the maximum inertial principal axis direction of the satellite, and the change takes time. The latter is installed by aligning the rotation axis of the momentum wheel with the angular momentum vector direction of the satellite after changing, and by rotating this momentum wheel, the initial angular momentum of the satellite is absorbed by the momentum wheel and the angular momentum vector direction of the satellite is changed. Is a method to match the axial direction of the momentum wheel. According to this method, the angular momentum vector direction of the satellite after the change can be arbitrarily selected by selecting the mounting direction of the rotation axis of the momentum wheel. The three main axes of the satellite (X axis, Y axis, Z axis) The change is not successful depending on the balance of the magnitudes of the moments of inertia of. In particular, when changing from the axial direction with the minimum moment of inertia to the axial direction with the maximum moment of inertia, the satellite rotates around the momentum wheel axis with an angular momentum twice as large as the momentum wheel. The wheel and satellite fall into an upside-down state with opposite angular momentum.

本発明の目的は、これら従来の方式の持つ欠点を解消し
たバイアスモーメンタム方式の人工衛星の角運動量ベク
トル変更方式を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a bias momentum type artificial satellite angular momentum vector changing method that solves the drawbacks of these conventional methods.

(問題点を解決するための手段) 本発明になるバイアスモーメンタム方式の人工衛星の角
運動量ベクトル変更方式は、第1図ないし第3図に示す
ように、人工衛星の角運動量ベクトルを任意の方向から
最大または最小慣性主軸方向に変更する方式であって、
前記主軸まわりの衛星角速度ωを検出する装置と、極性
が前記ωの極性と逆で大きさが一定のトルクTcのコマン
ドを発生する電子制御装置と、このコマンドに従って前
記主軸まわりにトルクTcを発生する内力トルク発生手段
とからなることを特徴とする。
(Means for Solving the Problems) In the method of changing the angular momentum vector of a satellite of the bias momentum system according to the present invention, as shown in FIG. 1 to FIG. From the maximum or minimum inertial spindle direction,
A device for detecting the satellite angular velocity ω around the main axis, an electronic control unit for generating a command of a torque Tc whose polarity is opposite to the polarity of the ω and whose magnitude is constant, and a torque Tc is generated around the main shaft according to this command. And an internal force torque generating means.

(実施例) 本発明の方式によって行なうバイアスモーメンタム方式
の人工衛星の角運動量ベクトル変更について図面を参照
しながら説明する。この実施例では最大慣性モーメント
軸をZ軸とし、このX軸方向へ角運動量ベクトルの変更
を行なう。本実施例では衛星の角速度を検出する手段と
してレートジャイロ2を、また内力トルク発生手段とし
てリアクションホイール1を用い、第1図に示すよう
に、これらの手段は回転軸をそれぞれ衛星のZ軸に平行
に取り付けてある。第1図においてZ軸は衛星の最大慣
性モーメント軸を、Y軸は衛星の中間慣性モーメント軸
を、X軸は衛星の最小慣性モーメント軸を表わす。電子
制御装置3は、第2図に示すように、レートジャイロ2
が検出した衛星のZ軸まわりの角速度ωzとの積が負に
なるような、つまりωzが正のときは負の、またωzが
負のときは正のトルクコマンドTcをリアクションホイー
ル1に対して発生する。
(Example) The angular momentum vector change of a bias momentum type artificial satellite performed by the method of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, the maximum moment of inertia axis is the Z axis, and the angular momentum vector is changed in the X axis direction. In this embodiment, the rate gyro 2 is used as a means for detecting the angular velocity of the satellite, and the reaction wheel 1 is used as the internal force torque generating means. As shown in FIG. It is installed in parallel. In FIG. 1, the Z axis represents the maximum moment of inertia of the satellite, the Y axis represents the intermediate moment of inertia of the satellite, and the X axis represents the minimum moment of inertia of the satellite. As shown in FIG. 2, the electronic control unit 3 includes a rate gyro 2
The product of the detected angular velocity ωz around the Z-axis of the satellite becomes negative, that is, when ωz is positive, a negative torque command Tc is given to the reaction wheel 1 when ωz is negative. Occur.

衛星のX軸,Y軸,Z軸まわりの慣性モーメントをそれぞれ
Ix,Iy,Izとし、これらの軸まわりの角速度をそれぞれω
x,ωy,ωzとすると衛星の回転運動エネルギーEは次式
のように各軸まわりの運動エネルギーの和で表わされ
る。
The moment of inertia about the satellite's X-axis, Y-axis, and Z-axis, respectively
Ix, Iy, Iz, and the angular velocities around these axes are ω
When x, ωy, ωz, the rotational kinetic energy E of the satellite is expressed by the sum of kinetic energies around each axis as shown in the following equation.

E=1/2・Ix・ωx2+1/2・Iy・ωy2+1/2・Iz・ωz
2 (1) また、慣性モーメント×角加速度=偶力 のモーメント
で表わされる各軸まわりの運動方程式はそれぞれ次のよ
うになる。
E = 1/2 ・ Ix ・ ωx 2 +1/2 ・ Iy ・ ωy 2 +1/2 ・ Iz ・ ωz
2 (1) In addition, the equations of motion around each axis expressed by the moment of inertia × angular acceleration = couple moment are as follows.

Ix・dωx/dt=(Iy−Iz)ωyωz−ωyh (2) Iy・dωy/dt=(Iz−Ix)ωxωz+ωxh (3) Iz・dωz/dt=(Ix−Iy)ωxωy+dh/dt (4) ここで、hはリアクションホイールの持つ角運動量であ
る。またリアクションホイールが衛星に与えるトルクを
Tとすると、リアクションホイールの角運動量の時間的
な減少分だけ衛星のトルクが増加するから、 T=−dh/dt (5) (1)式を時間tで微分すると、 dE/dt=Ix・dωx/dt+Iy・dωy/dt+Iz・dωz/dt
(1)′ となるから、(1)′,(2),(3),(4),
(5)式から dE/dt=ωz・T (6) となる。また、トルクTには電子制御装置3からのトル
クコマンドTcによってスピンモータなどの電気的な力で
発生する電気トルクTEと、リアクションホイール1の慣
性能率と回転スピードで決まる摩擦トルクTFがあるか
ら、T=TE+TFとなる。TEは電気的にTFより充分に大き
くすることができる。そこで、近似的にT=TEとなる。
ここで、上記のように、TE∝TcであるからT∝Tcとなり
TとTcの符号は常に等しくなる。第3図の入出力特性の
グラフが示すように、電子制御装置3は入力するωzと
反対の符号のトルクコマンドTcを出力するからTcと符号
の等しいTとωzの積つまり(6)式の右辺は常に負と
なる。このようにdE/dtが常に負になるような制御則で
運用するから衛星の回転運動エネルギーEは減少を続
け、ついには零となる。このとき衛星の回転は停止し、
衛星が初期状態のときに持っていた運動エネルギーはす
べてリアクションホイール1に吸収される。ついで、第
2図に示すように、電子制御装置3のスイッチを切って
Tcを零とし、リアクションホイール1の回転を摩擦によ
って衛星に伝えれば衛星はリアクションホイール1の回
転軸に平行な最大慣性モーメント軸であるZ軸を中心に
回転する。このようにしてバイアスモーメンタム方式の
人工衛星の角運動量ベクトルの変更が行なえる。
Ix · dωx / dt = (Iy−Iz) ωyωz−ωyh (2) Iy · dωy / dt = (Iz−Ix) ωxωz + ωxh (3) Iz · dωz / dt = (Ix−Iy) ωxωy + dh / dt (4) where Here, h is the angular momentum of the reaction wheel. Further, if the torque given to the satellite by the reaction wheel is T, the satellite torque increases by the time decrease of the angular momentum of the reaction wheel. Therefore, T = -dh / dt (5) Equation (1) at time t Differentiating, dE / dt = Ix ・ dωx / dt + Iy ・ dωy / dt + Iz ・ dωz / dt
(1) ', so (1)', (2), (3), (4),
From equation (5), dE / dt = ωz · T (6). Further, the torque T includes an electric torque T E generated by an electric force of a spin motor or the like by a torque command Tc from the electronic control unit 3 and a friction torque T F determined by the inertia ratio and the rotation speed of the reaction wheel 1. Therefore, T = T E + T F. T E can be electrically much larger than T F. Therefore, T = T E approximately.
Here, as described above, since T E ∝Tc, T ∝Tc and T and Tc always have the same sign. As shown in the input / output characteristic graph of FIG. 3, the electronic control unit 3 outputs the torque command Tc having the opposite sign to the input ωz, and therefore the product of T and ωz having the same sign as Tc, that is, the formula (6) The right side is always negative. In this way, since the operation is performed according to the control law such that dE / dt is always negative, the rotational kinetic energy E of the satellite continues to decrease and finally becomes zero. At this time, the rotation of the satellite stopped,
All the kinetic energy that the satellite had in the initial state is absorbed by the reaction wheel 1. Then, as shown in FIG. 2, switch off the electronic control unit 3.
When Tc is set to zero and the rotation of the reaction wheel 1 is transmitted to the satellite by friction, the satellite rotates about the Z axis that is the maximum moment of inertia parallel to the rotation axis of the reaction wheel 1. In this way, the angular momentum vector of the bias momentum type artificial satellite can be changed.

(発明の効果) このように、本発明の方式によれば、バイアスモーメン
タム方式の人工衛星の角運動量ベクトルを任意の方向か
ら最大慣性主軸または最小慣性主軸方向に変更すること
ができる。変更は確実にまた迅速に行なわれる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the method of the present invention, the angular momentum vector of the artificial satellite of the bias momentum method can be changed from any direction to the maximum inertial principal axis or the minimum inertial principal axis direction. Changes are reliable and fast.

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

第1図はリアクションホイールとレートジャイロの回転
軸取り付け方向を概念的に示す図である。第2図は本発
明の方式の機能を概念的に示す図である。第3図は電子
制御装置の入出力特性を表わす図である。 1……リアクションホイール、2……レートジャイロ、
3……電子制御装置。
FIG. 1 is a view conceptually showing a mounting direction of a rotation shaft of a reaction wheel and a rate gyro. FIG. 2 is a diagram conceptually showing the function of the system of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing the input / output characteristics of the electronic control unit. 1 ... Reaction wheel, 2 ... Rate gyro,
3 ... Electronic control unit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】バイアスモーメンタム方式の人工衛星の角
運動量ベクトルを任意の方向から最大または最小慣性主
軸方向に変更する方式であって、前記主軸まわりの衛星
角速度ωを検出する装置と、極性が前記ωの極性と逆で
大きさが一定のトルクTcのコマンドを発生する電子制御
装置と、このコマンドに従って前記主軸まわりにトルク
Tcを発生する内力トルク発生手段とからなることを特徴
とする人工衛星の角運動量ベクトル変更方式。
1. A method of changing an angular momentum vector of a bias momentum type artificial satellite from an arbitrary direction to a maximum or minimum inertial principal axis direction, wherein a device for detecting a satellite angular velocity ω around the principal axis and a polarity of the device are provided. An electronic control unit that generates a command of torque Tc having a constant magnitude opposite to the polarity of ω, and the torque around the main shaft according to this command
A method for changing the angular momentum vector of an artificial satellite characterized by comprising an internal force torque generating means for generating Tc.
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