(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マヌーバ計画に基づいて人工衛星に印加するトルクプロファイルであるフィードフォワードトルク指令信号を出力するフィードフォワードトルク指令値発生器と、マヌーバ中に前記人工衛星に印加される外乱トルクを補償する外乱補償信号を出力する外乱補償信号演算器と、前記フィードフォワードトルク指令信号と前記外乱補償信号とが入力されこれらの和信号を所定のタイミングで出力する和信号演算器と、前記和信号に基づき前記人工衛星を駆動するための制御トルクを発生するスラスタと、前記人工衛星の角速度を検出し角速度検出信号を出力する角速度検出器と、を有し、前記外乱補償信号演算器は、前記和信号及び前記角速度検出信号が入力され、新たに外乱補償信号を生成しこの外乱補償信号を所定のタイミングで出力することを特徴とする人工衛星のマヌーバ制御装置。
【請求項２】
マヌーバ計画に基づいて人工衛星に印加するトルクプロファイルであるフィードフォワードトルク指令信号を出力するフィードフォワードトルク指令値発生器と、マヌーバ中に前記人工衛星に印加される外乱トルクを補償する外乱補償信号を出力する外乱補償信号演算器と、前記フィードフォワードトルク指令信号と前記外乱補償信号とが入力されこれらの和信号を所定のタイミングで出力する和信号演算器と、前記和信号に基づき前記人工衛星を駆動するための制御トルクを発生するスラスタと、前記人工衛星の姿勢角の目標値を生成し姿勢角目標信号を出力する姿勢角目標値発生器と、前記人工衛星の角速度の目標値を生成し角速度目標信号を出力する角速度目標値発生器と、前記人工衛星の姿勢角を検出し姿勢角検出信号を出力する姿勢角検出器と、前記人工衛星の角速度を検出し角速度検出信号を出力する角速度検出器と、前記姿勢角目標信号と前記姿勢角検出信号との差信号である姿勢角誤差信号及び前記角速度目標信号と前記角速度検出信号との差信号である角速度誤差信号が入力され姿勢制御信号を出力する姿勢制御信号演算器と、前記姿勢制御信号に基づき前記人工衛星を駆動するための制御トルクを発生するリアクションホイールと、を有し、前記外乱補償信号演算器は、前記和信号及び前記角速度検出信号が入力され、新たに外乱補償信号を生成しこの外乱補償信号を所定のタイミングで出力することを特徴とする人工衛星のマヌーバ制御装置。
【請求項３】
マヌーバ計画に基づいて人工衛星に印加するトルクプロファイルであるフィードフォワードトルク指令信号を出力するフィードフォワードトルク指令値発生器と、前記フィードフォワードトルク指令信号に基づき前記人工衛星を駆動するための制御トルクを発生するスラスタと、前記人工衛星の姿勢角の目標値を生成し姿勢角目標信号を出力する姿勢角目標値発生器と、前記人工衛星の角速度の目標値を生成し角速度目標信号を出力する角速度目標値発生器と、前記人工衛星の姿勢角を検出し姿勢角検出信号を出力する姿勢角検出器と、前記人工衛星の角速度を検出し角速度検出信号を出力する角速度検出器と、前記姿勢角目標信号と前記姿勢角検出信号との差信号である姿勢角誤差信号及び前記角速度目標信号と前記角速度検出信号との差信号である角速度誤差信号が入力され姿勢制御信号を出力する姿勢制御信号演算器と、マヌーバ中に前記人工衛星に印加される外乱トルクを補償する外乱補償信号を出力する外乱補償信号演算器と、前記姿勢制御信号と前記外乱補償信号とが入力されこれらの和信号を所定のタイミングで出力する和信号演算器と、前記和信号に基づき前記人工衛星を駆動するための制御トルクを発生するリアクションホイールと、を有し、前記外乱補償信号演算器は、前記角速度検出信号と前記角速度目標信号との差信号及び前記和信号が入力され、新たに外乱補償信号を生成しこの外乱補償信号を所定のタイミングで出力することを特徴とする人工衛星のマヌーバ制御装置。
【請求項４】
マヌーバ計画に基づいて人工衛星に印加するトルクプロファイルであるフィードフォワードトルク指令信号を出力するフィードフォワードトルク指令値発生器と、マヌーバ中に前記人工衛星に印加される外乱トルクを補償する外乱補償信号を出力する外乱補償信号演算器と、前記人工衛星の角速度を検出し角速度検出信号を出力する角速度検出器と、前記フィードフォワードトルク指令信号と前記外乱補償信号とが入力されこれらの和信号を所定のタイミングで出力する和信号演算器と、前記和信号に基づき前記人工衛星を駆動するための制御トルクを発生するリアクションホイールと、を有し、前記外乱補償信号演算器は、前記和信号及び前記角速度検出信号が入力され、新たに外乱補償信号を生成しこの外乱補償信号を所定のタイミングで出力することを特徴とする人工衛星のマヌーバ制御装置。
【請求項５】
マヌーバ計画に基づいて人工衛星に印加するトルクプロファイルであるフィードフォワードトルク指令信号を出力するフィードフォワードトルク指令値発生器と、マヌーバ中に前記人工衛星に印加される外乱トルクを補償する外乱補償信号を出力する外乱補償信号演算器と、前記人工衛星の姿勢角の目標値を生成し姿勢角目標信号を出力する姿勢角目標値発生器と、前記人工衛星の角速度の目標値を生成し角速度目標信号を出力する角速度目標値発生器と、前記人工衛星の姿勢角を検出し姿勢角検出信号を出力する姿勢角検出器と、前記人工衛星の角速度を検出し角速度検出信号を出力する角速度検出器と、前記姿勢角目標信号と前記姿勢角検出信号との差信号である姿勢角誤差信号及び前記角速度目標信号と前記角速度検出信号との差信号である角速度誤差信号が入力され姿勢制御信号を出力する姿勢制御信号演算器と、前記フィードフォワードトルク指令信号と前記外乱補償信号とが入力されこれらの和信号を所定のタイミングで出力する和信号演算器と、前記和信号及び前記姿勢制御信号に基づき前記人工衛星を駆動するための制御トルクを発生するリアクションホイールと、を有し、前記外乱補償信号演算器は、前記和信号及び前記角速度検出信号が入力され、新たに外乱補償信号を生成しこの外乱補償信号を所定のタイミングで出力することを特徴とする人工衛星のマヌーバ制御装置。
【請求項６】
前記外乱補償信号演算器は、前記外乱補償信号をｕｄ、前記フィードフォワードトルク指令信号と前記外乱補償信号との和信号をｕ、前記人工衛星の慣性モーメントをＪ、前記角速度検出信号をω、補償する外乱の周波数域を示す定数をα及びβ、ラプラス演算子をｓとするとき、下記数式に従って前記外乱補償信号を生成することを特徴とする請求項１、２、４又は５に記載の人工衛星のマヌーバ制御装置。
0003859454.tif 000015
【請求項７】
マヌーバ計画に基づいて人工衛星に印加するトルクプロファイルであるフィードフォワードトルク指令信号を出力するフィードフォワードトルク指令値発生器と、前記人工衛星の姿勢角の目標値を生成し姿勢角目標信号を出力する姿勢角目標値発生器と、前記人工衛星の角速度の目標値を生成し角速度目標信号を出力する角速度目標値発生器と、前記人工衛星の姿勢角を検出し姿勢角検出信号を出力する姿勢角検出器と、前記人工衛星の角速度を検出し角速度検出信号を出力する角速度検出器と、前記姿勢角目標信号と前記姿勢角検出信号との差信号である姿勢角誤差信号及び前記角速度目標信号と前記角速度検出信号との差信号である角速度誤差信号が入力され姿勢制御信号を出力する姿勢制御信号演算器と、マヌーバ中に前記人工衛星に印加される外乱トルクを補償する外乱補償信号を出力する外乱補償信号演算器と、前記姿勢制御信号と前記外乱補償信号とが入力されこれらの和信号を所定のタイミングで出力する和信号演算器と、前記和信号及びフィードフォワードトルク指令信号に基づき前記人工衛星を駆動するための制御トルクを発生するリアクションホイールと、を有し、前記外乱補償信号演算器は、前記角速度検出信号と前記角速度目標信号との差信号及び前記和信号が入力され、新たに外乱補償信号を生成しこの外乱補償信号を所定のタイミングで出力することを特徴とする人工衛星のマヌーバ制御装置。
【請求項８】
前記外乱補償信号演算器は、前記外乱補償信号をｕｄ、前記姿勢制御信号と前記外乱補償信号との和信号をｕ、前記人工衛星の慣性モーメントをＪ、前記角速度検出信号と前記角速度目標信号との差信号をω、補償する外乱の周波数域を示す定数をα及びβ、ラプラス演算子をｓとするとき、下記数式に従って前記外乱補償信号を生成することを特徴とする請求項３又は７に記載の人工衛星のマヌーバ制御装置。
0003859454.tif 000016
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人工衛星に搭載したスラスタ及びリアクションホイール等の姿勢制御用アクチュエータによって人工衛星の姿勢角及び角速度を大きくかつ高速に変更する人工衛星のマヌーバ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、人工衛星の姿勢を制御するために、人工衛星にはマヌーバ制御装置が搭載されている。図９は従来のマヌーバ制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【０００３】
図９に示すように、この従来のマヌーバ制御装置においては、予めプログラムされたマヌーバ計画に基づいてフィードフォワードトルク指令信号１１０を出力するフィードフォワードトルク指令値発生器１０７が設けられ、フィードフォワードトルク指令信号１１０が入力されこの信号に基づいて制御トルクを発生し衛星ダイナミクス１００に印加するスラスタ１０８が設けられている。衛星ダイナミクス１００とは、このマヌーバ制御装置が搭載されている人工衛星本体の動特性を示す。また、衛星ダイナミクス１００の姿勢角を検出し姿勢角検出信号を出力する姿勢角検出器１０１、衛星ダイナミクス１００の角速度を検出し角速度検出信号を出力する角速度検出器１０２、衛星ダイナミクス１００の姿勢角の目標値を生成し姿勢角目標信号を出力する姿勢角目標値発生器１０３、衛星ダイナミクス１００の角速度の目標値を生成し角速度目標信号を出力する角速度目標値発生器１０４が夫々設けられている。更に、前記姿勢角目標信号と前記姿勢角検出信号との差信号である姿勢角誤差信号１１２及び前記角速度目標信号と前記角速度検出信号との差信号である角速度誤差信号１１３が入力され姿勢制御信号１１１を出力する姿勢制御信号演算器１０５が設けられ、姿勢制御信号１１１が入力されこの信号に基づいて制御トルクを発生するリアクションホイール１０６が設けられている。
【０００４】
次に、この従来のマヌーバ制御装置の動作について説明する。先ず、フィードフォワードトルク指令値発生器１０７がマヌーバ計画に基づき各時刻に衛星ダイナミクス１００の各軸に与えるべきトルクをフィードフォワードトルク指令信号１１０として生成し、スラスタ１０８に対して出力する。次に、スラスタ１０８はフィードフォワードトルク指令信号１１０に基づいて駆動し、制御トルクを発生し衛星ダイナミクス１００に印加する。
【０００５】
このとき、フィードフォワードトルク指令値発生器１０７は、衛星ダイナミクス１００の状態を考慮せず、事前に算出されたマヌーバ計画に基づいてフィードフォワードトルク指令信号１１０を出力する。このため、衛星ダイナミクス１００に対して外部環境から加わる外乱トルク並びにフィードフォワードトルク指令信号１１０の誤差、リアクションホイール１０６の出力誤差及びスラスタ１０８が発生する離散的出力による制御誤差等の影響により、姿勢制御精度が著しく低下することがある。
【０００６】
なお、衛星ダイナミクス１００に加わる外乱トルクには、太陽光線の圧力により生じる太陽輻射圧トルク、地球等から加わる重力による重力傾斜トルク、スラスタから噴射される制御用ガスジェットが人工衛星本体に当たることにより生じるトルク、即ち、スラスタのプルームによるトルク、人工衛星自体が持つ磁気と地磁場との相互作用により生じる残留磁気トルク、及び人工衛星の軌道上に僅かに存在する空気分子との衝突により生じる空力トルク等がある。
【０００７】
このような外乱トルク及び制御誤差に起因する姿勢誤差を補償するために、従来のマヌーバ制御装置においては、姿勢角検出器１０１、角速度検出器１０２、姿勢角目標値発生器１０３、角速度目標値発生器１０４及び姿勢制御信号演算器１０５からなる系が設けられており、リアクションホイール１０６により、前記マヌーバ中の姿勢誤差を補償するようになっている。
【０００８】
前述のフィードフォワードトルク指令値発生器１０７及びスラスタ１０８によるマヌーバ中において、姿勢角目標値発生器１０３が各時刻における人工衛星の姿勢角の目標値を生成して姿勢角目標信号として姿勢制御信号演算器１０５に対して出力すると共に、角速度目標値発生器１０４が各時刻における人工衛星の角速度の目標値を生成して角速度目標信号として姿勢制御信号演算器１０５に対して出力する。また、姿勢角検出器１０１が人工衛星の実際の姿勢角を検出し姿勢角検出信号として姿勢制御信号演算器１０５に対して出力すると共に、角速度検出器１０２が人工衛星の実際の角速度を検出し角速度検出信号として姿勢制御信号演算器１０５に対して出力する。次に、姿勢制御信号演算器１０５が、前記姿勢角目標信号と前記姿勢角検出信号との差信号として生成される姿勢角誤差信号１１２と、前記角速度目標信号と前記角速度検出信号との差信号として生成される角速度誤差信号１１３とに基づき姿勢制御信号１１１を生成し、これをリアクションホイール１０６に対して出力する。このとき、姿勢制御信号演算器１０５は、姿勢角誤差信号１１２及び角速度誤差信号１１３のみが入力され、ＰＩＤ（Proportional-plus-Integral-plus-Derivative：比例積分微分）制御則等、一般に広く利用されている制御ロジックによって姿勢制御信号１１１を生成する。次に、リアクションホイール１０６が姿勢制御信号１１１に基づいて駆動し、発生した制御トルクを人工衛星に印加する。この結果、衛星ダイナミクス１００は、スラスタ１０８によるマヌーバ中に発生した姿勢誤差が、リアクションホイール１０６による制御トルクにより補償されつつ、マヌーバが実施される。即ち、衛星ダイナミクス１００はスラスタ１０８及びリアクションホイール１０６が発生した制御トルクの和によってその姿勢が制御され、マヌーバが実施される。
【０００９】
図１０は、他の従来のマヌーバ制御装置の構成の一例を示すブロック図である。図１０に示すマヌーバ制御装置は、スラスタを使用しないマヌーバ制御装置の例である。図１０に示すマヌーバ制御装置の構成は、図９に示すマヌーバ装置と比較してスラスタが設けられておらず、フィードフォワードトルク指令値発生器１０７が生成するフィードフォワードトルク指令信号１１０が姿勢制御信号演算器１０５が生成する姿勢制御信号１１１と足し合わされた上で、リアクションホイール１０６に入力するようになっている。図１０に示すマヌーバ制御装置における上記以外の構成は、図９に示すマヌーバ制御装置の構成と同じである。
【００１０】
図１０に示すマヌーバ制御装置においては、リアクションホイール１０６がフィードフォワードトルク指令信号１１０と姿勢制御信号１１１との和信号に基づいてトルクを発生し、このトルクによってマヌーバを実施するようになっている。図１０に示すマヌーバ制御装置は、姿勢制御用アクチュエータとしてリアクションホイール１０６のみを使用するため、スラスタ１０８（図９参照）が必要とする燃料を消費しないという利点があるものの、達成できるマヌーバ速度は図９に示すマヌーバ制御装置よりも大幅に遅くなってしまうという欠点がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来のマヌーバ制御装置には以下に示すような問題点がある。図９及び図１０に示すマヌーバ制御装置において、姿勢制御信号演算器１０５はＰＩＤ制御器等で構成されているため、前述の姿勢誤差の補償にはある程度の時間がかかる。このため、マヌーバ中における人工衛星の動作に前記姿勢誤差の補償が追従しきれず、姿勢誤差が大きくなるという問題点がある。また、このため、マヌーバにおいて姿勢角及び角速度が目標値に達するまでの整定時間が長くなるという問題点もある。姿勢制御信号演算器１０５にＰＩＤ制御器を使用している以上、この整定時間の改善、即ち短縮化には限界があり、厳しい要求仕様には対応できない。
【００１２】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、マヌーバ中に生じる姿勢誤差が小さく、目標姿勢への整定時間が短い人工衛星のマヌーバ制御装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る人工衛星のマヌーバ制御装置は、マヌーバ計画に基づいて人工衛星に印加するトルクプロファイルであるフィードフォワードトルク指令信号を出力するフィードフォワードトルク指令値発生器と、マヌーバ中に前記人工衛星に印加される外乱トルクを補償する外乱補償信号を出力する外乱補償信号演算器と、前記フィードフォワードトルク指令信号と前記外乱補償信号とが入力されこれらの和信号を所定のタイミングで出力する和信号演算器と、前記和信号に基づき前記人工衛星を駆動するための制御トルクを発生するスラスタと、前記人工衛星の角速度を検出し角速度検出信号を出力する角速度検出器と、を有し、前記外乱補償信号演算器は、前記和信号及び前記角速度検出信号が入力され、新たに外乱補償信号を生成しこの外乱補償信号を所定のタイミングで出力することを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る他の人工衛星のマヌーバ制御装置は、マヌーバ計画に基づいて人工衛星に印加するトルクプロファイルであるフィードフォワードトルク指令信号を出力するフィードフォワードトルク指令値発生器と、マヌーバ中に前記人工衛星に印加される外乱トルクを補償する外乱補償信号を出力する外乱補償信号演算器と、前記フィードフォワードトルク指令信号と前記外乱補償信号とが入力されこれらの和信号を所定のタイミングで出力する和信号演算器と、前記和信号に基づき前記人工衛星を駆動するための制御トルクを発生するスラスタと、前記人工衛星の姿勢角の目標値を生成し姿勢角目標信号を出力する姿勢角目標値発生器と、前記人工衛星の角速度の目標値を生成し角速度目標信号を出力する角速度目標値発生器と、前記人工衛星の姿勢角を検出し姿勢角検出信号を出力する姿勢角検出器と、前記人工衛星の角速度を検出し角速度検出信号を出力する角速度検出器と、前記姿勢角目標信号と前記姿勢角検出信号との差信号である姿勢角誤差信号及び前記角速度目標信号と前記角速度検出信号との差信号である角速度誤差信号が入力され姿勢制御信号を出力する姿勢制御信号演算器と、前記姿勢制御信号に基づき前記人工衛星を駆動するための制御トルクを発生するリアクションホイールと、を有し、前記外乱補償信号演算器は、前記和信号及び前記角速度検出信号が入力され、新たに外乱補償信号を生成しこの外乱補償信号を所定のタイミングで出力することを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る更に他の人工衛星のマヌーバ制御装置は、マヌーバ計画に基づいて人工衛星に印加するトルクプロファイルであるフィードフォワードトルク指令信号を出力するフィードフォワードトルク指令値発生器と、前記フィードフォワードトルク指令信号に基づき前記人工衛星を駆動するための制御トルクを発生するスラスタと、前記人工衛星の姿勢角の目標値を生成し姿勢角目標信号を出力する姿勢角目標値発生器と、前記人工衛星の角速度の目標値を生成し角速度目標信号を出力する角速度目標値発生器と、前記人工衛星の姿勢角を検出し姿勢角検出信号を出力する姿勢角検出器と、前記人工衛星の角速度を検出し角速度検出信号を出力する角速度検出器と、前記姿勢角目標信号と前記姿勢角検出信号との差信号である姿勢角誤差信号及び前記角速度目標信号と前記角速度検出信号との差信号である角速度誤差信号が入力され姿勢制御信号を出力する姿勢制御信号演算器と、マヌーバ中に前記人工衛星に印加される外乱トルクを補償する外乱補償信号を出力する外乱補償信号演算器と、前記姿勢制御信号と前記外乱補償信号とが入力されこれらの和信号を所定のタイミングで出力する和信号演算器と、前記和信号に基づき前記人工衛星を駆動するための制御トルクを発生するリアクションホイールと、を有し、前記外乱補償信号演算器は、前記角速度検出信号と前記角速度目標信号との差信号及び前記和信号が入力され、新たに外乱補償信号を生成しこの外乱補償信号を所定のタイミングで出力することを特徴とする。
【００２０】
本発明の人工衛星のマヌーバ制御装置においては、前記姿勢制御信号と前記外乱補償信号との和信号と、角速度検出信号と前記角速度目標信号との差信号とから人工衛星に加わった外乱トルクを推定する構成となっているため、前述の姿勢制御信号演算器と外乱補償信号演算器との間に生じる可能性がある相殺関係を改善しつつ、フィードフォワードトルク指令信号による運動に人工衛星の実際の運動を従わせることができる。このため、外乱補償信号演算器の効果をより明確に出力に反映することができる。その結果、フィードフォワードトルク指令信号による人工衛星の目標運動に対する追従性が改善され、過渡的な応答に対しても高精度化を図ることができる。
【００２４】
本発明に係る更に他の人工衛星のマヌーバ制御装置は、マヌーバ計画に基づいて人工衛星に印加するトルクプロファイルであるフィードフォワードトルク指令信号を出力するフィードフォワードトルク指令値発生器と、マヌーバ中に前記人工衛星に印加される外乱トルクを補償する外乱補償信号を出力する外乱補償信号演算器と、前記人工衛星の角速度を検出し角速度検出信号を出力する角速度検出器と、前記フィードフォワードトルク指令信号と前記外乱補償信号とが入力されこれらの和信号を所定のタイミングで出力する和信号演算器と、前記和信号に基づき前記人工衛星を駆動するための制御トルクを発生するリアクションホイールと、を有し、前記外乱補償信号演算器は、前記和信号及び前記角速度検出信号が入力され、新たに外乱補償信号を生成しこの外乱補償信号を所定のタイミングで出力することを特徴とする。
【００２５】
本発明に係る更に他の人工衛星のマヌーバ制御装置は、マヌーバ計画に基づいて人工衛星に印加するトルクプロファイルであるフィードフォワードトルク指令信号を出力するフィードフォワードトルク指令値発生器と、マヌーバ中に前記人工衛星に印加される外乱トルクを補償する外乱補償信号を出力する外乱補償信号演算器と、前記人工衛星の姿勢角の目標値を生成し姿勢角目標信号を出力する姿勢角目標値発生器と、前記人工衛星の角速度の目標値を生成し角速度目標信号を出力する角速度目標値発生器と、前記人工衛星の姿勢角を検出し姿勢角検出信号を出力する姿勢角検出器と、前記人工衛星の角速度を検出し角速度検出信号を出力する角速度検出器と、前記姿勢角目標信号と前記姿勢角検出信号との差信号である姿勢角誤差信号及び前記角速度目標信号と前記角速度検出信号との差信号である角速度誤差信号が入力され姿勢制御信号を出力する姿勢制御信号演算器と、前記フィードフォワードトルク指令信号と前記外乱補償信号とが入力されこれらの和信号を所定のタイミングで出力する和信号演算器と、前記和信号及び前記姿勢制御信号に基づき前記人工衛星を駆動するための制御トルクを発生するリアクションホイールと、を有し、前記外乱補償信号演算器は、前記和信号及び前記角速度検出信号が入力され、新たに外乱補償信号を生成しこの外乱補償信号を所定のタイミングで出力することを特徴とする。
【００２６】
本発明に係る更に他の人工衛星のマヌーバ制御装置は、マヌーバ計画に基づいて人工衛星に印加するトルクプロファイルであるフィードフォワードトルク指令信号を出力するフィードフォワードトルク指令値発生器と、前記人工衛星の姿勢角の目標値を生成し姿勢角目標信号を出力する姿勢角目標値発生器と、前記人工衛星の角速度の目標値を生成し角速度目標信号を出力する角速度目標値発生器と、前記人工衛星の姿勢角を検出し姿勢角検出信号を出力する姿勢角検出器と、前記人工衛星の角速度を検出し角速度検出信号を出力する角速度検出器と、前記姿勢角目標信号と前記姿勢角検出信号との差信号である姿勢角誤差信号及び前記角速度目標信号と前記角速度検出信号との差信号である角速度誤差信号が入力され姿勢制御信号を出力する姿勢制御信号演算器と、マヌーバ中に前記人工衛星に印加される外乱トルクを補償する外乱補償信号を出力する外乱補償信号演算器と、前記姿勢制御信号と前記外乱補償信号とが入力されこれらの和信号を所定のタイミングで出力する和信号演算器と、前記和信号及びフィードフォワードトルク指令信号に基づき前記人工衛星を駆動するための制御トルクを発生するリアクションホイールと、を有し、前記外乱補償信号演算器は、前記角速度検出信号と前記角速度目標信号との差信号及び前記和信号が入力され、新たに外乱補償信号を生成しこの外乱補償信号を所定のタイミングで出力することを特徴とする人工衛星のマヌーバ制御装置。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施例に係る人工衛星のマヌーバ制御装置について説明する。図１は本実施例に係るマヌーバ制御装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施例に係るマヌーバ制御装置においては、予めプログラムされたマヌーバ計画に基づいてフィードフォワードトルク指令信号１１を出力するフィードフォワードトルク指令値発生器８が設けられ、フィードフォワードトルク指令信号１１が入力されこの信号に基づいて制御トルクを発生するスラスタ１０が設けられている。この制御トルクは、このマヌーバ制御装置が搭載されている人工衛星に印加される。この人工衛星本体の動特性は、衛星ダイナミクス１として表される。
【００２８】
また、衛星ダイナミクス１の姿勢角を検出し姿勢角検出信号１９を出力する姿勢角検出器２、衛星ダイナミクス１の角速度を検出し角速度検出信号１６を出力する角速度検出器３、衛星ダイナミクス１の姿勢角の目標値を生成し姿勢角目標信号１８を出力する姿勢角目標値発生器４、衛星ダイナミクス１の角速度の目標値を生成し角速度目標信号１７を出力する角速度目標値発生器５が夫々設けられている。なお、姿勢角検出器２はスタートラッカ（ＳＴＴ）と慣性航法装置（ＩＲＵ）とにより構成することができる。また、角速度検出器３はＩＲＵ又はジャイロ等を適用することで容易に構成することができる。
【００２９】
更に、姿勢角目標信号１８と姿勢角検出信号１９との差信号である姿勢角誤差信号１４及び角速度目標信号１７と角速度検出信号１６との差信号である角速度誤差信号１５が入力され姿勢制御信号１３を出力する姿勢制御信号演算器６が設けられている。姿勢制御信号演算器６にはＰＩＤ制御器等を使用することができる。更にまた、フィードフォワードトルク指令信号１１及び角速度検出信号１６が入力され外乱補償信号１２を出力する外乱補償信号演算器９が設けられている。更にまた、姿勢制御信号１３及び外乱補償信号１２が入力され、この姿勢制御信号１３及び外乱補償信号１２に基づいて制御トルクを発生するリアクションホイール７が設けられている。
【００３０】
次に、本実施例のマヌーバ制御装置の動作について説明する。先ず、フィードフォワードトルク指令値発生器８がマヌーバ計画に基づき各時刻に衛星ダイナミクス１の各軸に与えるべきトルクをフィードフォワードトルク指令信号１１として生成し、スラスタ１０及び外乱補償信号演算器９に対して出力する。スラスタ１０はフィードフォワードトルク指令信号１１に基づいて駆動し、制御トルクを発生し衛星ダイナミクス１に印加する。
【００３１】
このとき、フィードフォワードトルク指令値発生器８には衛星ダイナミクス１の状態はフィードバックされず、フィードフォワードトルク指令値発生器８は事前に算出されたマヌーバ計画に基づいてフィードフォワードトルク指令信号１１を出力する。このため、衛星ダイナミクス１に対して外部環境から加わる外乱並びにフィードフォワードトルク指令信号１１の誤差、リアクションホイール７の出力誤差及びスラスタ１０が発生する離散的出力による制御誤差等の影響により外乱トルクが発生し、これにより人工衛星の姿勢誤差が発生する。
【００３２】
この姿勢誤差を、姿勢角検出器２、角速度検出器３、姿勢角目標値発生器４、角速度目標値発生器５及び姿勢制御信号演算器６からなる系により補償する。前述のフィードフォワードトルク指令値発生器８及びスラスタ１０によるマヌーバ中において、姿勢角目標値発生器４が各時刻における人工衛星の姿勢角の目標値を生成して姿勢角目標信号１８として姿勢制御信号演算器６に対して出力すると共に、角速度目標値発生器５が各時刻における人工衛星の角速度の目標値を生成して角速度目標信号１７として姿勢制御信号演算器６に対して出力する。また、姿勢角検出器２が人工衛星の実際の姿勢角を検出し姿勢角検出信号１９として姿勢制御信号演算器６に対して出力すると共に、角速度検出器３が人工衛星の実際の角速度を検出し角速度検出信号１６として姿勢制御信号演算器６に対して出力する。
【００３３】
このとき、姿勢制御信号演算器６に姿勢角目標信号１８と姿勢角検出信号１９との差信号として生成される姿勢角誤差信号１４と、角速度目標信号１７と角速度検出信号１６との差信号として生成される角速度誤差信号１５とが入力される。姿勢制御信号演算器６は姿勢角誤差信号１４及び角速度誤差信号１５に基づいて、ＰＩＤ制御則等、一般に広く利用されている制御ロジックによって姿勢制御信号１３を生成する。次に、姿勢制御信号演算器６は姿勢制御信号１３をリアクションホイール７に対して出力する。
【００３４】
更に、外乱補償信号演算器９は、フィードフォワードトルク指令信号１１及び角速度検出信号１６が入力され、これらの信号に基づいて外乱補償信号１２を生成し、この外乱補償信号１２をリアクションホイール７に対して出力する。外乱補償信号１２は、マヌーバ中に衛星ダイナミクス１に印加される外乱トルクを補償する信号である。
【００３５】
リアクションホイール７は、外乱補償信号１２と姿勢制御信号１３との和信号が入力され、この和信号に基づいて駆動して制御トルク発生し、この制御トルクを衛星ダイナミクス１に印加する。この結果、衛星ダイナミクス１は、スラスタ１０によるマヌーバ中に発生した姿勢誤差が、リアクションホイール７が発生する制御トルクにより補償されつつ、マヌーバが実施される。即ち、衛星ダイナミクス１はスラスタ１０及びリアクションホイール７が発生した制御トルクの和によってその姿勢が制御され、マヌーバが実施される。
【００３６】
以下、姿勢角目標値発生器４、角速度目標値発生器５及び姿勢制御信号演算器６の動作並びに外乱補償演算器９の動作について、より詳細に説明する。図２は、横軸にマヌーバが開始されてからの時刻をとり、縦軸に各時刻における姿勢角をとって、姿勢角目標値発生器４において生成される各制御周期の想定目標値とマヌーバ全体の最終目標値との関係を示すグラフ図である。図２に示すΔｔは姿勢制御信号演算器６のサンプリング時間である。
【００３７】
姿勢角目標値発生器４及び角速度目標値発生器５は、マヌーバ計画によって得られる最終的な姿勢角及び角速度を姿勢角目標信号１８及び姿勢角目標信号１７として出力する機能と共に、マヌーバ計画から得られる全姿勢変動分と姿勢制御信号演算器６の制御サンプリング周期との関係から事前に導出できる各制御時刻における想定姿勢角及び想定角速度を、各サンプリング周期における目標値として生成し、これを姿勢角目標信号１８及び姿勢角目標信号１７として出力する機能も有する。
【００３８】
時刻ｔ＝０にフィードフォワードトルク指令値発生器８の動作によりマヌーバが開始されると、人工衛星の姿勢角が変化し始める。このとき、姿勢角目標値発生器４はマヌーバが開始されてからΔｔ後（ｔ＝Δｔ）の姿勢角の目標値ｒ１を計算し、この計算結果を姿勢角目標信号１８として姿勢制御信号演算器６に対して出力する。時刻ｔ＝Δｔにおいて、姿勢制御信号演算器６は姿勢角検出信号１９をサンプリングし、姿勢角目標信号１８と姿勢角検出信号１９との差信号により、時刻ｔ＝Δｔにおける姿勢角の目標値（ｒ１）と実際の姿勢角との間の誤差を求める。同様に、角速度目標値発生器５が時刻ｔ＝Δｔにおける角速度の目標値を生成し、角速度目標信号１７として姿勢制御信号演算器６に対して出力する。姿勢制御信号演算器６は時刻ｔ＝Δｔにおける角速度の目標値と実際の角速度との誤差を求める。姿勢制御信号演算器６はこの姿勢角及び角速度の誤差に基づいて、ＰＩＤ制御則等により姿勢制御信号１３を生成する。
【００３９】
時刻ｔ＝２Δｔにおいても同様な動作を行う。即ち、姿勢角目標値発生器４が時刻ｔ＝２Δｔにおける姿勢角の目標値ｒ２を計算し、これを姿勢角目標信号１８として姿勢制御信号演算器６に対して出力する。また、角速度目標値発生器５が時刻ｔ＝２Δｔにおける角速度の目標値を計算し、姿勢制御信号演算器６に対して出力する。姿勢制御信号演算器６は時刻ｔ＝Δｔにおける姿勢角及び角速度の目標値と検出値との誤差を求め、姿勢制御信号１３を生成する。このような動作をΔｔ毎に繰り返す。
【００４０】
また、外乱補償演算器９においては、フィードフォワードトルク指令値発生器８が出力するフィードフォワードトルク指令信号１１及び角速度検出器３が出力する角速度検出信号１６に基づき、衛星ダイナミクス１に印加されるトルクのうちフィードフォワードトルク指令信号１１に起因するトルク以外のトルク、即ち外乱トルクを推定した上で、フィードフォワードトルク指令信号１１に対し衛星ダイナミクス１が正確に従うよう外乱トルクに対する補償信号（外乱補償信号１２）を生成する。
【００４１】
一般に衛星ダイナミクス１は非線形特性を有するが、本実施例においては、衛星ダイナミクス１の特性を１軸毎に線形化し、更に柔軟特性を無視すると、各軸のダイナミクスは剛体の運動方程式により表すことができる。人工衛星の対応する軸の慣性モーメントをＪとし、衛星ダイナミクス１の姿勢角をθとし、入力トルクをＴとすると、剛体の運動方程式は下式のようになる。
0003859454.tif 000002
ラプラス演算子をｓとし、前記数式をラプラス変換すると、下記数式１が得られる。
【００４２】
【数１】
0003859454.tif 000003
【００４３】
従って、入力トルクＴと衛星ダイナミクス１の姿勢角θとの関係を示す伝達関数、即ち、剛体衛星ダイナミクスは下式で表される。
0003859454.tif 000004
【００４４】
図３は前記数式１の入出力関係を示すブロック図である。フィードフォワードトルク指令信号１１をｕ、フィードフォワードトルク指令信号１１によりスラスタ１０が発生するトルクをＴ０、外乱トルクをｄ、角速度検出器３により検出される角速度をｗとすると、図３に示すように、スラスタ１０が発生するトルクＴ０と外乱トルクｄとの和が、慣性モーメントＪを有する衛星ダイナミクスに印加される。このトルクを積分すると角速度ωが得られ、更に積分すると衛星ダイナミクス１の姿勢角θが得られる。従って、下式が得られる。
0003859454.tif 000005
このとき、
0003859454.tif 000006
とすると、
0003859454.tif 000007
となる。従って、外乱トルクｄは下記数式２で表すことができる。
【００４５】
【数２】
0003859454.tif 000008
【００４６】
前記数式２より、外乱トルクｄを相殺する信号ｄ＊は、下式のようになる。
0003859454.tif 000009
但し、信号ｄ＊は微分項を含むため、このままでは実現できない。信号ｄ＊を実現するためには、次数差１以上のフィルタＦ（ｓ）が必要となる。このため、以下に示す２次のローパスフィルタＦ（ｓ）を導入して信号ｄ＊を実現する。
0003859454.tif 000010
これにより、外乱補償信号演算器９が生成する外乱補償信号１２が表すトルクをｕｄとすると、ｕｄは下記数式３により与えられる。
【００４７】
【数３】
0003859454.tif 000011
【００４８】
但し、α及びβは補償する外乱の周波数域を示す定数で、外乱に対する補償効果を調整するための設計パラメータであり、実際の衛星ダイナミクス１、姿勢制御系及び機器等に含まれるむだ時間を考慮した値を設定する必要がある。外乱補償信号演算器９は前記数式３により与えられる外乱補償信号１２を出力し、この外乱補償信号１２と姿勢制御信号１３との和信号に基づいてリアクションホイール７が制御トルクを発生する。
【００４９】
上述のように、本実施例に係る人工衛星のマヌーバ制御装置は、図１に示すように、マヌーバ計画に従いフィードフォワードトルク指令値発生器８が出力するフィードフォワードトルク指令信号１１に基づき、スラスタ１０によって実施するマヌーバ中に生じる姿勢角及び角速度の追従誤差の低減並びにマヌーバの整定時間の短縮化を目的として、従来のマヌーバ制御装置に対し外乱補償演算器９を加えた構成をとっている。
【００５０】
これにより、本実施例のマヌーバ制御装置においては、フィードフォワードトルク指令信号１１に基づいてスラスタ１０が発生する制御トルク並びに姿勢制御信号１３と外乱補償信号１２との和信号に基づいてリアクションホイール７が発生する制御トルクの２つの制御トルクによって衛星の姿勢マヌーバを実施する。このとき、外乱補償信号演算器９においては前記数式３に基づいて外乱補償信号１２を生成し、この外乱補償信号１２を理想的なマヌーバプロファイルに基づくフィードフォワードトルク指令信号１１と組み合わせてリアクションホイール７を駆動させるため、従来のマヌーバ制御装置と比較してマヌーバ中に生じる姿勢誤差が小さくなる。これにより、マヌーバの整定時間が短縮され、常に高速且つ高精度な姿勢マヌーバが実現できる。
【００５１】
このように、本実施例のマヌーバ制御装置においては、角速度検出信号１６及びフィードフォワードトルク指令信号１１に基づき、前記数式３より外乱補償信号１２を算出し、これにより、衛星ダイナミクス１で生じるマヌーバ誤差を高精度に補償することに特徴がある。このような作用は、従来のマヌーバ制御装置に外乱補償信号演算器９を単に付加するだけでは実現し得ないものである。
【００５２】
なお、外乱補償信号演算器９を一般的な集積回路により構成し、この集積回路に書き込まれたプログラムにより前記数式３の計算を行うことができる。また、電気回路によって前記数式３の計算を行うことも可能である。
【００５３】
また、前記数式２で示した外乱トルクｄは、姿勢角検出器２によって検出される姿勢角信号１９とフィードフォワードトルク指令信号１１とよっても推定可能である。このとき、以下に示す３次のローパスフィルタＦ２（ｓ）を使用する。
0003859454.tif 000012
これにより、外乱トルクｄは下記数式４で与えられる。
【００５４】
【数４】
0003859454.tif 000013
【００５５】
このとき、外乱補償信号演算器が生成する外乱補償信号が表すトルクをｕｄ２とし、補償する外乱の周波数域を示す定数をα、β及びγとすると、ｕｄ２は下記数式５により与えられる。
【００５６】
【数５】
0003859454.tif 000014
【００５７】
これにより、外乱補償信号演算器において、姿勢角信号１９とフィードフォワードトルク指令信号１１とよって外乱補償信号を生成し、人工衛星の姿勢誤差を補償することができる。
【００５８】
次に、本発明の第２の実施例に係る人工衛星のマヌーバ制御装置について説明する。図４は本実施例に係るマヌーバ制御装置の構成を示すブロック図である。図４に示すように、本実施例に係るマヌーバ制御装置においては、フィードフォワードトルク指令値発生器８の出力側に和信号演算器（図示せず）が設けられ、この和信号演算器はスラスタ１０並びに外乱補償信号演算器９の入力端及び出力端に接続されている。外乱補償信号演算器９は、外乱補償信号１２を前記和信号演算器に対して出力し、また、前記和信号演算器が出力する外乱補償信号１２とフィードフォワードトルク指令信号１１との和信号が入力すると共に、角速度検出器３から出力された角速度検出信号１６が入力するように配置されている。本実施例に係るマヌーバ制御装置における上記以外の構成は、前記第１の実施例に係るマヌーバ制御装置の構成と同じである。
【００５９】
本実施例に係るマヌーバ制御装置の動作について説明する。図４に示すように、外乱補償信号演算器９が外乱補償信号１２を和信号演算器（図示せず）に対して出力し、前記和信号演算器が外乱補償信号１２とフィードフォワードトルク指令値発生器８から出力されたフィードフォワードトルク指令信号１１との和信号を生成し、この和信号が所定のタイミングでスラスタ１０に入力されると共に外乱補償信号演算器９に入力される。また、外乱補償信号演算器９には角速度検出器３から出力された角速度検出信号１６も入力される。このとき、外乱補償信号演算器９は、外乱補償信号１２をｕｄ、フィードフォワードトルク指令信号１１と外乱補償信号１２との和信号をｕ、前記人工衛星の慣性モーメントをＪ、角速度検出信号１６をω、補償する外乱の周波数域を示す定数をα及びβ、ラプラス演算子をｓとするとき、前記数式３に基づいて新たに外乱補償信号１２を生成し、これを、前述の前記和信号が外乱補償信号演算器９に入力されるタイミングより後の所定のタイミングで出力する。なお、本実施例のマヌーバ装置においては、外乱補償信号１２はリアクションホイール７には入力されない。本実施例に係るマヌーバ制御装置における上記以外の動作は、前記第１の実施例に係るマヌーバ制御装置の動作と同じである。
【００６０】
本実施例に係るマヌーバ制御装置においては、外乱補償信号演算器９において前記数式３に基づいて外乱補償信号１２を生成し、この外乱補償信号１２を理想的なマヌーバプロファイルに基づくフィードフォワードトルク指令信号１１と組み合わせてスラスタ１０を駆動させるため、常に高速且つ高精度な姿勢マヌーバが実現できる。
【００６１】
また、本実施例に係るマヌーバ制御装置においては、前記第１の実施例に係るマヌーバ装置と比較して、外乱補償信号１２の経路をループ状に形成することにより、当初のフィードフォワードトルク指令信号１１に対して補償を行うのではなく、１周期前のサンプリング周期において生成されたフィードフォワードトルク指令信号１１と外乱補償信号１２との和信号に対して補償を行うことができるため、より高精度な補償を行うことができる。これにより、より高速且つ高精度なマヌーバが実現可能となる。
【００６２】
次に、本発明の第３の実施例に係る人工衛星のマヌーバ制御装置について説明する。図５は本実施例に係るマヌーバ制御装置の構成を示すブロック図である。本実施例に係るマヌーバ制御装置においては、外乱補償信号演算器９、姿勢制御信号演算器６及びリアクションホイール７に接続するように配置され、外乱補償信号１２と姿勢制御信号１３とが入力され、これらの和信号を生成し、この和信号を所定のタイミングでリアクションホイール７及び外乱補償信号演算器９に対して出力する和信号演算器（図示せず）が設けられている。また、外乱補償信号演算器９は、角速度検出信号１６と角速度目標信号１７との差信号と、前記和信号演算器から出力される外乱補償信号１２と姿勢制御信号１３との和信号とを入力信号とし、外乱補償信号１２を前記和信号演算器に対して出力するような構成となっている。本実施例に係るマヌーバ制御装置における上記以外の構成は、前記第１の実施例に係るマヌーバ制御装置の構成と同じである。
【００６３】
本実施例に係るマヌーバ制御装置の動作について説明する。外乱補償信号演算器９が外乱補償信号１２を前記和信号演算器に対して出力し、前記和信号演算器においてこの外乱補償信号１２と姿勢制御信号演算器６から出力された姿勢制御信号１３との和信号が生成され、この和信号が所定のタイミングでリアクションホイール７に入力されると共に外乱補償信号演算器９に入力される。また、外乱補償信号演算器９には角速度検出器３から出力された角速度検出信号１６と角速度目標値発生器５から出力された角速度目標信号１７との差信号も入力される。このとき、外乱補償信号演算器９は、外乱補償信号１２をｕｄ、姿勢制御信号１３と外乱補償信号１２との和信号をｕ、前記人工衛星の慣性モーメントをＪ、角速度検出信号１６と角速度目標信号１７との差信号をω、補償する外乱の周波数域を示す定数をα及びβ、ラプラス演算子をｓとするとき、前記数式３に基づいて新たに外乱補償信号１２を生成し、これを、前述の前記和信号が外乱補償信号演算器９に入力されるタイミングより後の所定のタイミングで出力する。本実施例に係るマヌーバ制御装置における上記以外の動作は、前記第１の実施例に係るマヌーバ制御装置の動作と同じである。
【００６４】
前述の第１及び第２の実施例に係る人工衛星のマヌーバ制御装置においては、フィードフォワードトルク指令信号１１とこの指令信号１１により生じた人工衛星の角速度とから衛星ダイナミクス１に加わった外乱トルクｄを推定する構成となっているため、この推定された外乱トルクを補償する外乱補償信号１２の中に姿勢制御信号１３の影響を除去する信号も含まれてしまう。そのため、外乱補償信号１２が姿勢制御信号演算器６にとっては制御精度を劣化させる方向に働き、相殺関係を生じる可能性がある。しかしながら、本実施例に係る人工衛星のマヌーバ制御装置においては、姿勢制御信号１３と外乱補償信号１２との和信号と、角速度検出信号１６と角速度目標信号１７との差信号とから衛星ダイナミクス１に加わった外乱トルクｄを推定する構成となっているため、前記相殺関係を改善しつつ、フィードフォワードトルク指令信号１１による運動に衛星ダイナミクス１の実際の運動を従わせることができる。このため、外乱補償信号演算器９の効果をより明確に出力に反映することができる。この結果、事前に計画されたマヌーバプロファイルへの追従特性を向上させることが可能となる。
【００６５】
次に、本発明の第４の実施例に係る人工衛星のマヌーバ制御装置について説明する。図６は本実施例に係るマヌーバ制御装置の構成を示すブロック図である。図６に示すように、本実施例に係るマヌーバ制御装置においては、姿勢制御用アクチュエータとしてスラスタ１０が設けられず、リアクションホイール７のみが設けられている。このため、フィードフォワードトルク指令値発生器８はフィードフォワードトルク指令信号１１をリアクションホイール７に対して出力する。リアクションホイール７には、外乱補償信号１２、姿勢制御信号１３及びフィードフォワードトルク指令信号１１の和信号が入力される。本実施例に係るマヌーバ制御装置における上記以外の構成は、前記第１の実施例に係るマヌーバ制御装置の構成と同じである。
【００６６】
本実施例に係るマヌーバ制御装置の動作について説明する。図６に示すように、フィードフォワードトルク指令値発生器８がマヌーバ計画に従ってフィードフォワードトルク指令信号１１を外乱補償信号演算器９及びリアクションホイール７に対して出力する。外乱補償信号演算器９は、フィードフォワードトルク指令信号１１及び角速度検出器３から出力された角速度検出信号１６が入力され、前記数式３に基づいて外乱補償信号１２を生成し、これをリアクションホイール７に対して出力する。一方、姿勢制御信号演算器６が姿勢制御信号１３をリアクションホイール７に対して出力する。フィードフォワードトルク指令信号１１に姿勢制御信号１３と外乱補償信号１２とを足し合わせた信号が加えられ、リアクションホイール７に入力される。リアクションホイール７はこの和信号により衛星ダイナミクス１に対する制御トルクを発生する。本実施例に係るマヌーバ制御装置における上記以外の動作は、前記第１の実施例に係るマヌーバ制御装置の動作と同じである。
【００６７】
本実施例に係るマヌーバ制御装置においては、外乱補償信号演算器９において前記数式３に基づいて外乱補償信号１２を生成し、この外乱補償信号１２を理想的なマヌーバプロファイルに基づくフィードフォワードトルク指令信号１１と組み合わせてリアクションホイール７を駆動させるため、常に高速且つ高精度な姿勢マヌーバが実現できる。また、スラスタ１０が使用できない場合においても、リアクションホイール７により外乱補償信号１２による補償を行うことができる。
【００６８】
次に、本発明の第５の実施例に係る人工衛星のマヌーバ制御装置について説明する。図７は本実施例に係るマヌーバ制御装置の構成を示すブロック図である。図７に示すように、本実施例に係るマヌーバ制御装置においては、姿勢制御用アクチュエータとしてスラスタ１０が設けられず、リアクションホイール７のみが設けられている。このため、和信号演算器（図示せず）はフィードフォワードトルク指令信号１１と外乱補償信号１２との和信号をリアクションホイール７に対して出力する。本実施例に係るマヌーバ制御装置における上記以外の構成は、前記第２の実施例に係るマヌーバ制御装置の構成と同じである。
【００６９】
本実施例に係るマヌーバ制御装置の動作について説明する。外乱補償信号演算器９が外乱補償信号１２を出力し、前記和信号演算器がこの外乱補償信号１２とフィードフォワードトルク指令値発生器８から出力されたフィードフォワードトルク指令信号１１との和信号を生成し、この和信号が所定のタイミングでリアクションホイール７に入力されると共に外乱補償信号演算器９に入力される。本実施例に係るマヌーバ制御装置における上記以外の動作は、前記第２の実施例に係るマヌーバ制御装置の動作と同じである。
【００７０】
本実施例に係るマヌーバ制御装置においては、外乱補償信号演算器９は前記数式３に基づいて外乱補償信号１２を生成し、この外乱補償信号１２を理想的なマヌーバプロファイルに基づくフィードフォワードトルク指令信号１１と組み合わせてリアクションホイール７を駆動させるため、常に高速且つ高精度な姿勢マヌーバが実現できる。また、スラスタ１０が使用できない場合においても、外乱補償信号１２による補償を行うことができる。更に、外乱補償信号１２の経路をループ状にすることにより、当初のフィードフォワードトルク指令信号１１に対して補償を行うのではなく、１周期前のサンプリング周期において生成されたフィードフォワードトルク指令信号１１と外乱補償信号１２との和信号に対して補償を行うことができるため、より高精度な補償を行うことができる。
【００７１】
次に、本発明の第６の実施例に係る人工衛星のマヌーバ制御装置について説明する。図８は本実施例に係るマヌーバ制御装置の構成を示すブロック図である。図８に示すように、本実施例に係るマヌーバ制御装置においては、姿勢制御用アクチュエータとしてスラスタ１０が設けられず、リアクションホイール７のみが設けられている。このため、フィードフォワードトルク指令値発生器８から出力されたフィードフォワードトルク指令信号１１は、リアクションホイール７に入力される。本実施例に係るマヌーバ制御装置における上記以外の構成は、前記第３の実施例に係るマヌーバ制御装置の構成と同じである。
【００７２】
本実施例に係るマヌーバ制御装置の動作について説明する。フィードフォワードトルク指令値発生器８がフィードフォワードトルク指令信号１１を生成し、これをリアクションホイール７に対して出力する。リアクションホイール７には、和信号演算器（図示せず）から出力される和信号及びフィードフォワードトルク指令信号１１が入力される。本実施例に係るマヌーバ制御装置における上記以外の動作は、前記第３の実施例に係るマヌーバ制御装置の動作と同じである。
【００７３】
本実施例に係るマヌーバ制御装置においては、前記第３の実施例と同様に、姿勢制御信号１３と外乱補償信号１２との和信号と、角速度検出信号１６と角速度目標信号１７との差信号とから衛星ダイナミクス１に加わった外乱トルクｄを推定する構成となっているため、外乱補償信号１２に姿勢制御信号１３の効果を反映することができる。このため、事前に計画されたマヌーバプロファイルへの追従特性を向上させることが可能となる。また、スラスタ１０が使用できない場合においても、リアクションホイール７により外乱補償信号１２による補償を行うことができる。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、リアクションホイールとスラスタ又はリアクションホイールのみで衛星の姿勢マヌーバを実施するマヌーバ制御装置において、外乱補償信号演算器を設けることにより、マヌーバ中に生じる姿勢誤差が小さく、目標姿勢への整定時間が短い人工衛星のマヌーバ制御装置を得ることができる。その結果、高速かつ高精度なマヌーバが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係るマヌーバ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】横軸にマヌーバが開始されてからの時刻をとり、縦軸に各時刻における姿勢角をとって、姿勢角目標値発生器４において生成される各制御周期の想定目標値とマヌーバ全体の最終目標値との関係を示すグラフ図である。
【図３】数式１の入出力関係を示すブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係るマヌーバ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施例に係るマヌーバ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第４の実施例に係るマヌーバ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第５の実施例に係るマヌーバ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第６の実施例に係るマヌーバ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図９】従来のマヌーバ制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１０】従来の他のマヌーバ制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１；衛星ダイナミクス
２；姿勢角検出器
３；角速度検出器
４；姿勢角目標値発生器
５；角速度目標値発生器
６；姿勢制御信号演算器
７；リアクションホイール
８；フィードフォワードトルク指令値発生器
９；外乱補償信号演算器
１０；スラスタ
１１；フィードフォワードトルク指令信号
１２；外乱補償信号
１３；姿勢制御信号
１４；姿勢角誤差信号
１５；角速度誤差信号
１６；角速度検出信号
１７；角速度目標信号
１８；姿勢角目標信号
１９；姿勢角検出信号
１００；衛星ダイナミクス
１０１；姿勢角検出器
１０２；角速度速度検出器
１０３；姿勢角目標値発生器
１０４；角速度目標値発生器
１０５；姿勢制御信号演算器
１０６；リアクションホイール
１０７；フィードフォワードトルク指令値発生器
１０８；スラスタ
１１０；フィードフォワードトルク指令信号
１１１；姿勢制御信号
１１２；姿勢角誤差信号
１１３；角速度誤差信号
Δｔ；サンプリング時間
ｒ１；時刻ｔ＝Δｔにおける姿勢角の目標値
ｒ２；時刻ｔ＝２Δｔにおける姿勢角の目標値
【図１】
0003859454.tif 000017
【図２】
0003859454.tif 000018
【図３】
0003859454.tif 000019
【図４】
0003859454.tif 000020
【図５】
0003859454.tif 000021
【図６】
0003859454.tif 000022
【図７】
0003859454.tif 000023
【図８】
0003859454.tif 000024
【図９】
0003859454.tif 000025
【図１０】
0003859454.tif 000026