Development and Steering Control Law of Inner-Singularity-Free Double-Gimbal Scissored Pair Control Moment Gyros
| Project/Area Number |
19K04840
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
KOJIMA HIROHISA 東京都立大学, システムデザイン研究科, 教授 (50322350)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | シザースペア・コントロールモーメントジャイロ / 内部特異点 / ジンバル駆動則 / 逆幾何学ジンバル駆動則 / モデル予測制御 / コントロールモーメントジャイロ / 劣駆動制御 / 特異点 |
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| Outline of Research at the Start |
宇宙機の大型化・高速姿勢変更による多点観測要求の高まりから，大トルク出力装置であるコントロールモーメントジャイロ(CMG)を姿勢制御装置として使用する必要性が高まっている．CMGには特異点が存在し，これを解消するために多数の研究されてきている．しかし，重量の増加，複雑な特異点回避制御則を必要とするなど依然として課題が多い．本研究では，CMGユニット数が少なく，特異点問題・トルク発生反応速度の遅さを機構的に同時解消できる新形態として，シザース・ペア・ダブルジンバルCMG（SPDGCMG）を提案，ジンバル駆動法を考案し，従来形態によるトルク発生性能を超えることを理論的かつ実験的に検証する．
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| Outline of Final Research Achievements |
A double-gimbal scissored-pair control moment gyroscope is newly proposed. This system is a hybrid system of scissored-pair and double gimbal mechanism, which has no internal singularity except at the origin and on the x-axis. This mechanism enables simpler and more precise attitude maneuver and faster escape from external singularities than variable-speed control moment gyroscopes. Besides, we developed a model predictive gimbal steering control method that eliminates the need for special treatment of internal singularities and an inverse kinematic gimbal steering method that eliminates the calculation of the inverse matrix of CMG Jacobian. Consequently, this study has overcome the problems of conventional control moment gyroscopes.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
ダブルジンバル・シザースペア・コントロールモーメントジャイロ(CMG)を新たに提案した。このシステムはシザースペアとダブルジンバル機構のハイブリッド系であるため、CMG特有の内部特異点がこのシステムには殆ど存在せず、より簡便で精密かつ素早い姿勢変更を実現するためのトルクを発生でき、従来のコントロールモーメントジャイロの問題点を克服した装置となっている。この装置を用いることで、例えば大型衛星の素早い姿勢変更による地上同一点の長時間観測や大型トレーラの転倒防止など、従来よりも高精度・高速な姿勢変更が求められる場面での適用が期待できる。
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Report
(4 results)
Research Products
(11 results)
