2017 Fiscal Year Research-status Report
複数の可変速1軸ジンバルCMGによる宇宙機の姿勢制御
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16K06886
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
山田 克彦 大阪大学, 工学研究科, 教授 (30402481)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
莊司 泰弘 大阪大学, 工学研究科, 助教 (70582774)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 宇宙機 / 姿勢制御 / CMG / 地上実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，宇宙機の姿勢制御アクチュエータが複数台の可変速1軸ジンバルCMG(Control Moment Gyro)である場合に，宇宙機を高速かつ確実に姿勢変更させるための姿勢制御系を確立することである．可変速1軸ジンバルCMGを用いることで，アクチュエータの台数を減らせる可能性があり，また特異点の通過が容易になると考えられる．
H28年度はこの可変速1軸ジンバルCMGのハードウェア設計を行い，4台のCMGを試作した．また，CMGを駆動するための制御回路の製作を行い，PC，電源，CMGを空気浮上テーブルに搭載して，CMGによる宇宙機の3軸姿勢制御実験が行える実験装置を製作した．また，これと並行して可変速1軸ジンバルCMGを2台用いる姿勢制御計画を立案し，その確認実験を行った．
H29年度は可変速1軸ジンバルCMGを2台用いる姿勢制御において，フィードフォワードとフィードバックを組み合わせる2自由度制御系を設計し，その確認実験を行って成果を国際学会で発表した．この内容は英文投稿して掲載が決定している．また，可変速1軸ジンバルCMGを3台用いる宇宙機の姿勢制御の基本アルゴリズムを構築し，シミュレーションで効果を確認して結果を国内学会で発表した．この確認実験を行うために，姿勢制御実験装置の重心ずれや取付誤差について精密な計測を実施中である．さらに，CMGのジンバル駆動部に用いているスリップリングの信頼性が問題となっているのでその改修を実施中である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ハードウェア面においてはH28年度にほぼ完成しており，H29年度は実験装置の重心ずれ，取付誤差の精密な計測やスリップリングの改修などを実施した．改修後のスリップリングはやや回転抵抗が大きいので実験に支障が生じるかどうかを確認して要すればさらに改修を試みる．ハードウェア面においては，H30年度も細かな改修を行う必要はあるものの，全体的には予定通りに進捗していると考えられる．
ソフトウェア面においては，可変速1軸ジンバルCMGを2台用いる場合の姿勢制御則やその検証実験はH29年度までにほぼ終了し，成果を国際学会で発表するとともに論文化したので，2台については完了したものと考えられる．現在は可変速1軸ジンバルCMGを3台用いる場合の姿勢制御則をシミュレーション検証している段階であり，この姿勢制御則を完成させ，確認実験が行えた段階で学会発表や論文投稿を予定している．最終的には可変速1軸ジンバルCMGを4台用いる場合の姿勢制御則を構築し，ソフトウェアとハードウェアの両面から検証を行うことであるが，現段階ではその前の3台の場合に注力している．したがってソフトウェア面では全体計画の60%程度の進捗と考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
可変速1軸ジンバルCMGが3台の場合の姿勢制御則の構築を行ったが，つねに満足な性能が得られる状況にはないので，その原因を検討中である．この原因を解明し，CMGが3台の場合の性能限界を明らかにすることが現在取り組んでいる課題である．この課題を克服できれば3台の場合の検証実験，成果まとめを行った後，可変速1軸ジンバルCMGが4台の場合の姿勢制御則への発展を試みる．3台の場合の姿勢制御則とその性能解析をベースに4台の場合にも拡張できるものと考えているが，4台の場合の実験検証に推移するのは今年度下半期以降と考えている．今年度は最終年度にあたるので，3台の場合と4台の場合の両方で学会発表や論文化を図る予定である．
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| Causes of Carryover |
今後の実験結果をもとにハードウェアの改修を行う予定であり，変更の可能性のある部品や保守部品については，実験状況に応じて最終決定するよう購入時期を延期させたため．
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Research Products
(3 results)
