2017 Fiscal Year Research-status Report
CMGの特異点回避を考慮した宇宙機の姿勢制御手法の構築
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16K21070
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| Research Institution | Shonan Institute of Technology |
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Principal Investigator |
池田 裕一 湘南工科大学, 工学部, 講師 (80435396)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 宇宙機 / コントロール・モーメント・ジャイロ / 特異点回避 / 非線形モデル予測制御 / 姿勢制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年，地球・天文観測のミッションにおいて，特定領域の複数目標点を短時間で観測する多点指向制御など，宇宙機の姿勢を高速かつ大角度で変更するミッションの需要が高まっている．このようなミッションの実現においては，高トルクを出力することができるコントロール・モーメント・ジャイロ（CMG）を姿勢制御用アクチュエータに用いることが考えられる．しかし，CMGにはある回転軸方向にトルクを発生できない「特異点」と呼ばれるジンバル角の組が存在するため，特異点回避を考慮した制御系設計が必須である．
本研究では，CMGを用いた宇宙機の高速かつ大角度姿勢変更に対して，CMGの特異点回避を考慮した姿勢制御手法の構築，および実証実験による制御手法の実装可能性についての検証を目的としている．今年度は以下の研究課題について取り組んだ．
（１）アクチュエータ特性を考慮しない場合（アクチュエータが指令トルクを正確に生成できる）場合の制御則と申請者らが以前に提案した非線形モデル予測制御（NMPC）を組合わせた制御手法を提案した．CMGの特異点回避を考慮し，かつ制御系の安定性や制御性能の調整が従来手法よりも容易であることを数値シミュレーションにより確認した．また，高速・大角度姿勢変更のミッションでは，できるだけ短時間で目標角度に到達することが望ましいため，最短時間制御問題への拡張も検討した．
（２）宇宙機本体を模擬する構造物の選定と購入，CMGシステムの設計・製作・組立てを行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
制御手法の構築については，当初予定していた非線形モデル予測制御に基づいた手法に加え，最短時間制御問題への拡張の検討も実施しており，当初の計画以上に進捗している．しかし，制御手法の検討に想定以上に時間がかかったため，もう1つの検討事項である，制御系設計を考慮したCMG搭載宇宙機のモデリングについては検討が遅れている．実験装置に必要な機械・電子部品の選定・購入，装置設計や製作については計画通りに進捗している．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，進捗が遅れている制御系設計を考慮したCMG搭載宇宙機のモデリングを早急に推し進め，構築した制御手法を適用しモデルについての評価を行う．次に，実験装置による検証実験を行い，構築した制御手法を実際の宇宙機へ搭載するために必要なコントローラの性能，および制御則の実装可能性についても検討する．さらに，ノイズや物理パラメータ誤差，CMGの配置誤差にも対応可能な制御手法の構築を目指す．制御手法の構築においては，非線形モデル予測制御と最短時間制御を組合わせた手法の構築を目指す．
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| Causes of Carryover |
（理由）実験装置の製作に必要な構造物の購入時期が年度末になったため，差額分の使用が年度内に間に合わなかった．
（使用計画）実験装置の製作に必要な機械・電子部品の購入に使用する．
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