Attitude Control of Spacecraft by Nonlinear Model Predictive Control with Consideration of Singularity Avoidance of CMG

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16K21070
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Aerospace engineering; Control engineering/System engineering
• Research Institution: Shonan Institute of Technology
• Principal Investigator: Ikeda Yuichi 湘南工科大学, 工学部, 講師 (80435396)
• Research Collaborator: Kida Takashi ; Yamaguchi Isao
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 宇宙機 / 姿勢制御 / 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

Outline of Final Research Achievements

In this research, for the agility and large angle attitude control problems of spacecraft equipped with control moment gyro (CMG) that can output large torque, we aim at the construction of attitude control method with considering of singularity avoidance of CMG and verification of implementability of control method by　experimental apparatus, and we proposed a control method using nonlinear model predictive control. The effectiveness of proposed control method is verified by numerical simulations, it is confirmed that the singular point of CMG can be avoided without deteriorating the control performance.

Free Research Field

制御工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

CMG搭載宇宙機の姿勢制御に関する研究の多くは，特異点からの脱出・回避を行うためのジンバル駆動則の設計であり，これらは指令トルクを算出する制御則とは個別に設計されるため，特異点からの脱出・回避時における制御性能の劣化や角運動量飽和についての議論はなされていない．本研究はCMG搭載宇宙機の姿勢制御問題に対して，制御性能と特異点回避を同時に考慮できるという新しい制御手法を提案するものであり，様々なCMGシステムにも柔軟に適用できるという従来研究にはない特色を有する．また，CMGは建設用クレーンの吊荷姿勢制御にも用いられることから，宇宙機以外のシステムにも適用可能な汎用性の高い制御手法となる．