2020 Fiscal Year Research-status Report
Development and Steering Control Law of Inner-Singularity-Free Double-Gimbal Scissored Pair Control Moment Gyros
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19K04840
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
小島 広久 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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| Keywords | コントロールモーメントジャイロ / モデル予測制御 / 劣駆動制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ダブルジンバル・シザースペアーの数少ない特異点を考慮した制御則の成果を学術誌で掲載発表した。その論文では、シザースペアーによるトルク発生反応時間がRWモードによるトルク発生反応時間の約３０倍であることを示した。また、ＣＭＧヤコビアンの逆行列を用いることなく、幾何的にジンバル駆動量を求める方式も別途考案し、数値計算にてその有効性を検証した。この成果に基づいた特許を取得した。
さらにモデル予測制御を用いた制御則を検討し、姿勢変更の高速化（短時間化）型・ジンバル駆動制御量の最小化・これら２つを折衷したハイブリッド型の３種類の目的関数を用いた場合の制御結果を数値計算によって比較し、ハイブリッド型は目的関数の設定どおり、２つの方式の中間的な性能を示すことが確認できた。また、ホライゾン長さを長くするに伴い、制御結果がより姿勢変更高速化（短時間化）型の様子を示すことを明らかにした。
さらに、一部のジンバルが故障した場合を想定した劣駆動制御方式も検討し、Ｗ－Ｚパラメータを用いた姿勢制御表現に基づいたジンバル駆動則を新たに考案した。考案したジンバル駆動則は従来の劣駆動ジンバル駆動則とは異なり、衛星の慣性テンソルを陽に含む制御方式となるため、特異点がジンバル角だけで決まらず、衛星の慣性テンソルおよび現在の姿勢にも依存する定式化となるものとなったが、間接的に制御される軸まわりの慣性能率も考慮した制御方式となるため、従来の劣駆動ジンバル駆動制御則よりもより劣駆動状態を適切に考慮した制御方式を得た。
以上に加え、実験装置の詳細設計を行い、設計に従いパーツの加工製作を行い、また制御電子回路関係の設計・製作を行い、装置を完成させた。
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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
DGVSCMGのVS機能との性能比較を行い、シザースペアーによるトルク発生反応時間がRWモードによるトルク発生反応時間の約３０倍であることを明らかにし、提案したDGSPCMGの優位性を示すことができた。また、懸案となっていたジンバル駆動部におけるスリップリング軸接続・固定方法を解決した実験装置が完成し、基礎的な実験が行えた。
その他、計画の３年目に予定していた課題である「ジンバルの一部が故障した場合の制御」に対する基礎的成果が得られた。以上の点から、おおむね順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
エアベアリング装置の上に、DGSPCMGを搭載し、本格的な実験を行い、バリアブルスピード機能モードによるDGVSCMGとの性能比較、ジンバルの一部が駆動しない状態になった状態を想定した制御方式の検証を実施する。また、劣駆動ジンバル駆動制御法、幾何的ジンバル駆動制御法の成果を論文にまとめ、学術誌へ投稿、掲載を目指す。
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| Causes of Carryover |
国際学会・国内学会への参加を計画していたが、コロナ禍によるオンライン学会に変更されたため、旅費の支出が不要となった。また、大学院生の大学への来校が制限されたため、実験補助要員としての謝金を支払うことが困難になったため。
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Research Products
(5 results)
