2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development and Steering Control Law of Inner-Singularity-Free Double-Gimbal Scissored Pair Control Moment Gyros
| Project/Area Number |
19K04840
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
|---|
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)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| 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 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，ユニット数を増やさず，かつ高トルク発生機能を維持したまま，簡便なジンバル駆動則で制御でき，余分な摂動トルクを発生しない新たな形態としてシザース・ペアとダブルジンバルを組み合わせたダブルジンバル・シザース・ペア・コントロールモーメントジャイロ（DGSPCMG)を新たに提案し，ジンバル駆動則はどのようなものになるかを明らかにすることを目的としている．CMGは機構が複雑な分，故障の危険性があるため，機構の一部に故障が生じた際の対処ジンバル駆動則を明らかにすることを本年度の目標として研究を行い，以下の成果を得た．
DGSPCMGの構造の自由度の数，構造上の特徴を考慮し，角運動量の幾何的な関係からジンバル角速度を逆算する「逆幾何的ジンバル駆動則」を構築し，その有効性を確認するために特異点回避駆動則の１つであるGSR法と姿勢変更整定時間について比較した．その結果，ジンバル軸に故障がない場合，逆幾何的ジンバル駆動則はGSR法よりも静定時間が短い姿勢変更が可能であることが確認された．
また，インナー・アウタージンバル軸それぞれが故障した場合について，シザース・ペア角度の同一条件を解除してジンバル自由度を再確保した上で，ぞれぞれの故障時に対する逆幾何的ジンバル駆動則も同様に導出した．そして，CMG最大角運動量曲面を３次元曲面表現し，角運動量保持困難な軸方向を視覚化した．これによりインナー軸故障時にはアウター軸付近に角運動量保持不可能な円錐領域が生じ姿勢変更が難しくなる軸方向があること，また，アウター軸故障時は故障なし状態と変わらず全方向に角運動量保持可能であり， GSR法と比較してもアウター軸の故障角によらず整定時間は短く，逆幾何的ジンバル駆動則の有用性が確認できた．
|
