Development and Steering Control Law of Inner-Singularity-Free Double-Gimbal Scissored Pair Control Moment Gyros

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K04840
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: KOJIMA HIROHISA 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 / モデル予測制御

Outline of Final Research Achievements

A double-gimbal scissored-pair control moment gyroscope is newly proposed. This system is a hybrid system of scissored-pair and double gimbal mechanism, which has no internal singularity except at the origin and on the x-axis. This mechanism enables simpler and more precise attitude maneuver and faster escape from external singularities than variable-speed control moment gyroscopes. Besides, we developed a model predictive gimbal steering control method that eliminates the need for special treatment of internal singularities and an inverse kinematic gimbal steering method that eliminates the calculation of the inverse matrix of CMG Jacobian. Consequently, this study has overcome the problems of conventional control moment gyroscopes.

Free Research Field

宇宙機力学制御

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

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(CMG)を新たに提案した。このシステムはシザースペアとダブルジンバル機構のハイブリッド系であるため、CMG特有の内部特異点がこのシステムには殆ど存在せず、より簡便で精密かつ素早い姿勢変更を実現するためのトルクを発生でき、従来のコントロールモーメントジャイロの問題点を克服した装置となっている。この装置を用いることで、例えば大型衛星の素早い姿勢変更による地上同一点の長時間観測や大型トレーラの転倒防止など、従来よりも高精度・高速な姿勢変更が求められる場面での適用が期待できる。