2015 Fiscal Year Annual Research Report
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25420854
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
内山 賢治 日本大学, 理工学部, 教授 (90281691)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 球形ホイール / 小型衛星 / 姿勢制御 / 浮上盤 / 2自由度制御 / 消費電力 / スライディングモード制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
小型人工衛星開発は，宇宙関連の研究機関だけでなく大学でも行われており，世界的に見ても人工衛星の小型化が進んでいる．小型衛星では機器を搭載する空間が十分ではなく，新たなシステムの開発の必要性が生じている．本研究は，新たな姿勢制御システムとして，「球体の回転反力を利用して衛星の姿勢を制御する」ことを提案し，そのシステム開発を行ってきた．
当初，球形ホイールは圧電素子を利用し直接ホイールに力を伝達する方法を採用していた．本研究費により購入したインピーダンスアナライザを用いて圧電素子の電気特性を測定し，圧電アクチュエータの駆動周波数を特定することができた．球形ホイールは，計6個の圧電アクチュエータを用いて駆動され，回転速度は光学センサを用いて測定し，200rpmまでの回転数制御に成功した．また，回転方向も自由に変えることにも成功したが，200rpm以上の回転数や安定した回転方向制御を実現することが困難となっていた．さらに，消費電力の問題も発生し，球状ホイールの駆動方法について再考する必要性が生じた．
これらの問題を解決するために，球状ホイールを駆動するアクチュエータとして，圧電素子から小型モータに変更した．球状ホイールの回転方向制御の向上を図るため，モータ軸にはオムニホイールを取り付ける方法を提案した．これにより，姿勢制御装置の寸法，質量，及び消費電力を改善することができた．作製した装置の有効性を検証するために，衛星モデルを作製し，浮上盤上で検証実験を行った．まず，2自由度制御を適用し，回転速度は1200rpm以上まで実現し，回転方向についても安定した制御を行うことができた．装置には摩擦等の外乱が多いため，さらにロバストな制御系を設計し，その有効性を数値シミュレーションおよび実験により検証した．その成果を国内外で開催された学術会議において発表した．
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