| 研究課題/領域番号 |
19K04837
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分24010:航空宇宙工学関連
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| 研究機関 | 大阪府立大学 (2021)
大阪大学 (2019-2020) |
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研究代表者 |
山田 克彦 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 客員教授 (30402481)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2021年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2020年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2019年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
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| キーワード | 宇宙機 / 姿勢制御 / CMG / 最適制御 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
宇宙機の姿勢制御アクチュエータが複数台の1軸ジンバルCMG(Control Moment Gyro)である場合に，宇宙機を高速かつ確実に姿勢変更させるためのフィードバック姿勢制御系を確立する．本研究では，宇宙機の姿勢誤差から最適なジンバル角を一定時間間隔で求めるため，1軸ジンバルCMGの台数が2台しかない場合にもフィードバック制御系を構築できる可能性があり，宇宙機の小型化，軽量化に寄与できる．得られたフィードバック制御則の有効性をシミュレーションおよび地上実験で検証する．
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| 研究成果の概要 |
宇宙機の姿勢制御アクチュエータが複数台の1軸ジンバルCMG(Control Moment Gyro)である場合に，宇宙機を高速かつ確実に姿勢変更させるためのフィードバック姿勢制御系について検討した．この系に対して各時刻の姿勢誤差から最適なジンバル角速度を直接的に求めるアルゴリズムを提案し，ピラミッド配置のCMG系に適用した．その結果，CMGが4台の場合，1台が故障して3台となった場合，2台が故障して2台となった場合の，いずれの場合においても，ほぼ同じアルゴリズムで宇宙機の姿勢制御が行えることを実験検証できた．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
CMGを用いた宇宙機の姿勢制御系では通常姿勢制御トルクからジンバル角速度を求めるが，この際に変換マトリクスが特異になってジンバル角速度を求められないことがある．本方法では姿勢制御誤差から姿勢制御トルクを求めずに，直接的にジンバル角速度を求めるために特異の問題を避けることができる．また，この方法では，CMGの台数によらずにほぼ同じアルゴリズムを適用することができるため，CMGの1台または2台が故障したような場合にも対応することができる．このような利点を有する方法は類似例がなく，学術的意義を有するとともに，実際の宇宙機に対して適用することで，信頼性の高い高速姿勢制御系を実現することができる．
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