自律的判断に基づく円滑な制御則切り替えによるCMGの耐故障性能向上

• 研究課題/領域番号: 25289309
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 航空宇宙工学
• 研究機関: 首都大学東京
• 研究代表者: 小島 広久 首都大学東京, システムデザイン研究科, 教授 (50322350)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2016年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2015年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2014年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2013年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
• キーワード: コントロールモーメントジャイロ / ジンバル駆動則 / 故障同定 / 劣駆動制御 / バックステッピング制御 / 適応則 / 微小重力実験 / W-Zパラメータ / Backstepping法 / 視線変更制御 / 航空宇宙工学 / 制御工学 / Backstepping / 重み自動変更 / 姿勢変更制御 / Control Moment Gyros / バックステッピング / 特異点

研究成果の概要

本研究では，適応スキュー角モーメントジャイロ（ASCMG）の耐故障性向上を目的とし，故障同定と駆動則を円滑に切替えることが可能な制御方法を考案した．指令トルクと実出力トルクとの差分を一定時間積分・評価することにより故障個所の同定が行えること，同定に従い駆動則が円滑に切り替わる調整法により目標姿勢へ安定に姿勢変更が可能なこと，非劣駆動状態から劣駆動状態へも円滑に制御則を切り替えられることを数値シミュレーションにより確認できた。また，2個のCMGユニットが故障した劣駆動状態でもBacksteppingに基づく制御手法により視線方向変更制御が可能なことを微小重力環境下での実験により検証した．

研究成果

• [雑誌論文] Spacecraft Line of Sight Maneuver Control Using Skew-arrayed Two Single-Gimbal Control Moment Gyros (2016)
  • 著者名/発表者名: Kojima, H., Trivailo, P.M. and Yoshimura, Y.
  • 雑誌名: Transactions of JSASS, Aerospace Technology Japan 巻: 14 号: ists30 ページ: Pd_31-Pd_37
  • DOI: 10.2322/tastj.14.pd_31
  • NAID: 130005246074
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] LMI-based Control Law for Variable-Speed Control Moment Gyros in Flexible Spacecraft (2015)
  • 著者名/発表者名: Kasai, S. and Kojima, H.
  • 雑誌名: International Journal of Space Science and Engineering 巻: ３ 号: 3 ページ: 246-278
  • DOI: 10.1504/ijspacese.2015.073215
  • 査読あり
• [雑誌論文] Calculation and Fitting of Boundaries between Elliptic and Hyperbolic Singularities of Pyramid-type Control Moment Gyros (2014)
  • 著者名/発表者名: Ｈｉｒｏｈｉｓａ ＫＯＪＩＭＡ
  • 雑誌名: Acta Astronautica 巻: 104 号: 1 ページ: 33-44
  • DOI: 10.1016/j.actaastro.2014.07.013
  • 査読あり
• [雑誌論文] 適応スキュー角ピラミッド型CMGに対するゲインスケジュールジンバル駆動則 (2014)
  • 著者名/発表者名: 笠井慎也，小島広久
  • 雑誌名: 日本航空宇宙学会論文集 巻: 62 号: 2 ページ: 55-62
  • DOI: 10.2322/jjsass.62.55
  • NAID: 130003391926
  • ISSN: 1344-6460, 2432-3691
  • 査読あり
• [雑誌論文] Singularity Visualization and Steering Control Law for Adaptive-skew Pyramid-type CMG (2013)
  • 著者名/発表者名: Kojima,H
  • 雑誌名: Elsevier, Acta Astronautica 巻: Vol.85 ページ: 120-137
  • DOI: 10.1016/j.actaastro.2012.12.019
  • 査読あり
• [学会発表] 航空機吊荷の運動制御のためのSinc関数に基づくScissors-CMGs駆動法 (2016)
  • 著者名/発表者名: 岸田智希, 小島広久
  • 学会等名: 54回飛行機シンポジウム
  • 発表場所: 富山国際会議場（富山県・富山市）
  • 年月日: 2016-10-24
• [学会発表] 適応スキューControl Moment Gyroにおける故障個所同定・駆動則切り替え方法に関する研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 尾崎 徹, 小島広久
  • 学会等名: 第３回制御部門マルチシンポジウム
  • 発表場所: 南山大学（愛知県・名古屋市）
  • 年月日: 2016-03-08
• [学会発表] ピラミッド型CMGにおける３軸制御から劣駆動姿勢制御への円滑な制御切り替え法の提案 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小島広久
  • 学会等名: 59回宇宙科学技術連合講演会
  • 発表場所: かごしま県民交流センター(鹿児島・鹿児島市）
  • 年月日: 2015-10-07
• [学会発表] Spacecraft Line of Sight Maneuver Control Using Skew-arrayed Two Single-gimbal Control Moment Gyros (2015)
  • 著者名/発表者名: Kojima, H., Trivailo, P.M. and Yoshimura, Y.
  • 学会等名: 30th ISTS
  • 発表場所: 神戸国際会議センター（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2015-07-04
  • 国際学会
• [学会発表] Fault-Tolerant Steering Control Law for Adaptive-Skew Control Moment Gyros (2015)
  • 著者名/発表者名: Ozaki, T. and Kojima, H.
  • 学会等名: 30th ISTS
  • 発表場所: 神戸国際会議センター（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2015-07-04
  • 国際学会
• [学会発表] シザース配置CMGによる航空機吊荷のヨーイング運動制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岸田智希, 小島広久
  • 学会等名: 関東支部第21期総会・講演会
  • 発表場所: 横浜市
  • 年月日: 2015-03-20 – 2015-03-21
• [学会発表] FPC-CMGの特異点曲面の可視化および最適角運動量軌道の決定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高橋智秀, 小島広久
  • 学会等名: 関東支部第21期総会・講演会
  • 発表場所: 横浜市
  • 年月日: 2015-03-20 – 2015-03-21
• [学会発表] Linear Matrix Inequality-based Steering Control Law of Variable Speed Control Moment Gyros for Flexible Spacecraft (2015)
  • 著者名/発表者名: Kasai Shinya, Kojima Hirohisa
  • 学会等名: 16th Australian International Aerospace Congress
  • 発表場所: Melbourne
  • 年月日: 2015-02-23 – 2015-02-26
• [学会発表] W－Zパラメータに基づいた２個のSkew配置CMGによる衛星のＬＯＳ変更制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小島広久
  • 学会等名: 第58回宇宙科学技術連合講演会
  • 発表場所: 長崎
  • 年月日: 2014-11-12 – 2014-11-14
• [学会発表] 楕円・双曲型特異点境界フィッティング曲線を用いた楕円型CMG特異点回避ジンバル角摂動量の計算法 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小島広久
  • 学会等名: 第45回航空宇宙学会年会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2014-04-10 – 2014-04-11
• [学会発表] 楕円・双曲型特異点境界フィッティング曲線を用いた 楕円型CMG特異点回避ジンバル角摂動量の計算法 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小島広久
  • 学会等名: 日本航空宇宙学会第45期年会講演会
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] Gain-scheduled Steering Control Law of Variable Speed CMG for Spacecraft Attitude Maneuver (2013)
  • 著者名/発表者名: Kasai, S. and Kojima, H.
  • 学会等名: AIAA, Guidance, Navigation and Control Conference
  • 発表場所: Boston, USA
• [学会発表] Gain-scheduled Steering Control Law of Variable Speed CMG for Spacecraft Attitude Maneuver (2013)
  • 著者名/発表者名: Kasai, S., Kojima, H., Sakai, M. and Satoh, M.
  • 学会等名: 29th International Science and Technology Symposiums
  • 発表場所: 名古屋
• [学会発表] 楕円型特異点回避モデル予測駆動制御則開発に向けたCMG特異点境界線の幾何学的計算 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小島広久, 山口 彗
  • 学会等名: 誘導制御シンポジウム
  • 発表場所: 相模原