超小型衛星群の効率的利用を目指した非線形制御理論の研究

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本年度は,人工衛星群の編隊制御に関する情報収集とそれに基づく基礎研究を行った.人工衛星群の編隊には,目的に応じて様々な形態があり,形態に応じて制御手法や各衛星の持ちうる情報量が異なる.そこで本年度は,衛星群が軌道上で一定の幾何学形状を維持する問題を考え,制御則の開発と制御系の解析を行った.実際の宇宙利用計画案の一つに,地球周回軌道上に大きなトラス構造を組み高精度の観測や通信を行うことが挙げられているが,トラス構造を幾何学形状を有するよう制御された衛星群に置き換えることを可能とすることを目指している.我々が取り組んだ問題は以下のようなものである.三個の衛星が軌道上で正三角形形状を保つような制御系を構成する.ただし,いずれの衛星にも情報の入手手段やそれに基づく判断に上下関係が無く,自律的に行動を決定する.ほとんどの編隊制御では,リーダー機を設定し,他の衛星はその指示に従うという戦略を取るが,これでは,情報が一つに集中しリーダー機の故障に対するロバスト性が無いという問題がある.このことは,小型衛星群の利用の有用性の最も大きなものを失わせてしまう.しかし,各機が自律的に行動する場合,全体の編隊が望ましい形状になる保証を与える必要があること,また,編隊を監視するリーダー機が存在しないので,編隊の安定性を保証する必要がある.本研究では,以上の問題を解決する自律的編隊制御法を提案するとともに,閉ループ系が非線形システムとなること,さらに,各機の自律的行動だけでは不安定系となることを明らかにし,二重の制御系により,編隊の安定化を達成した.また,研究代表者が以前から行ってきた小型衛星のためのジャイロを用いない姿勢制御系の設計問題も同時に行い,計測自動制御学会論文集へ2編の論文を発表した.