Attitude Control of a Small Satellite with DGVSCMG via LPV Control Theory

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衛星用制御機器であるDGVSCMGを搭載した小型衛星のLPV制御理論を用いた制御手法の考案を行った．DGVSCMGは1基で3軸姿勢制御可能な新しい姿勢制御機器であり，これを搭載することで制御機器のスペースおよび重量が従来の半分以下となり，小型衛星の抱えるスペースおよび重量の制限を緩和することが期待できる．またパラメータの多さから，これまで宇宙機の姿勢制御への適用が難しいとされてきたLPV制御理論の適用手法を考案し，制御器の性能向上を確認した．主な研究成果を以下3点にまとめる．1点目は，DGVSCMG搭載宇宙機の姿勢制御と特異点回避に関する研究である．DGVSCMGは，制御器から要求されるトルクを出力することができない特異点が存在する．この特異点を回避するための制御手法の考案や，磁気トルカを用いた混合駆動則を提案することで，DGVSCMGのもつ特異点問題を解決し，実用化に近づけた．また，パラメータ依存基底変換行列を新たに提案，導入することで，LPV制御理論の宇宙機の姿勢制御問題への適用を可能にし制御性能の向上に成功した．2点目は，DGVSCMG搭載衛星の姿勢と振動の同時制御である．衛星の太陽パドルやアンテナといった柔軟構造物は，姿勢変更に伴い振動を引き起こしてしまうことがある．よって，従来振動に対してロバストな制御器の設計に関する研究が多く行われてきた．本研究では振動にロバストな姿勢制御器に加え，振動を抑制する振動制御器を別途設計し，それらの混合制御器の設計方法を提案した．また従来の手法と比較し，振動を抑えながら姿勢変更を達成できることを示した．3点目は，DGVSCMG搭載衛星の姿勢と軌道の同時制御である．衛星の軌道を維持するための軌道制御と姿勢制御を同時に達成するためのDGVSCMGとスラスタの混合駆動則を提案し，燃料消費の最小化を達成した．