力学構造に着目した軌道-姿勢同時制御に関する研究

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本研究では，三体問題における平衡点近傍での科学衛星ミッションの実用化に向けて，軌道―姿勢の連成系を解析し，力学系の性質を明らかにしたうえで，軌道―姿勢同時制御手法の構築を目的とした．くわえて，実ミッションへ適用できるように，誤差や外乱を印加した状態でも制御可能な手法の開発も目的とした．さらに，長期間のミッションが可能になるように，機器の故障を想定して，少ない入力数による発展的な制御手法の検討も目的とした．今年度は，軌道―姿勢の連成系を解析と軌道―姿勢同時制御手法の構築に関する研究を重点的に行った．まず，宇宙機の軌道運動と姿勢運動が連成した系を三体問題で一般に用いられる回転座標系において都合が良い表現で定式化をした．導出された表現を解析することで，軌道―姿勢連成系の不安定性に関する知見を得た．次に，十分な数のスラスタとトルカが搭載された宇宙機を想定し，出力レギュレーション理論と呼ばれる追従制御によって，軌道と姿勢を同時に目標の状態量に追従させることのできる制御則の構築に成功した．さらに，制御則の特性についても議論し，制御コストを非常に小さくできることを解析的に明らかにした．また，スラスタのみによる制御手法についても検討した．次に，誤差や外乱を印加した状態でも軌道と姿勢を同時に制御可能な手法の開発に先立ち，誤差や外乱を含む環境下での軌道制御のみの検討をした．その結果，誤差や外乱が正規分布もしくはそれに十分近いものであれば，提案した制御則で目標状態近傍に軌道を維持できることが明らかになった．しかしながら，先に提案している制御則はもともと誤差や外乱に対して影響を受けにくいというロバスト性を有していない．そこで，ロバスト出力レギュレーションと呼ばれる出力レギュレーション理論を拡張した理論を用いて制御則を導出することで，ロバストな軌道制御あるいは軌道―姿勢同時制御が実現可能となる．