CMG の特異点回避と閉ループ系の安定性を考慮したNMPC による宇宙機の姿勢制御

摘要

大型衛星の姿勢保持?変更や，高速かつ大角度姿勢変更を要する小型衛星には大きなトルクを出力することができるアクチュエータが必要となる．これらに対しては，リアクションホイール（RW）と比べて大きなトルクを出力することが可能であり，かつ消費電力に対する出力トルク比が高いコントロールモーメントジャイロ（CMG）の使用が適している．通常，CMG により3 軸姿勢制御を行う場合，3 軸方向にトルクを出力させることや耐故障性の観点から複数個のCMG を組合わせたCMG システムを用いるが，CMG システムには特異点と呼ばれるある軸方向へのトルクが出力できないジンバル角の組合わせが存在する．そのため，特異点回避?脱出を考慮した制御系設計に関して多くの研究が行われている．近年では，非線形モデル予測制御（Nonlinear modelpredictive control : NMPC）や状態依存型Riccati 方程式（State-Dependent Riccati Equation : SDRE）などの実時間最適制御手法を用いた特異点回避に関する研究が行われており，筆者らもNMPC を用いた手法を提案している．