[국내논문]위성동역학 시뮬레이터용 T-방식을 이용한 반작용휠 속도 측정 및 펄스 생성 Measuring and Generation the speed of reaction wheel for Spacecraft Dynamic Simulator using the T-Method원문보기
일정한 샘플링 시간 T마다 발생되는 반작용 휠 타코 펄스의 개수를 세어 구동기의 회전 속도를 측정하는 M 방식은 구현이 간단하고 측정 시간이 일정하다는 장점이 있으나, 저속에서 속도 측정의 해상도가 나빠진다는 단점이 있다. 그에 반해, 펄스와 펄스 사이의 시간 간격을 측정하는 T방식은 저속에서 정밀한 속도를 측정할 수 있으며 측정에 따른 시간 지연이 적다는 장점이 있다. 그러나 이 방법 역시 실제 구현 시 나눗셈이 필요하고 속도 측정 시간이 속도에 따라 가변되는 문제점이 있다. 현재 산업계에서는 전동기의 속도를 측정하기 위하여 M방식과 T방식을 조합한 M/T방식이 널리 사용되고 있지만, 현재 위성 분야에서는 M방식과 T방식중 하나만을 사용하고 있는 실정이다. 그럼으로, 저궤도 위성에서 핵심 구동장치로 사용되는 반작용 휠의 속도를 측정하기 위해서, 기존의 M 방식의 속도 측정방식에 저속에서의 속도 정확도 향상을 위하여 T 방식도 이용해서 속도 측정을 하려한다. 본 연구에서는 이러한 측정 요구조건을 만족할 수 있도록 지상 시험 장비인 위성동역학 시뮬레이터에서 반작용 휠의 모사를 위한 보드 설계를 제시하려 한다.
일정한 샘플링 시간 T마다 발생되는 반작용 휠 타코 펄스의 개수를 세어 구동기의 회전 속도를 측정하는 M 방식은 구현이 간단하고 측정 시간이 일정하다는 장점이 있으나, 저속에서 속도 측정의 해상도가 나빠진다는 단점이 있다. 그에 반해, 펄스와 펄스 사이의 시간 간격을 측정하는 T방식은 저속에서 정밀한 속도를 측정할 수 있으며 측정에 따른 시간 지연이 적다는 장점이 있다. 그러나 이 방법 역시 실제 구현 시 나눗셈이 필요하고 속도 측정 시간이 속도에 따라 가변되는 문제점이 있다. 현재 산업계에서는 전동기의 속도를 측정하기 위하여 M방식과 T방식을 조합한 M/T방식이 널리 사용되고 있지만, 현재 위성 분야에서는 M방식과 T방식중 하나만을 사용하고 있는 실정이다. 그럼으로, 저궤도 위성에서 핵심 구동장치로 사용되는 반작용 휠의 속도를 측정하기 위해서, 기존의 M 방식의 속도 측정방식에 저속에서의 속도 정확도 향상을 위하여 T 방식도 이용해서 속도 측정을 하려한다. 본 연구에서는 이러한 측정 요구조건을 만족할 수 있도록 지상 시험 장비인 위성동역학 시뮬레이터에서 반작용 휠의 모사를 위한 보드 설계를 제시하려 한다.
The M-Method that measures the speed of actuator with counting the number of Reaction wheel Tacho Pulse has the many advantages such that a realization is simple and measuring time is uniform, but it also has the disadvantage that measuring speed becomes worse as the wheel speed goes lower. On the c...
The M-Method that measures the speed of actuator with counting the number of Reaction wheel Tacho Pulse has the many advantages such that a realization is simple and measuring time is uniform, but it also has the disadvantage that measuring speed becomes worse as the wheel speed goes lower. On the contrary, the T-Method that measures the time duration between the pulses is more accurate at lower-speed and its time delay is smaller than M-Method, but its realization is more difficult than M-Method because measuring time is varying with wheel speed variation. Thought M/T Method mixing M-Method with T-Method is widely used in order to measure the speed in the motor industrial area, one of two methods has been used in the spacecraft design area. Therefore, we try to apply both methods together to measuring the speed of Reaction Wheel, the core actuator for low earth orbit satellite. This paper provides the Reaction Wheel simulation board located in the Spacecraft Dynamic Simulator, ground support test set.
The M-Method that measures the speed of actuator with counting the number of Reaction wheel Tacho Pulse has the many advantages such that a realization is simple and measuring time is uniform, but it also has the disadvantage that measuring speed becomes worse as the wheel speed goes lower. On the contrary, the T-Method that measures the time duration between the pulses is more accurate at lower-speed and its time delay is smaller than M-Method, but its realization is more difficult than M-Method because measuring time is varying with wheel speed variation. Thought M/T Method mixing M-Method with T-Method is widely used in order to measure the speed in the motor industrial area, one of two methods has been used in the spacecraft design area. Therefore, we try to apply both methods together to measuring the speed of Reaction Wheel, the core actuator for low earth orbit satellite. This paper provides the Reaction Wheel simulation board located in the Spacecraft Dynamic Simulator, ground support test set.
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가설 설정
이 때, 4 = 025초, 쯔 =108로 가정하였다. 회전속도에 관계없이 분해능이 일 정한값을 가짐을 볼 수 있다.
1주기 동안에 발생하는 RWA TACHO Pulse 신호의 최소 HIGH Pulse 구간은 20usce 이고, 가장 짧은 1주기는 40usec 라고 가정한다.
제안 방법
본 논문에서는 인공위성 반작용 휠의 속도 측정 방법을 소개하고 각 방법의 분해능 및 정밀도를 2장에서 비교 분석하였다. 이를 바탕으로 T- 방식을 적용한 반작용 휠의 지상 검증 장비로서 위성 동역학 시뮬레이터용 반작용 휠 모사 보드를 구현하려고 한다.
2장에서 비교 분석하였다. 이를 바탕으로 T- 방식을 적용한 반작용 휠의 지상 검증 장비로서 위성 동역학 시뮬레이터용 반작용 휠 모사 보드를 구현하려고 한다. 자세한 설명은 3장에서 다루어질 것이다.
반작용 휠의 속도를 측정하는 방식을 설명하고 각 방식의 특성을 분석한다.
유틸리티 보드의 외부로부터 들어오는 8Hz 기준신호의 1주기 동안에 발생하는 RWA TACHO Pulse 신호의 주기를 측정한다. 1주기 동안에 발생하는 RWA TACHO Pulse 신호의 최소 HIGH Pulse 구간은 20usce 이고, 가장 짧은 1주기는 40usec 라고 가정한다.
VME MAIN 컴퓨터가 유틸리티 보드에 일정값을 쓰고 읽어서 보드의 이상 유무를 확인해보고, 반작용 휠 모사 보드가 측정한 RWA TACHO Pulse 신호의 주기를 읽어간 후, 보드가 125ms 마다 발생해야 할 모터제어 신호의 횟수를 보드에 기록해두는 역할을 한다.
반작용 휠로부터 들어오는 타코 펄스와 펄스 사이의 시간 간격을 측정하기 위하여, 보드 자체내에 40Hz와 250Hz 클럭을 발생시켜서 그 펄스 간격을 측정함으로써, 보드의 성능을 검증하였다. 그림 21에서는 40Hz 클럭이 정확하게 발생 됨을 보여주고, 그림22에서는 발생된 펄스간의 시간 간격을 나타내는 펄스 개수인 12499(0x30d 3)를 나타내는데, 이 값은 2usec 의 오차를 가지는 25msec(40Hz) 신호임을 확인할 수 있다.
반작용 휠을 모사하는 보드내의 클럭을 발생시키는 회로내의 메모리 번지에 샘플링 주기 동안에 발생시킬 펄스의 개수를 입력시키면, 일정한 간격의 펄스를 만들어 내는지를 확인하였다. 그림25와 그림26에서 오실로스코프의 3번 채널은 인터럽트 신호이며, 4번 채널은 모사된 반작용 휠의 펄스를 나타낸다.
이 연구에서는 반작용 휠의 속도 측정 방법을 소개하고 각 방법이 갖는 해상도 및 정밀도를 비교하였다. 이런 비교 분석에 근거하여 저속 일 때의 정확도를 높이기 위하여 기존에 사용해왔던 M-방식에다 T-방식을 추가 고려하여 반작용 휠의 속도 측정을 수행한다.
이런 비교 분석에 근거하여 저속 일 때의 정확도를 높이기 위하여 기존에 사용해왔던 M-방식에다 T-방식을 추가 고려하여 반작용 휠의 속도 측정을 수행한다. 그러므로 지상 검증 장비인 위성 동역학 시뮬레이터 내의 반작용 휠의 속도를 측정 및 펄스를 발생 시킬 수 있는 보드의 설계 및 실험결과를 제시하였다. 그러나 현재는 보드 자체의 성능 검증만 이루어진 상태이므로, 향후 반작용 휠과 기타 전장 박스와의 연동시험을 통한 검증이 수행되어져야 할 것이다.
이론/모형
이런 비교 분석에 근거하여 저속 일 때의 정확도를 높이기 위하여 기존에 사용해왔던 M-방식에다 T-방식을 추가 고려하여 반작용 휠의 속도 측정을 수행한다. 그러므로 지상 검증 장비인 위성 동역학 시뮬레이터 내의 반작용 휠의 속도를 측정 및 펄스를 발생 시킬 수 있는 보드의 설계 및 실험결과를 제시하였다.
성능/효과
두 측정방법의 분해능을 비교해보면 M-방식의 속도 측정 방법은 현재의 회전속도에 상관없이 해상도가 일정하나 T-방식의 속도 측정 방법은 회전속도가 커질수록 분해능이 증가하는 경향을 가진다. 그러나 일반적으로 T-방식의 속도 측정 방법에 사용되는 고주파 클럭의 주파수 fc를 크게 잡을 수 있으므로 저속에서의 해상도가 T-방식의 속도 측정 방법보다 좋음을 알 수 있다.
후속연구
그러므로 지상 검증 장비인 위성 동역학 시뮬레이터 내의 반작용 휠의 속도를 측정 및 펄스를 발생 시킬 수 있는 보드의 설계 및 실험결과를 제시하였다. 그러나 현재는 보드 자체의 성능 검증만 이루어진 상태이므로, 향후 반작용 휠과 기타 전장 박스와의 연동시험을 통한 검증이 수행되어져야 할 것이다.
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