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문제 정의
- 본 논문에서는 고장으로 인하여 두 개의 휠만이 정상적으로 동작하는 위성의 자세제어 문제를 다루고 있다. 즉, 위성의 내고장성을 위해 두 개의 휠만으로도 제한된 임무를 수행할 수 있도록 한다.
- 안테나 등을 포함하는 위성면 자체가 목표지점을 향하는 것으로도 충분히 통신 및 제한적인 임무수행이 가능하며 롤 각도를 정확히 유지하는 것은 불필요하다고 가정한다. 위성의 비정상적 제어상태를 고려하여 피치와 요 자세만을 제어하여 위성면이 목표지점과 일정한 자세를 유지하는 것을 목표로 한다.
- 본 논문에서는 위성의 내고장 제어를 위해 두개의 휠만을 사용하여 위성의 자세를 제어하는 기법에 대한 연구결과를 제시하였다. 초기 모멘텀이 영이 아닌 위성은, 2개의 휠로는 세 개의 자세를 독립적으로 제어할 수 없다.
가설 설정
- 두 개의 휠은 부족구동 상태이지만, 휠의 상태와 위성의 모멘텀 특성에 따라 위성을 안정화시키고 제한된 자세제어를 수행할 수 있다. 초기의 모멘텀은 영이 아니라고 가정한다. 이 경우 한 축에 대한 자세제어는 불가능하므로, 롤 축(Xb)에 대한 자세제어는 제외한다.
- 관심 대상의 위성은 모멘텀 교환장치인 반작용 휠을 장착한 소형위성이다. 기본적으로 4개의 휠이 그림 1과 같이 피라미드 형상으로 장착된다고 가정한다. 그림 2와 같이 지구표면에 있는 목표점을 지향하면서 통신, 임무 등을 수행하게 된다.
- 평면에서 그림 3과 같다. 휠의 고장은 다양하지만, (W1, W2)와 (W1, W3)의 조합이 정상인 상황을 가정한다. 다른 조합들은 입력의 부호만 반대이기 때문에 본 논문에서 제안한 방법을 응용하여 제어할 수 있다.
- )에 대한 자세제어는 제외한다. 안테나 등을 포함하는 위성면 자체가 목표지점을 향하는 것으로도 충분히 통신 및 제한적인 임무수행이 가능하며 롤 각도를 정확히 유지하는 것은 불필요하다고 가정한다. 위성의 비정상적 제어상태를 고려하여 피치와 요 자세만을 제어하여 위성면이 목표지점과 일정한 자세를 유지하는 것을 목표로 한다.
- 위성은 2개의 휠만이 정상동작하고 있다고 가정하며, 위성의 운동 방정식은 다음과 같다[1].
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