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반작용휠과 제어모멘트자이로를 이용한 위성 고기동 연구
A Study on High Agile Satellite Maneuver using Reaction Wheels and CMGs 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.41 no.2, 2013년, pp.107 - 119  

손준원 (Science & Technology Satellite Division, Korea Aerospace Research Institute) ,  이승우 (Science & Technology Satellite Division, Korea Aerospace Research Institute)

초록
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네 개의 반작용휠과 두 개의 제어모멘트자이로를 이용하여 2축 고기동을 포함한 3축 자세제어방법을 연구하였다. 두 개의 제어모멘트자이로 때문에 발생하는 특이점에 대해 살펴보고 특이점을 탈출하는 방법을 제안하였다. 이 결과를 토대로 고기동을 위한 구동기 제어방법을 제안하였다. 아울러 자세제어 전후의 반작용휠과 제어모멘트자이로의 모멘텀이 유지되도록 하는 구동기 모멘텀 관리방법도 제안하였다. 시뮬레이션을 통하여 설계된 제어기법이 위성의 3축 제어 및 2축에 대한 고기동을 달성하며 구동기의 모멘텀도 보전하는 것을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

We study three axis attitude control method including two axis high agile maneuver using four reaction wheels and two control moment gyros. We investigate singularity conditions due to two control moment gyros and propose singularity escape method. Based on this, we propose actuator control algorith...

주제어

#제어모멘트자이로   #반작용휠   #고기동  

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
두 개의 CMG를 이용하여 클러스터를 구성할 경우 어떠한 특이점이 발생하는가 두 개의 CMG를 이용하여 클러스터를 구성하였기 때문에 원하는 방향으로 토크를 낼 수 없는 특이점이 발생한다. 본 논문에서는 특이점 근처에서의 동작과 특이점에서도 토크를 생성할 수 있는 방향에 대해 살펴보았다.
제어모멘트자이로스코프의 장단점은 무엇인가 제어모멘트자이로스코프는 구조나 제어방법은 복잡하지만 반작용휠에 비해서 큰 출력토크를 낼 수 있다는 장점이 있다. 해외에서는 오래전부터 연구와 개발이 진행되고 위성에 탑재된 바 있다[1-6].
CMG 비행모델을 위성에 탑재할 때 검증된 반작용 휠도 함께 탑재해야 하는 이유는 무엇인가 이 때, CMG만 탑재하지 말고, 검증된 반작용휠도 함께 탑재하는 것이 바람직하다. 우주검증 도중에 CMG에 문제가 발생해서 자세제어가 불가능할 경우에도 반작용휠로 자세제어를 하며 위성의 다른 임무를 계속 수행할 수 있기 때문이다. 이를 고려하여, 검증된 반작용휠 4기와 새로 개발된 CMG 2기를 소형위성에 탑재하는 방안이 제시되었다[17].
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참고문헌 (17)

  1. Lee, S.-H., "Technology of Control Moment Gyroscope and its Industrial Trend," Journal of The Korean Society for Aeronautical and Space Siences, Vol. 40, No. 1, 2012, pp. 86-92. 

    원문보기 상세보기 crossref

  2. Roser, X., and Sghedoni, M., "Control Moment Gyroscopes (CGM's) and Their Application in Future Scientific Missions," Proceedings of the 3rd ESA International Conference, Nov. 1996, pp. 523-528. 

  3. Defendini, A., Lagadec, K., Guay, P., Blais, T., and Griseri, G., "Low cost CMG-Based AOCS Designs," Proceedings of the 4th ESA International Conference on Spacecraft Guidance, Navigation and Control Systems, Oct. 1999, pp. 393-398. 

  4. Lappas, V. J., Steyn WH, and Underwood C. I., "Attitude Control for Small Satellite Using Control Moment Gyros," Acta Automacica, Vol. 51, 2002, pp. 101-111. 

  5. Lappas, V., Oosthuizen, P., Madle, P, Cowie, L., Yuksel, G., and Fertin, D., "Micro CMGs for Agile Small Satellites: Design and In-Orbit Tests," Proceedings of the 6th International ESA Conference on Guidance, Navigation and Control Systems, Oct. 2005, pp.53.1. 

  6. Asghar, S., Palmer, P.L., and Roberts, M., "An Exact Steering Law for Twin Control Moment Gyro Systems," Proceedings of the 6th ESA International Conference on Guidance, Navigation and Control Systems, Oct. 2005, pp.24.1. 

  7. Lee, B., Oh, H., Kang, J., "Asymptotic Reduced-Dimensional Steering Strategies for CMG Singularity-Free Control," Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. 21, No. 3, 2007, pp. 436-447. 

    원문보기 상세보기 crossref

  8. Leeghim, H., Lee, I.H., Lee, D.H., Bang, H.C., and Park, J.O., "Singularity Avoidance of control Moment Gyros by Predicted Singularity Robustness: Ground Experiment," IEEE Transactions on Control Systems Technology, Vol. 17, No. 4, Jul, 2009, pp.884-891. 

    상세보기 crossref

  9. Myung, H., Lee, H., Park, J., Bang, H., Oh, S.-H., and Yong, K.-L., "Analytic Moedling of Control Moment Gyros," Journal of The Korean Society for Aeronautical and Space Siences, Vol. 35, No. 7, 2007, pp. 640-646. 

    원문보기 상세보기 crossref

  10. Jin, J., "Analysis of Attitude Control Characteristics for an Underactuated Spacecraft Using a Single-Gimbal Varibale-Speed CMG," Journal of The Korean Society for Aeronautical and Space Siences, Vol. 38, No. 5, 2010, pp. 437-444. 

    원문보기 상세보기 crossref

  11. Seo, H.-H., Rhee, S.-W., Lee, S.-H., Oh, S.-H., Yim, J.-R, and Yong, K.-L., "Design Criteria and Cluster Configuration Improvement of Single Gimbal Control Moment Gyros for Satellite," Journal of The Korean Society for Aeronautical and Space Siences, Vol. 36, No. 1, 2008, pp. 48-56. 

    원문보기 상세보기 crossref

  12. Jang, W.-Y., Rhee, S.-W., and Kwon, H.-J., "Development of 0.6Nm Small CMG Hardware and Performance Test," Journal of The Korean Society for Aeronautical and Space Siences, Vol. 38, No. 9, 2010, pp. 933-942. 

    원문보기 상세보기 crossref

  13. Jang, W.-Y.,"Development of SGCMG for Small Satellite and Study on the Pratical Approach of SGCMG for Attitude Control," Master Thesis, University of Science and Technology, 2010. 

  14. Lee, D., and Bang, H., "Time and Energy Optimal Spacecraft Attitude Trajectory using a CMG cluster," 2010 Fall Conference of The Korean Society for Aeuronautical and Space Sciences, Vol. II, 2010, pp. 866-869. 

  15. Kwon, H.-J. and Rhee, S.-W., "CMGs Torque Measurement Test and Drift Removal Method," 2011 Spring Conference of The Korean Society for Aeuronautical and Space Sciences, 2011, pp. 1058-1061. 

  16. Rhee, S.-W., and Kwon, H.-J., "Low Cost Small CMG Performance Test and Analysis," Journal of The Korean Society for Aeronautical and Space Siences, Vol. 39, No. 6, 2011, pp. 543-552. 

    원문보기 상세보기 crossref

  17. Son, J.-W., and Rhee, S.-W., "Satellite Attitude Control using Reaction Wheels and CMGs," Journal of The Korean Society for Aeronautical and Space Siences, Vol. 39, No. 10, 2011, pp. 935-945. 

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