Learning Guide
人工衛星の姿勢制御ガイド
オイラー角・クォータニオンから回転の力学、姿勢制御手法、センサまで。4章・18記事で人工衛星の姿勢制御を学ぶ。
01
姿勢の表現方法
衛星がどちらを向いているかを数学的に記述する方法を学ぶ。回転行列から始め、オイラー角のジンバルロック問題、そしてクォータニオンによる特異点のない姿勢表現まで体系的に理解する。
1姿勢制御→
姿勢制御→
剛体の姿勢表現
座標系の定義と回転行列・方向余弦行列の基礎理論
2更新予定
オイラー角とジンバルロック
オイラー角の定義と3軸回転の順序依存性、ジンバルロックの原因
3更新予定
4クォータニオンによる回転
四元数の代数構造と回転への応用、オイラー角との変換
人工衛星の姿勢と座標系
衛星の機体座標系・軌道座標系の定義と姿勢角の表現
02
回転の力学
剛体がどのように回転するかを支配する力学法則。慣性モーメントテンソルの物理的意味から、オイラーの運動方程式による姿勢ダイナミクスの記述まで。
1姿勢制御→
慣性モーメント
慣性モーメントテンソルの定義、主軸変換、典型的な形状での計算
2更新予定
オイラーの運動方程式
剛体の回転運動方程式の導出とジャイロ効果の物理的意味
3更新予定
人工衛星の角運動量管理
角運動量保存則と外乱トルクによる蓄積問題
03
姿勢制御手法
衛星を所望の方向に向け、その姿勢を維持するためのアクチュエータと制御手法。リアクションホイール、磁気トルカ、スラスタによる制御の原理と設計を学ぶ。
1姿勢制御→
三軸姿勢制御
三軸姿勢制御系の構成と制御アルゴリズムの基礎
2更新予定
リアクションホイールによる姿勢制御
角運動量交換による姿勢制御の原理と冗長構成
3更新予定
磁気トルカによる姿勢制御
地磁場との相互作用を利用したアンローディングと姿勢制御
04
姿勢決定とセンサ
衛星の現在姿勢を推定するためのセンサ技術と推定アルゴリズム。太陽センサ・スタートラッカーの原理から、カルマンフィルタを用いた姿勢推定まで。
1更新予定
太陽センサの原理
太陽方向ベクトルの計測原理と姿勢決定への利用
2更新予定
スタートラッカー
恒星パターンマッチングによる高精度姿勢決定の仕組み
3更新予定
姿勢決定アルゴリズム
TRIADやQUEST法などのベクトル観測に基づく姿勢決定
4更新予定
カルマンフィルタによる姿勢推定
ジャイロとセンサ情報を統合した逐次姿勢推定の理論と実装