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論 文 要 旨 論 文 内 容 の 要 旨

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論 文 要 旨 論 文 内 容 の 要 旨
(別紙様式2)
論 文 要 旨
区 分 甲 氏 名 吉村 康広 論文題名 Analytical Approach to Position and Attitude Control of an Underactuated Satellite
Using Thrusters (解析的アプローチによるスラスタを用いた劣駆動衛星の
位置・姿勢制御) 論 文 内 容 の 要 旨
本 論 文 で は ,惑 星 探 査 に 必 要 な 人 工 衛 星 の 位 置・姿 勢 制 御 を 少 数 の ス ラ ス タ を 用 い て 行 う 劣
駆 動 制 御 手 法 を 提 案 す る .少 な い ア ク チ ュ エ ー タ 数 に よ り 衛 星 の 制 御 を 可 能 に す る こ と で ,制
御 機 器 故 障 時 に お い て も ミ ッ シ ョ ン を 継 続 す る こ と が で き ,衛 星 の 信 頼 性 と 寿 命 を 大 幅 に 向 上
す る こ と に 貢 献 す る .提 案 手 法 は 解 析 的 な ア プ ロ ー チ に よ っ て 並 進 運 動・回 転 運 動 へ の 影 響 を
導 出 で き る .そ の た め ,本 論 文 で 扱 う シ ス テ ム に 限 ら ず ,入 力 制 約 を も つ 劣 駆 動 シ ス テ ム に 対
して有効な手法のひとつの指針になるものである.
第 1章 で は , 研 究 背 景 と 関 連 研 究 の 調 査 を ま と め る . こ れ ま で 打 ち 上 げ ら れ て き た 惑 星 探 査
機 は ,そ の 位 置 と 姿 勢 を 制 御 す る た め に ,ス ラ ス タ や リ ア ク シ ョ ン ホ イ ー ル を は じ め と し た 制
御 ア ク チ ュ エ ー タ を 数 多 く 搭 載 し て い る .そ の 結 果 ,衛 星 の 各 運 動 を 独 立 に 考 え る こ と が で き ,
制 御 を 簡 単 化 で き る .ま た ,ア ク チ ュ エ ー タ 故 障 時 の バ ッ ク ア ッ プ と し て も 有 効 で あ る .し か
し ,多 く の 制 御 ア ク チ ュ エ ー タ 搭 載 は ,重 量 制 限 の 下 で は ミ ッ シ ョ ン で 最 も 重 要 な 観 測 機 器 の
搭 載 を 制 限 す る と い う ト レ ー ド オ フ の 関 係 に あ る .ま た ,い く つ か の ア ク チ ュ エ ー タ が 故 障 し
た 際 に ,残 さ れ た ア ク チ ェ ー タ で ど の よ う に 制 御 す る か ,ど の よ う な 制 御 が 可 能 で あ る か と い
う 議 論 は 行 わ れ て い な い .そ こ で ,本 研 究 で は ,少 数 の ス ラ ス タ を 用 い て 衛 星 の 位 置・姿 勢 同
時 制 御 を 達 成 す る た め の 手 法 を 構 築 す る こ と を 目 的 と す る .こ の よ う な 劣 駆 動 シ ス テ ム に 対 す
る 一 般 的 な 制 御 手 法 は ,未 だ に 確 立 さ れ て い な い .さ ら に ,ス ラ ス タ は そ の 機 構 上 ,一 方 向 に
の み 推 力 発 生 す る と い う 入 力 制 約 を 持 つ .し た が っ て ,本 研 究 で 扱 う シ ス テ ム は 入 力 制 約 を 持
つ 劣 駆 動 シ ス テ ム と な り ,既 存 研 究 の 手 法 を 直 接 適 用 す る こ と が 困 難 で あ る .そ の 解 決 手 段 と
し て ,本 論 文 で は 一 定 推 力 を 加 え る 場 合 に 生 じ る 位 置・姿 勢 運 動 へ の 影 響 を 解 析 的 に 表 現 す る
ことで,制御手法を提案する.
第 2章 で は , い く つ の ス ラ ス タ が 姿 勢 制 御 に 必 要 で あ る か を 議 論 す る . ス ラ ス タ の 一 方 向 入
力 制 約 を 考 慮 し ,ス ラ ス タ が 発 生 可 能 な ト ル ク 領 域 を 厳 密 に 示 す こ と で ,必 要 ス ラ ス タ 数 を 導
出 す る . 劣 駆 動 姿 勢 制 御 を 考 慮 し た 結 果 , 既 存 の 結 果 よ り 少 な い 3基 の 平 行 配 置 ス ラ ス タ で 制
御 可 能 で あ る こ と を 示 す .さ ら に ,そ の ス ラ ス タ 数・配 置 を ベ ー ス に 劣 駆 動 姿 勢 制 御 則 を 導 出
す る .既 存 の 制 御 手 法 は 慣 性 モ ー メ ン ト 比 が 軸 対 称 に 近 い ,も し く は 軸 対 称 か ら 大 き く 離 れ る
と 制 御 効 率 が 大 き く 低 下 す る と 問 題 が あ る .本 研 究 で 導 出 し た 制 御 手 法 は ,慣 性 モ ー メ ン ト 比
に 応 じ て 変 化 す る ゲ イ ン を 導 入 す る こ と で ,ど の よ う な 慣 性 モ ー メ ン ト 比 を も つ 衛 星 に も 適 用
可 能 な 制 御 則 で あ る .制 御 則 の 有 効 性 は 数 値 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ っ て 確 認 す る .ま た ,必 要
スラスト量を小さくするスラスタ配置についても議論している.
第 3章 は ,小 惑 星 表 面 な ど の 局 所 的 な 慣 性 系 に 対 し て 浮 遊 し て い る 衛 星 の 3次 元 位 置・姿 勢 制
御 を 扱 う . 衛 星 は 4基 の ス ラ ス タ の み を 有 し , 一 定 値 か つ 一 方 向 入 力 と い う 制 約 を 持 つ . 一 定
値 推 力 を 発 生 さ せ る 場 合 の 並 進 運 動 と 回 転 運 動 の 解 析 解 を 導 出 す る こ と で ,所 望 の 位 置 と 姿 勢
へ 制 御 す る た め の 入 力 タ イ ミ ン グ と 入 力 時 間 を 明 ら か に す る .そ の 解 析 解 を 用 い た 制 御 手 法 を
示 し ,数 値 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に て 有 効 性 を 確 認 す る .さ ら に 提 案 手 法 を ,月 面 ピ ン ポ イ ン ト 着
陸 ミ ッ シ ョ ン に 適 用 す る こ と も 検 討 し て い る .こ こ で は ,実 シ ス テ ム に 近 い 質 量 変 化 を 伴 う モ
デルに対して,部分積分を用いた高精度の近似解析解を導出し,提案手法の有効性を示す.
第 4章 で は , 軌 道 運 動 の 影 響 を 考 慮 し て , フ ォ ー メ ー シ ョ ン フ ラ イ ト に お け る 劣 駆 動 衛 星 の
位 置・姿 勢 制 御 問 題 を 扱 う .フ ォ ー メ ー シ ョ ン フ ラ イ ト に お い て 重 要 な ,ラ ン デ ブ ー 問 題 と 軌
道 再 配 置 問 題 と い う 2 つ の 問 題 に 対 し て 制 御 手 法 を 提 案 す る .ラ ン デ ブ ー 問 題 で は ,主 衛 星 を
カ メ ラ で 追 従 す る た め に 姿 勢 変 更 を 少 な く し な が ら も ,軌 道 ド リ フ ト 速 度 を 利 用 し た 燃 料 効 率
の 良 い マ ニ ュ ー バ 手 法 を 示 す .こ の 必 要 増 速 量 は ,半 径 方 向 と 進 行 方 向 の 入 力 に 対 し て ,モ ー
ド 解 析 を 用 い る こ と で 解 析 的 に 得 ら れ る .一 方 ,軌 道 再 配 置 問 題 で は ,慣 性 系 に 対 し て 姿 勢 制
約 を 満 た す 最 適 軌 道 再 配 置 手 法 を 提 案 す る .衛 星 を 少 な い ス ラ ス タ 数 で 制 御 す る た め に ,ま ず
任 意 の 参 照 入 力 ベ ク ト ル へ ス ラ ス ト ベ ク ト ル を 向 け る た め の 参 照 入 力 追 従 制 御 を 示 す .そ れ に
よ り ,姿 勢 制 約 は 入 力 方 向 制 約 と 等 価 と な る .し た が っ て ,入 力 方 向 制 約 を 満 た す 最 適 軌 道 再
配置入力を設計することで,姿勢制約を満たす最適軌道再配置手法を提案する.
第 5章 で は , 本 論 文 の 結 論 を ま と め , さ ら な る 発 展 の 方 針 や 課 題 に つ い て 述 べ る .
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