冗長リアクションホイール構成を持つキューブサットの制約付き姿勢制御

キューブサット技術の進展に伴い、高性能な姿勢制御システムの需要が高まっています。特に、衛星の慣性および作用する外部摂動を完全に把握できない状態で衛星の姿勢を安定化させる問題は非常に困難です。アクチュエータの動力学を含めると、課題はさらに複雑になります。本論文では、二つの制御ループを持つ三軸姿勢安定化のための適応戦略を提案します。第一のループは、未知の外部摂動および慣性不確かさ下での姿勢制御に関わり、この制御器の安定性はLyapunovの安定性理論を用いて証明されます。第二のループでは、四輪構成のDCモータのトルク制御にPID制御器を用います。ピラミッド型とNASA型の両方の構成を検討しました。さらに、衛星が効率的にミッションを遂行できるよう、整列ベクトルと制約ベクトルに基づく参照フレームの体系的構築法を確立しています。制御戦略の適性を検証するため数値シミュレーションを実施し、設計された制御器がリアクションホイールの構成に関係なくそれぞれの目標を達成することを示しました。しかし、結果の詳細な検討により、ピラミッド配置がより効率的で、エネルギー消費を最大35%節約できることが明らかとなりました。