DE3214379A1

DE3214379A1 - Einrichtung fuer die magnetische lageregelung von satelliten

Info

Publication number: DE3214379A1
Application number: DE19823214379
Authority: DE
Inventors: Ernst 8012 Ottobrunn Brüderle; Yuji Chigasaki Kanagawa Hanawa
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1982-04-20
Filing date: 1982-04-20
Publication date: 1983-10-27
Also published as: FR2525360B1; DE3214379C2; FR2525360A1; GB2129969B; GB8310476D0; JPS58183398A; GB2129969A

Description

MESSERSCHMITT-BÖLKOW-BLOHM Ottobrunn- U5.04.82

GESELLSCHAFT BT 01 Froh-th

MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG, 8819 MÜNCHEN .

Einrichtung für die magnetische Lageregelung von Satelliten

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für die magnetische Lageregelung von Satelliten, welche Spin oder auch dreiachsenstabilisiert sind.

Die magnetische Lageregelung von Satelliten ist bekannt. Unter Ausnutzung des Magnetfeldes eines Körpers wie z.B. der Erde, wird mittels an Bord des Satelliten befindlichem Magnetmomenterzeuger eine Bewegung des Satelliten in eine gewünschte Richtung bewirkt. .

In den Fig. 1a, 1b sind herkömmliche Methoden der magnetischen Regelung der Lage von Satelliten in Blockdiagrammen dargestellt.

Ein Satellitenkörper ist mit A bezeichnet, ein magnetischer Drallerzeuger welcher Drehbewegungen von Satelliten regelt mit B, mit T ist ein Regelungsdrall bezeichnet, der auf den Satellitenkörper A mit Hilfe des magnetischen. Drallerzeugers B ausgeübt wird. Mit X ist der Lagezustand bezeichnet, welcher aus Drehwinkel und Winkelgeschwindigkeit des Satellitenkörpers A resultiert.

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V ist ein äußeres Störmoment, welches dem Satellitenkörper aufgrund mechanischen Zusammenwirkens zwischen dem Satellitenkörper und der äußeren Umgebung mitgeteilt wird. U ist ein Steuerungssignal für den magnetischen Drallerzeuger B aufgrund dessen dieser einen Drall erzeugt, welcher mathematisch oder experientiell vorausbestimmte Störmomente, welche sich aufgrund der Umlaufbahn, der Struktur, der Ausrüstung des Satelliten u.a. ergeben, beseitigt. C ist ein Lagesensor der den Lagezustand des Satellitenkörpers A feststellt. N ist der Lageerfassungsfehler, den der Lagesensor C hat, Υ ist der gemessene Lagezustand, Z ist die Referenzlage in welcher der Satellitenkörper A geregelt werden soll, E eine Differenz zwischen den Signalen Y und Z, die auch als Lagefehler zwischen dem gemessenen Signal Y und dem Referenzsignal Z bezeichnet werden kann.

D ist eine Kontrollogik, der die Differenz E zugeführt wird, um daraus ein Steuersignal S für den magnetischen Drallerzeuger B zu erzeugen, so daß basierend auf dem Magnetfeld der Erde der magnetische Drallerzeuger B den notwendigen Regelungsdrall T erzeugen kann um den Satellitenkörper A in die Referenzlage Z zu überführen bzw. dort zu halten.

Das Steuersignal S kann entweder durch magnetische Sensoren, welche das vorhandene Magnetfeld der Erde messen oder aufgrund eines Modelles des Magnetfeldes der Erde

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bestimmt werden, wobei ersteres vom Standpunkt der Genauigkeit her vorzuziehen ist.

Bei dem in .Fig. 1a gezeigten System handelt es sich um einen Regelkreis mit offener Schleife in welcher das äußere Störmoment V im Voraus geschätzt wird und das Steuerungssignal ü dem magnetischen Drallerzeuger B zugeführt wird,damit Letzterer einen Drall erzeugen kann der dem vorausgeschatzten äußeren Störraoment entgegenwirkt. . .

In Fig. 1b ist ein Regelungskreis gezeigt, welcher mit einer, geschlossenen Schleife arbeitet und bei der der Lagezustand X des Satellitenkörpers A mittels Lagesensor C festgestellt wird, und wobei das Steuersignal S über die Kontrollogik D basierend auf der Differenz E welche einen Lagefehler darstellt, erzeugt wird und zwar im Verhältnis zum Referenzlagesignal Z.

Die Nachteile des Standes der Technik lassen sich wie folgt zusammenfassen. Mit dem in Fig. 1a gezeigten System ist es schwierig das äußere Störmoment V genau vorauszuschätzen, da der Satellitenkörper A sehr kompliziert in seinem Aufbau ist und sowohl die Schätzung des Fehlers des Restmagnetmomentes als auch das Modell der äußeren Umgehung im Raum ungenau sein müssen. Das geschätzte äußere Störmoment beinhaltet damit einen Schätzfehler, welcher sich in .einem Lagefehler äußert und mithin die Stabilisierung des Systems sehr schwierig gestaltet.

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Bei dem in Fig. 1b gezeigten System kann zwar aufgrund der geschlossenen Schleife eine relativ einfache Stabilisierung erzielt werden,.die Differenz E, d.h. der Lagefehler im System wird aber proportional größer wenn das äußere Störmoment V größer wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung anzugeben, die mit sehr großer Genauigkeit und ohne großen Aufwand die Lageregelung eines Satelliten gestattet und zwar auch dann einwandfrei, wenn ein größeres äußeres Störmoment wirkt.

Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß ein auf den Satellitenkörper wirkendes Störmoment aufgrund der Umlaufbahn, der Struktur und sonstiger Kriterien des Satelliten berechnet wird und mit einem Regelungsdrall von dem magnetischen Drallerzeuger kompensiert wird, wobei dem magnetischen Drallerzeuger ein Steuerungssignal zugeführt wird, welches eine Addition ist aus einem Steuerungssignal, welches im Voraus mathematisch oder experimentiell anhand der Daten der Umlaufbahn, der Struktur u.a. des Satellitenkörpers bestimmbar ist und einem Steuersignal welches von einem Magnetsensor oder aber von einem Magnetfeldmodell der Erde herrührt.

Besonders vorteilhaft wirkt sich aus, daß das vor allen Dingen die für Instabilität und Lagefehler verantwortlichen äußeren Störmomente wesentlich zuverlässiger und genauer mit Hilfe magnetischer Drallerzeuger kompensiert werden können als das nach dem Stand der Technik möglich war. Daraus folgt, daß ein Satellit- mit

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wesentlich geringerem Kraftstoff- und Energieaufwand stabilisiert werden kann, was sich günstig auf die Lebensdauer auswirkt.

Die Erfindung ist anhand der Fig. 2 näher erläutert.

Bei der Erfindung handelt es sich um eine Kombination der aus Fig. 1a und 1b nach dem Stand der Technik bekannten Methoden. Charakteristisch ist hierbei vor allem, daß dem magnetischen Drallerzeuger B ein Signal zugeführt wird, welches eine Addition der Steuersignale S und des Steuerungssignals U darstellt.

Der Lagefehler E kann wie folgt ausgedrückt werden: E =[I + G_cG_aG_bGd]-1 . G_c . £g_a. [V-G₅Ui - NJ (1)

worin G₇., G₁₃/- G_, G_ Transfer funkt ionen der Teile

A ü C U

A, B, C, D, sind. Ausgangspunkt ist, daß Z = 0, da dies die Beschreibung erleichtert. Zusätzliche können G_Ä, G , N als konstant angesehen werden, da sie von Hardware-Aspekten sowohl des Satellxtenkörpers a als auch des Lagesensors C abhängen. Der Lagefehler· E'nach dem Stand der Technik gem. Fig. 1b kann wie folgt beschrieben werden:

E' = [I ₊ G_PG. G-G_n]-1 . G₁

C^GA^GB^GD>¹ · ^GC

— 8 ~"

Wie aus der Gleichung (2) hervorgeht, ist der Lagefehler E¹ proportional dem gemessenem, äußeren Störmoment Y.
Davon ausgehend und unter der Annahme: .

ς ν Ν no (3)

kann die Gleichung (1) geschrieben werden:

E = [l ₊ G_CG_AG_BG_D]-1 . G_c. ;\ . Jv - nJ (4)

darin ist

Jv^-V - G_BU (5)

somit

<^V« V (6)

Aus einem Vergleich der Gleichung (2) und (4) folgt:

E « E' .
Mithin findet eine wesentliche Verbesserung statt.

Claims

32H37.9 MESSERSCHMITT-BÖLKOW-BLOHM Ottobrunn, . 05.04.82 GESELLSCHAFT BT 01 Froh-th MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG, 8819 MÜNCHEN Einrichtung für die magnetische Lageregelung von Satelliten Patentansprüche

1. Einrichtung für die magnetische Lageregelung von Satelliten, welche Spin- oder auch dreiachsenstabilisiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf den Satellitenkörper (A) wirkendes Störmoment (V) aufgrund der Umlaufbahn, der Struktur und·sonstiger Kriterien des' Satelliten berechnet wird und mit einem Regelungsdrall (T) von dem magnetischen Drallerzeuger (B) kompensiert wird, wobei dem magnetischen Drallerzeuger (B) ein Steuerungssignal zugeführt wird, welches eine Addition ist aus einem Steuerungssignal (U), welches im Voraus mathematisch oder experimentiell anhand der Daten der Umlaufbahn, der Struktur u.a. des Satellitenkörpers (A) bestimmbar ist und einem Steuersignal (S) welches von einem Magnetsensor oder aber von einem Magnetfeldmodell der Erde herrührt.

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2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lagesensor (C) ein Signal detektiert, welches abhängig ist vom Lageerfassungsfehler (N) des Lagesensors (G) und dem Lagezustand (X) aus Drehwinkel und Winkelgeschwindigkeit des Satellitenkörpers (A), daß das Ausgangssignal (Y) des Lagesensors (C) einer Summierstelle (1) zuführbar ist, welcher ein Referenzlagesignal (Z) zuführbar ist, daß der daraus resultierende Lagefehler (E) einer Kontrollogik (D) zuführbar ist, welche das Steuersignal (S) erzeugt.