Lee Byung-Hoon;Lee Bong-Un;Oh Hwa-Suk;Lee Seon-Ho;Rhee Seung-Wu
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.19
no.9
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pp.1695-1705
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2005
Reaction wheels and thrusters are commonly used for the satellite attitude control. Since satellites frequently need fast maneuvers, the minimum time maneuvers have been extensively studied. When the speed of attitude maneuver is restricted due to the wheel torque capacity of low level, the combinational use of wheel and thruster is considered. In this paper, minimum time optimal control performances with reaction wheels and thrusters are studied. We first identify the features of the maneuvers of the satellite with reaction wheels only. It is shown that the time-optimal maneuver for the satellite with four reaction wheels in a pyramid configuration occurs on the fashion of single axis rotation. Pseudo control logic for reaction wheels is successfully adopted for smooth and chattering-free time-optimal maneuvers. Secondly, two different thrusting logics for satellite time-optimal attitude maneuver are compared with each other: constant time-sharing thrusting logic and varying time-sharing thrusting logic. The newly suggested varying time-sharing thrusting logic is found to reduce the maneuvering time dramatically. Finally, the hybrid control with reaction wheels and thrusters are considered. The simulation results show that the simultaneous actuation of reaction wheels and thrusters with varying time-sharing logic reduces the maneuvering time enormously. Spacecraft model is Korea Multi-Purpose Satellite (KOMPSAT)-2 which is being developed in Korea as an agile maneuvering satellite.
Attitude determination and control of satellite is important component which determines the accomplish satellite missions. In this study, attitude control using reaction wheels and momentum dumping of wheels are considered. Attitude control law is designed by Sliding control and LQR. Attitude maneuver control law is obtained by Shooting method. Wheels momentum dumping control law is designed by Bang-Bang control. Four reaction wheels are configurated for minimized the electric power consumption. Wheels control torque and magnetic moment of magnetic torquer are limited.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.44
no.9
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pp.806-813
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2016
For satellite attitude control and maneuver, normally four reaction wheels are used through pyramid configuration. However, if satellite's moment of inertia is large or available reaction wheels' capability is small, we can consider using five reaction wheels. In this case, we should think the arrangement of wheels and their operation method. Active SAR satellite requires high agile maneuver about roll axis to achieve looking angle change. In this research, we study the operation method of five reaction wheels configuration for fast roll maneuver.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.44
no.10
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pp.853-861
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2016
This paper deals with a new technique utilizing the angular speed of the reaction wheels to determine attitudes and angular rates for gyroless satellites. The suggested algorithm in this study is designed to determine the precise attitude and angular rates under actual space environments by the support of the angular speeds of reaction wheels based on the extended Kalman filter. Furthermore, the proposed approach is also designed to estimate not only the attitude and angular rates of spacecraft but the external disturbances. The numerical simulation was conducted for gyloless spacecraft installed with four reaction wheels of the pyramid-type configuration. The performance of the proposed algorithm is verified by using numerical simulations.
We assume that two control moment gyros are installed for space qualification in a satellite with four reaction wheels, and study the high agile maneuver method. Using high torque control moment gyros, we reduce the satellite's attitude error. After that, we activate reaction wheels to control remaining attitude error. This proposed method can avoid singularity problem of control moment gyros, and do not require gimbals' angle to calculate torque command. Through numerical simulations, we show that our method's agile performance is similar to previous method and reduce the reaction wheels' required momentum.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.17
no.11
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pp.1138-1144
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2011
This article deals with the problem of fault detection of a spacecraft's actuators. The authors introduce an extended unknown input observer for nonlinear systems. This is an extended form of unknown input observers which are used for linear systems. Since faults are not available, those are considered as unknown inputs. Unknown input observers can estimate states without full information of inputs if some conditions are satisfied. The authors suggest a continuous-time extended UIO (eUIO) and prove the convergence of state estimation errors. Since the dynamic equation of a spacecraft is nonlinear, an extended UIO can be applied. Three eUIOs are designed to monitor three reaction wheels. The moving averages of each eUIO's residuals are selected for decision logic. The proposed method is verified by numerical simulations.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.7
no.2
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pp.14-25
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2006
This paper is focused on designing an implementable control law to perform spacecraft various missions using momentum exchange devices such as reaction wheels(RWs) and control moment gyros(CMGs). A compact equation of motion of a spacecraft installed with various momentum exchange devices is derived in this paper. A hybrid control law is proposed for precision attitude control of agile spacecraft. The control law proposed in this paper allocates control torque to the CMGs and the RWs adequately to satisfy the precision attitude control and large angle maneuver simultaneously. The saturation problem of reaction wheels and the singularity problem of control moment gyros are considered. The problems are successfully resolved by using the proposed hybrid closed loop control law. Finally, the proposed hybrid control law is demonstrated by numerical simulations.
Time-Optimal solutions for attitude control with reaction wheels as well as with thrusters are studied. The suggested varying-time-sharing ratio thrusting is found to reduce the maneuvering time enormously. The hybrid control such as sequential hybrid and simultaneous hybrid with reaction wheels and thrusters are considered. The results show that simultaneous hybrid method reduces the maneuver time very much. Spacecraft model is KOrea Multi-Purpose SATellite(KOMPSAT)-II, which is being developed by KARI in KOREA as an agile maneuvering satellite.
Park, Geeyong;Suh, Jong-Eun;Lee, Dae-Oen;Han, Jae-Hung
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.26
no.4
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pp.391-397
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2016
Vibration disturbances induced by the reaction wheels can severely degrade the performance of high precision payloads on board satellites with high pointing stability requirements. The unwanted disturbances produced by the reaction wheels are composed of fundamental harmonic disturbances due to the flywheel imbalance and sub/higher harmonic disturbances due to bearing irregularities, motor imperfections and so on. Because the wheel speed is constantly changed during the operation of a reaction wheel, the vibration disturbance induced by the reaction wheels can magnify the satellite vibration when the rotating frequency of wheel meets the natural frequency of satellite structure. In order to provide an effective isolation of the reaction wheel disturbances, isolation performance of a hybrid vibration isolator is investigated. In this paper, hybrid vibration isolator that combines passive and active components is developed and its hybrid isolation performance using notch filter control is evaluated in single-axis. The hybrid isolation performance using notch filter control show additional performance improvement compared to the results using only passive components.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.39
no.10
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pp.935-945
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2011
We study X-axis or Y-axis high agile attitude control method, using four reaction wheels and two control moment gyros. Since normal satellites use same actuators, researchers design an attitude controller first, and then allocate torque commands to each actuator. However, our satellite uses both control moment gyros and reaction wheels, whose torque output differences are very large. Therefore, we cannot apply normal attitude controller design procedure. In this paper, we solve this problem by combining actuator torque command and attitude controller. Through numerical simulations, we show that our method enables satellite high agility.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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