Reaction wheels are rotating device generating torque command continuously for precise attitude control. In case of satellite installed with more than three reaction wheels, the desired control command is defined by combination of reaction wheel torques obtained by control allocation processing. Control allocation method allocates command obtained by controller to each wheels.
In real system, because attitude control command uses estimated parameter from attitude estimation (EKF), perturbation due to noise of sensors or system is added in the spacecraft control command. General allocation based on equality constraint problem transfers such noise components to each wheel, in every step. Satellite at steady-state also receives perturbed command, continuously. As a result, it has a bad influence upon performance and pointing stability of satellite.
In this study, to reduce the noise of input command in the control allocation process, new approach is introduced. Instead of equality constraint problem, weighting function and dynamic allocation method applied to new allocation method. The new approach is applied to attitude transfer of spacecraft using quaternion feedback control. Simulation results illustrate that the suggested control allocation provides noise-reduced stable torque command to each re-action wheel, and improves the pointing stability at steady-state compared with pseudo-inverse.
반작용휠은 위성의 정밀 자세제어를 위해 연속적으로 토크를 발생시키는 회전구동기이다. 일반적으로 위성에 3개 이상의 반작용휠이 장착되어 있는 경우, 제어기를 통하여 구하여진 명령값을 제어 분배법에 의하여 각 휠을 제어하여 원하는 제어명령값을 획득한다. 실제 위성의 경우 제어 입력은 칼만 필터를 이용한 추정치를 사용하기 때문에, 센서나 시스템의 잡음으로 인하여 제어 입력값에 잡음이 섞이게 된다. 따라서 기존의 등식 형태의 구속조건(equality constraint) 방법으로 구하여진 제어 분배는 잡음이 섞인 제어명령을 지속적으로 각 휠에 전달하기 때문에, 정상상태의 위성도 계속적으로 잡음에 대한 명령을 받게 되고, 결과적으로 위성의 지향안정도에 악영향을 미친다.
본 논문에서는, 추정기에 의하여 발생하는 잡음을 제어 분배 내부에서 줄이기 위한 새로운 제어 분배 방법이 소개되어 있다. 기존의 등식 형태의 구속조건을 가중 함수로 첨가하고, ‘dynamic control allocation’의 잡음제거 특성을 이용하여 새로운 제어 분배를 고안하였다. 위성의 자세각 천이 시뮬레이션에 적용한 결과 기존의 ‘peudo-inverse’ 방법에 의한 제어분배와 비교하여 각각의 휠에 잡음이 제거된 안정한 명령을 전달하고, 정상상태의 위성의 지향 안정도를 높임을 알 수 있다.
