Error Analysis of Reaction Wheel Speed Detection Methods

Reaction wheel is one of the actuators for spacecraft attitude control, which generates torque by changing an inertial rotor speed inside of the wheel. In order to generate required torque accurately and estimate an accurate angular momentum, wheel speed should be measured as close to the actual speed as possible. In this study, two conventional speed detection methods for high speed motor with digital tacho pulse (Elapsed-time method and Pulse-count method) and their resolutions are analyzed. For satellite attitude maneuvering and control, reaction wheel shall be operated in bi directional and low speed operation is sometimes needed for emergency case. Thus the bias error at low speed with constant acceleration (or deceleration) is also analysed. As a result, the speed detection error of elapsed-time method is largely influenced upon the high-speed clock frequency at high speed and largely effected on the number of tacho pulses used in elapsed time calculation at low speed, respectively.

반작용휠 속도측정방법의 오차 분석

반작용휠은 인공위성의 기동 및 자세제어에 사용되는 주요 구동기 중의 하나로 회전체의 속도를 변화시켜 발생하는 토크로 위성의 자세제어를 수행하므로 정밀한 자세제어를 위해서는 정확한 회전속도의 측정이 요구된다. 타코 펄스를 이용한 고속 회전모터의 대표적인 속도 측정방법에는 Elapsed-time측정방법과 Pulse-count측정방법의 두 가지가 있으며 이 연구에서는 반작용휠의 속도 측정을 하는 동안 발생할 수 있는 속도 측정의 오차 및 정밀도를 두 가지 방법에 대해 분석, 비교하였다. 그 결과 Pulse-count측정방법은 반작용휠의 등속 구동 시 회전속도에 상관없는 일정한 오차를 가지는데 비해 Elapsed-time측정방법은 회전속도가 작을수록 오차가 줄어드나 저속일 때 오차가 현저히 커질 수 있음을 해석적으로 확인하였다.