• 한국항공우주학회지
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• 제40권1호
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• pp.86-92
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• 2012

인공위성 자세제어에 널리 사용되는 구동기는 추력기, 반작용휠, 제어 모멘트 자이로(CMG), 그리고 자장토커 등이 있다. 그 중에서 CMG는 물리학의 자이로스코프 원리에 의한 토크를 발생시키는 구동기로서 적은 소모 전력으로 큰 토크를 출력하는 장점을 가지고 있다. 본 논문에서는 CMG 하드웨어 기술의 개요와 위성분야 적용 사례 및 관련된 하드웨어의 특성을 소개하며 더불어 선박, 로봇, MEMS 등 타 분야의 활용사례와 연구동향을 제공한다.

• 우주기술과 응용
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• 제4권1호
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• pp.12-26
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• 2024

Attitude control of a satellite is very important to ensure proper for mission performance. Satellites launched in the past had simple missions. However, recently, with the advancement of technology, the tasks to be performed have become more complex. One example relies on a new technology that allows satellites quickly alter their attitude while orbiting in space. Currently, one of the most widely used technologies for satellite attitude control is the reaction wheel. However, the amount of torque generated by reaction wheels is too low to facilitate quick maneuvers by the satellite. One way to overcome this is to implement posture control logic using a control moment gyroscope (CMG). Various types of CMGs have been applied to space systems, and CMGs are currently mounted on large-scale satellites. However, although technological advancements have continued, the market for CMGs applicable to, small satellites remains in its early stages. An ultra-small CMG was developed for use with small satellites weighing less than 200 kg. The ultra-small CMG measured its target performance outcomes using a precision torque-measuring device. The target performance of the CMG, at 800 mNm, was set through an analysis. The final torque of the CMG produced through the design after the analysis was 821mNm, meaning that a target tolerance level of 10% was achieved.

• 한국지능시스템학회논문지
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• 제27권2호
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• pp.89-98
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• 2017

외바퀴 로봇 제어에 있어 필수적인 균형 안정화 제어를 위해 제어 모멘트 자이로스코프(CMG)를 이용할 수 있다. 단일 짐벌 CMG는 단순한 구조를 가지면서 외란에 대해 강력한 복원 토크를 로봇에게 전달할 수 있다. 그러나 CMG는 복원 토크 외에 원치 않는 방향의 토크도 발생시킨다. 원치 않는 방향 토크는 회전 자유도가 높은 외바퀴 로봇 시스템에서 불안정성 문제를 야기한다. 본 논문에서는 원치 않는 방향 토크를 제거하기 위해 CMG 가위쌍을 이용한 외바퀴 이동 로봇 제어 시스템을 제시한다. 외바퀴 로봇 동역학식에 있어서의 모델 오차에 강인한 특성을 갖는 LQR 제어 알고리즘을 설계하였다. 3D 비선형 동역학 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 CMG 가위쌍과 LQR 제어 알고리즘을 갖는 외바퀴 로봇 제어 시스템을 검증하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제43권2호
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• pp.172-178
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• 2015

제어 모멘트 자이로(control moment gyroscope, CMG)는 고토크 발생 장치로서 인공위성 뿐만 아니라 항공, 선박, 자동차, 로봇 등의 다양한 산업분야의 자세안정화와 기동 시스템에 적용될 수 있다. 본 논문은 여러 산업분야에서 적용할 수 있는 100Nm급 CMG 개발 전반에 대한 내용을 다룬다. 이를 위해서 CMG 시스템레벨 요구사항 분석, 모터 서브시스템 설계/제작/조립, 시험장치 구성, 성능시험 및 평가에 대한 개발과정과 결과를 제시한다. 스핀모터와 김벌모터를 설계조건에서 구동하여 CMG의 토크출력이 120Nm 이상 생성됨을 성능시험을 통해 확인한다.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제8권1호
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• pp.105-114
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• 2007

This article presents the details of a designed control moment gyroscope (CMG) with a constant speed momentum wheel and one-axis-gimbal, and its experimental results performed at Korea Aerospace Research Institute. The CMG which is able to produce a torque of lOO mNm per each, is mounted in a pyramid configuration with four SGCMGs. Each CMG test and a single axis maneuver test with four-CMG cluster configuration are performed to confirm their performance on a ground-test facilities consisted of three major parts: a vibration isolation system, a dynamic force plate (Kistler sensor), and a DSP board. These facilities provide the accurate data of three axial and torques from the control moment gyro. Details of the CMG experimental results are presented with discussion of the experimental errors. The experimental data are compared with theoretical results and both results are used to verify their performance specifications.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제16권11호
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• pp.1104-1109
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• 2010

This paper deals with the attitude control of an underactuated spacecraft that has fewer than three actuators. Even though such spacecrafts are known as uncontrollable, restricted missions are possible with controlling two-axis attitude angles. A variable speed control moment gyroscope is considered as an actuator. It is a kind of momentum exchange device and it shows highly nonlinear dynamical properties. Speed commands are generated by kinematic equations represented by Euler angles. A control law, that is designed to make a spacecraft follow the speed commands, is derived by the backstepping method. Angular speeds are estimated from the attitude measurements. Several estimation methods have been compared.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제7권4호
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• pp.12-17
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• 2013

Control Moment Gyroscope(CMG) is one of the most efficient momentum exchange devices for satellite attitude control and essential device for agile maneuver system. This paper presents the details of a designed Single Gimbal CMG with a constant speed momentum wheel and single axis attitude control unstable to stable. In order to keep the naturally unstable equivalent point, it should be controlling the gimbal constantly. The experimental data are compared with theoretical result and requirements are used to verify their performance specifications.

• 대한전기학회논문지:시스템및제어부문D
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• 제49권8호
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• pp.459-466
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• 2000

In this paper, we propose an attitude controller for an unstructured object using CMG(Control Moment of Gyro) subsystem, which has a stabilizer function. The CMG subsystem consists of one motor for spinning the wheel and the other motor for turning the outer gimbal. While the wheel of CMG subsystem is spinning at high speed, applying force to the spin axis of the wheel leads the torque about the vertical axis. We utilize the torque to control the attitude of object in this study. For the stabilizer function, in additiion, holding the load at the current position, the power applied to the gimbal motor of CMG will be cut, which result in the braking force to stop the load by gyro effect. However, due to the gear reduction connected to outer gimbal, slow load motion cannot generate the braking force. Thus, in this study, we are willing to make a holding force by applying control power to the gimbal motor from the signal of piezoelectric gyroscopic sensor that detected the angular velocity of the load. These two features are demonstrated in experiment, carrying a beam with crane. As a result, load was started to rotate by controlling gimbal positiion and was stopped by turning off the gimbal power. Moreover, slow movement of the load was also rejected by additional control with gyroscopic sensor.

• 한국항공우주학회지
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• 제49권5호
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• pp.389-397
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• 2021

인공위성의 자세제어 구동기인 제어모멘트자이로의 고장에 따른 제어 특성을 분석하였다. 특히, 4개 중에 한 개가 고장난 상황을 고려하였다. 가장 많이 사용되는 피라미드와 box-90 구조를 고려하였으며, 고장 발생 이후의 특이점 및 특이면을 분석하고 비교하였다. 모듈이 고장나고 휠 속도를 줄이는 과정에 대한 동역학 방정식을 유도하였다. 정상인 세 모듈이 고장난 모듈의 모멘텀을 흡수하면서 위성의 각속도를 안정화하는 과정을 분석하였는데, 특이형상에서 나머지 CMG가 교착되거나 과도하게 요동할 수 있는데, 짐벌각 재조정을 통하여 방지할 수 있음을 제시한다.