• Journal of Mechanical Science and Technology
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• 제19권9호
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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.

• Journal of Astronomy and Space Sciences
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• 제15권1호
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• pp.245-250
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• 1998

위성 체의 자세결정과 자세제어는 인공위성의 임무수행능력을 결정하는 중요한 요인으로 그 정밀도를 탑재된 센서와 자세제어 구동기의 성능에 의해 결정된다. 본 연구는 비선 형 제어이론과 선형 제어이론을 적용하여 4개의 반작용 휠을 사용하는 3축 안정화 지구지향위성의 자세 제어법칙을 디자인하고 작동범위의 크기에 따른 제어 방법의 적합성을 비교하였다. 또한 휠 속도 한계를 초과하는 것을 방지하기 위해 자기 토커를 사용하여 휠모멘텀을 제거할 수 있음을 확인하였다. 이 때 반작용 휠은 전력소모를 최소화시키도록 배치된 경우로, 자기 토커는 3축 직교 자기 토커로 가정하였다. 휠 속도를 제어하는 휠 토커의 크기는 한계 치를 초과하지 않도록 디자인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제44권9호
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• pp.806-813
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• 2016

위성의 자세제어 및 기동을 위해서는 네 개의 반작용휠을 피라미드 형태로 배치하여 사용하는 것이 일반적이다. 하지만 위성의 관성모멘트가 크거나 사용할 수 있는 반작용휠의 용량이 작은 경우에는 다섯 개의 반작용휠을 사용하는 것을 생각해볼 수 있다. 이 경우, 반작용휠 배치부터 운용방법까지 여러 가지 문제를 다시 고려해야 한다. 능동합성개구레이더 위성은 관측 각도 변화를 위해서 롤축 방향으로 빠른 기동이 요구된다. 본 논문에서는 합성개구레이더 위성의 롤축 방향 기동성능 향상을 위하여 다섯 개의 반작용휠을 배치하는 경우, 이를 운용하는 방법을 연구해본다.

• 한국항공우주학회지
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• 제44권10호
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• pp.853-861
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• 2016

본 연구에서는 자이로 미탑재 위성의 자세와 각속도를 결정하기 위해 반작용휠 각속도 정보를 활용하는 기법에 대하여 다룬다. 제안하는 알고리즘은 실제 궤도환경 조건에서도 위성의 자세와 각속도를 최적 추정 및 결정할 수 있도록 반작용횔의 각속도를 활용하여 확장칼만필터를 기반으로 설계하였다. 더욱이, 고려한 조건 중 하나인 외부교란의 추정도 같이 수행할 수 있도록 구성하였다. 알고리즘의 성능검증을 위해 수치 시뮬레이션을 수행하였으며, 반작용휠의 장착형태는 일반적으로 많이 사용되는 피라미드 형상을 가정하였다. 시뮬레이션 결과로부터 알고리즘의 성능과 타당성을 검증하였다.

• 항공우주기술
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• 제13권2호
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• pp.18-28
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• 2014

네 개의 반작용휠이 장착된 위성에 두 개의 우주검증용 제어모멘트자이로가 탑재되었다고 가정하고, 이들을 이용한 위성 고기동 방법에 대해서 연구해 보았다. 토크가 큰 제어모멘트자이로를 먼저 사용하여 위성의 자세오차를 줄인 후에, 반작용휠을 통해 나머지 자세오차를 제어하는 방법을 제안하였다. 본 방법을 사용할 경우, 제어모멘트자이로에서 발생하는 특이점 문제를 회피할 수 있으며, 토크 명령 계산시 김벌각 정보가 필요 없다는 장점이 있다. 또한 시뮬레이션을 통해, 본 방법이 기존에 연구된 방법들에 비해 위성의 기동성능에는 큰 차이가 없으며, 필요한 반작용휠의 모멘텀도 크게 줄어드는 것을 확인하였다.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제17권11호
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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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• 제7권2호
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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.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2003년도 추계학술대회
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• pp.1578-1583
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• 2003

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.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제26권4호
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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.

• 한국항공우주학회지
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• 제39권10호
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• pp.935-945
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• 2011

네 개의 반작용휠과 두 개의 제어모멘트자이로를 이용하여 X축 또는 Y축으로 위성을 고기동 시키는 자세제어방법에 대해서 연구해보았다. 일반적인 위성은 동일한 구동기들을 사용하므로 위성자세제어기를 먼저 설계하고 여기에서 나온 토크를 각 구동기에 할당하면 된다. 하지만 우리 위성은 출력토크 차이가 큰 반작용휠과 제어모멘트자이로로 이루어져 있기에 이러한 방법을 적용하는데 어려움이 있다. 이에 본 논문에서는 구동기 출력토크명령설계에 위성자세제어기를 포함시키는 방법을 사용하였다. 시뮬레이션을 통하여, 설계된 제어기법이 위성을 고기동 시키는 것을 확인하였다.