자기토커 고장시 반작용휠 모멘텀 덤핑

손준원(Jun-Won Son) 한국항공우주학회 2019 韓國航空宇宙學會誌 Vol.47 No.5

정밀지향위성은 반작용휠로 자세제어를 수행하며, 반작용휠의 모멘텀 덤핑은 3개의 자기토커로 이뤄진다. 본 논문에서는 자기토커 고장 시의 모멘텀 덤핑 영향성에 대해서 살펴본다. 높은 경사각을 가지는 궤도에 위치한 위성이 지구지향자세를 유지하고 있을 때 피치축 방향 자기토커가 고장나면 모멘텀 덤핑이 불가능하다. 하지만 다른 방향의 자기토커가 고장나면 성능 저하만 있을 뿐 모멘텀 덤핑은 여전히 가능하다. 피치축 방향의 자기토커가 고장났을 때도 위성자세변화를 통해서 모멘텀 덤핑을 할 수 있다. 또한 자기토커 배치를 변경하면, 어느 자기토커가 고장나더라도 모멘텀 덤핑이 항상 가능하다. High precision pointing satellite uses the reaction wheels for the attitude control and their momentum dumping is performed by the three magnetic torquers. In this paper, the effects of one magnetic torquer’s failure on the momentum dumping will be reviewed. When the satellite on the high inclination angle orbit holds LVLH (Local Vertical Local Horizontal) attitude, pitch axis magnetic torquer failure causes the momentum dumping failure. But in case of other torquer’s failure, momentum dumping is still possible with degraded dumping performance. When pitch axis magnetic torquer fails, momentum dumping is possible by changing the satellite attitude. This paper propose the satellite attitude change to make the momentum dumping possible when pitch axis magnetic torquer fails. In addition, if torquer arrangement is modified, momentum dumping is always possible regardless of any torquer’s failure.

반작용휠 저속구간에서의 위성자세제어

손준원(Jun-Won Son),박영웅(Young-Woong Park) 한국항공우주학회 2017 韓國航空宇宙學會誌 Vol.45 No.11

반작용휠은 저속구간에서 마찰로 인해서 비선형 토크 응답을 보인다. 따라서 이 구간에서는 위성의 정밀한 자세제어를 달성하기 어렵다. 기존 연구들은 마찰력 보상이나 디더명령을 인가하는 방법을 사용하여 본 문제를 해결하려 하였다. 하지만 마찰력 모델링의 어려움이나 휠속도의 빈번한 영점 교차 때문에, 이러한 방법을 실제 위성 자세제어에 적용하기에는 어려움이 있다. 이를 해결하기 위해서, 자세오차에 따라서 자세제어기의 이득 값을 조절하는 방법을 제안한다. Reaction wheel shows nonlinear torque response on low-speed region due to friction. Thus precise satellite attitude control on this region is hard to achieve. Previous research tries to solve this problem, by compensating friction or applying dither command. However, due to difficulties of drag torque modeling or frequent zero wheel speed crossing, these methods are not suitable to apply on the real satellite attitude control. To solve this problem, we propose the attitude controller gain adjustment method based on the attitude error.

자기토커 배치와 반작용휠 모멘텀 덤핑 성능 관계

손준원(Jun-Won Son) 한국항공우주학회 2018 韓國航空宇宙學會誌 Vol.46 No.9

위성에 작용하는 외란으로 인해서 반작용휠에 원치 않는 모멘텀이 쌓인다. 이를 해소하기 위해서 위성의 축방향으로 설치한 세 개의 자기토커를 이용한다. 자기토커는 지구 자기장과 상호 작용하여 간접적으로 토크를 생성한다. 따라서 모멘텀 덤핑시 자기토커와 자기토커 주위에 형성되는 지구 자기장을 동시에 고려해야 한다. 높은 경사각을 가지는 저궤도 위성이 지구지향을 할 때 위성체의 피치축으로는 매우 약한 지구자기장이 형성된다. 이 경우 하나의 자기토커에 과부하가 걸려서 모멘텀 덤핑 성능이 떨어진다. 본 연구에서는 자기토커의 배치를 변경하여 지구지향자세에서 모멘텀 덤핑 성능을 향상시키는 방법에 대해서 살펴본다. Due to external disturbances on the satellite, unwanted momentum is accumulated on reaction wheels. To remove this momentum, three magnetic torquers which are installed along the satellite’s axes are used. The magnetic torquers generated torque indirectly by interactions with the earth’s magnetic field. Thus, during momentum dumping, we should consider both the magnetic torquer and the earth`s magnetic field generated on the magnetic torquers at the same time. When low earth orbit satellite with high inclination angle holds nadir pointing attitude, weak earth`s magnetic field is generated along the satellites pitch axis. In this case, one magnetic torquer is overloaded and momentum dumping performance is degraded. This research will review the method to improve the momentum dumping performance by adjusting magnetic torquers arrangement.

타코펄스 불균일성 보정이 포함된 펄스간 시간 측정방법

손준원(Jun-Won Son) 한국항공우주학회 2022 韓國航空宇宙學會誌 Vol.50 No.4

펄스간 시간측정방법은 이상적인 조건에서는 정확한 반작용휠 속도를 측정할 수 있지만, 실제로는 타코펄스 불균일성 때문에 측정속도 오차가 존재한다. 본 연구에서는 불균일성을 극복하는 방법을 살펴본다. 우선 휠을 특정한 속도로 회전시켜서 타코펄스 불균일성을 측정하는 방법을 소개한다. 이렇게 획득된 불균일성 정보를 이용하여 실시간으로 측정오차를 보정하는 방법을 제안한다. 해당 방법은 펄스간 시간 측정방법의 카운트와 사전 측정된 불균일 정보로부터 속도 후보군을 계산하고, 이중에서 실제속도와 가장 가까운 값을 선택한다. 시뮬레이션을 통해서 제안된 방법이 타코펄스 불균일성을 극복하고 정확한 속도를 측정하며 빠른 휠속도 제어도 가능함을 보인다. In ideal configuration, elapsed-time method can measure the exact reaction wheel speed. But in real configuration, the speed measurement error exists due to tacho pulse non-uniformity. In this research, we study the method which overcome the non-uniformity effects. First, we introduce the method which spin the wheel at the specific speed and measure the non-uniformity. Then, we propose the real-time measurement error correction method which uses the obtained non-uniformity information. This method calculate the speed candidates from the elapsed-time method’s counts and non-uniformity information, and choose the closest speed to the real speed. Through simulation, we show that proposed method measure the exact speed regardless of non-uniformity, and fast wheel speed control is possible.

반작용휠과 제어모멘트자이로를 이용한 위성자세제어

손준원(Jun-Won Son),이승우(Seung-Wu Rhee) 한국항공우주학회 2011 韓國航空宇宙學會誌 Vol.39 No.10

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

자기토커 모멘텀 덤핑성능 향상방법 연구

손준원(Jun-Won Son) 한국항공우주학회 2018 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2018 No.11

타코펄스 불균일성으로 인한 펄스개수측정방법 영향성

손준원(Jun-Won Son) 한국항공우주학회 2021 韓國航空宇宙學會誌 Vol.49 No.4

펄스개수측정방법은 반작용휠의 속도를 측정하는 고전적인 방법이다. 본 연구에서는 펄스개수측정방법을 수식으로 표현하였다. 반작용휠의 회전을 속도가 아니라 샘플링 시간 동안의 회전각도로 모델링하였다. 제안된 모델의 유효성은 모델에서 얻어진 펄스개수 변화와 이동평균의 효과가 기존 연구결과와 동일함을 확인하는 방법으로 검증하였다. 이렇게 검증된 모델에 타코펄스 불균일성을 추가하고 펄스개수측정방법의 오차에 대해서 살펴보았다. 불균일성으로 인해서 증가하는 측정오차의 크기를 수식으로 표현하였으며, 측정오차를 상쇄하기 위해서 취해야 하는 이동평균의 개수 조건을 제시하였다. Pulse count method is the classical reaction wheel speed detection method. In this study, we represent the pulse count method as mathematical equations. Instead of rotation speed, we model the reaction wheel rotation through rotation angle during sampling periods. We verified the effectiveness of the proposed model by comparing the pulse counts variation and averaging method effects from the model and previous research results. Then, we add tacho pulse non-uniformity to this verified model, and examine the errors of pulse count method. We express the measurement error increasement due to non-uniformity as mathematical equations, and also shows the requirement of moving average numbers to offset the measurement errors.

추력기를 이용한 저궤도 위성 모멘텀 덤핑

손준원(Jun-Won Son) 한국항공우주학회 2020 韓國航空宇宙學會誌 Vol.48 No.2

본 논문에서는 저궤도 위성에서 추력기를 이용하여 반작용휠 모멘텀을 덤핑하는 방법에 대해서 살펴본다. 추력기를 사용한 모멘텀 덤핑은 주로 정지궤도위성에서 사용되는데 특정 시간에만 추력기로 자세제어와 모멘텀 덤핑을 동시에 수행하는 방식으로 이뤄진다. 저궤도 위성은 수시로 모멘텀 덤핑을 해야 하므로 정지궤도위성의 방식을 사용하는 것은 바람직하지 않다. 본 연구에서는 저궤도 위성에 적용 가능하도록 항상 추력기로 모멘텀 덤핑을 수행하고 덤핑 시의 자세제어는 반작용휠로 수행하는 방법을 살펴본다. 추력기의 밸브 개폐횟수를 줄이기 위해서 최대 크기의 펄스로 추력기를 구동하는 방법을 제안한다. 추력기로 인해 자세오차가 크게 증가하는 것을 방지하기 위해서 추력기의 구동 간격을 조정하였다. 시뮬레이션을 통해서 본 논문에서 제안한 방법의 효과를 검증하였다. In this paper, we will review the thruster based reaction wheel momentum dumping method for low Earth orbit satellite. Thruster based momentum dumping is widely used in GEO satellites by performing momentum dumping and attitude control using thrusters at the specific time. LEO satellite should perform momentum dumping at any time, thus it is not appropriate to use GEO satellite’s momentum dumping method. In this research, we will review the method for LEO satellite, which perform momentum dumping always and use reaction wheels for attitude control during dumping. To reduce thrusters valve on and off counts, we propose to use the maximum pulse width for thruster operation. To prevent attitude error increase by thrusters, we adjust the thruster operation interval. Through simulation, we verify the proposed methods effects.

지구지향자세위성의 모멘텀 덤핑을 위한 이종 자기토커 장착

손준원(Jun-Won Son) 한국항공우주학회 2019 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2019 No.11

위성 기동시간과 반작용휠 토크-모멘텀 용량의 관계

손준원(Jun-Won Son),박영웅(Young-Woong Park) 한국항공우주학회 2016 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2016 No.11