宇宙航空研究開発機構研究開発報告 JAXA Research and Development Report

(1)

宇宙航空研究開発機構研究開発報告

JAXA Research and Development Report

D-SEND#2の誘導制御系の評価について

Performance evaluation of GNC system of D–SEND#2

二宮哲次郎，鈴木広一，川口純一郎

Tetsujiro NiNomiya, Hirokazu Suzuki and Jun’ichiro kawaGuCHi

2018年11月

宇宙航空研究開発機構

JAXA-RR-18-004

(2)

2 評価条件 ··· 　 2

　 2.1 飛行実験概要 ··· 　 2

　 2.2 前提条件 ··· 　 2

　 2.3 要求条件 ··· 　 2

第 I 部　通常評価 ··· 　 6

3 単独誤差解析 ··· 　 6

　 3.1 解析手法概要 ··· 　 6

　 3.2 結果 ··· 　 7

4 線形解析 ··· 7

　 4.1 解析手法概要 ··· 7

　 4.2 解析結果 ··· 8

　 4.3 ロールオフ特性の評価 ··· 8

　 4.4 センサループを切断した線形解析 ··· 21

　 4.5 誤差あり線形解析 ··· 55

5 モンテカルロ・シミュレーション評価 ··· 66

　 5.1 モンテカルロ・シミュレーション法の概要 ··· 66

　 5.2 信頼区間 ··· 67

　 5.3 MCS 結果 ··· 67

　 5.4 分離位置の影響評価 ··· 67

第Ⅱ 部　運用評価 ··· 70

6 風判定評価 ··· 70

　 6.1 評価手法 ··· 70

　 6.2 MCS 評価 ··· 70

　 6.3 実データとの比較 ··· 72

　 6.4 風況による実験可否判定基準 ··· 75

7 分離耐性評価 ··· 75

　 7.1 評価手法 ··· 76

　 7.2 単独誤差耐性 ··· 76

　 7.3 組み合わせ誤差耐性 ··· 78

　 7.4 まとめ ··· 80

(3)

9 投棄解析 ··· 84

　 9.1 解析条件 ··· 84

　 9.2 解析結果 ··· 85

10 位置とびの影響評価 ··· 87

　 10.1 目的 ··· 87

　 10.2 解析内容 ··· 87

11 低高度分離解析 ··· 89

　 11.1 目的 ··· 89

　 11.2 解析手法 ··· 89

　 11.3 解析結果 ··· 89

12 落下分散評価 ··· 89

　 12.1 目的 ··· 89

　 12.2 解析内容 ··· 90

13 ADS 模擬精度不足の評価 ··· 91

　 13.1 目的 ··· 91

　 13.2 解析内容 ··· 91

14 まとめ ··· 91

参考文献 ··· 93

Appendix ··· 95

A 誤差モデル ··· 95

B 線形解析 ··· 96

　 B.1 解析モデル ··· 96

　 B.2 線形モデルのブロック図 ··· 96

　 B.3 線形モデルの検証方法 ··· 116

　 B.4 不安定点の評価 ··· 128

C センサループを切断した線形解析フェーズ 2 の位相余裕の変動について ^··· 131

D フェーズ 1 横・方向系の誤差あり解析 ··· 133

(4)

F ソフトウェアの検証方法について ··· 139

　 F.1 OFP の検証 (Veriﬁcation) ··· 139

　 F.2 OFP の妥当性確認 (Validation) ··· 140

(5)

D-SEND#2 ͷ༠ಋ੍ޚܥͷධՁʹ͍ͭͯ

ೋٶɹ఩࣍࿠

^*1

, ླ໦ɹ޿Ұ

^*1

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^*1

Performance evaluation of GNC system of D–SEND#2

Tetsujiro Ninomiya

^*1

ɼ Hirokazu Suzuki

^*1

ɼ Jun’ichiro Kawaguchi

^*1

Abstract:

This report is concerned with evaluation of GNC systems for D–SEND#2. D–SEND is a project to demonstrate a low sonic boom aerodynamic design concept, and the objective of D–SEND #2 flight test is to measure a sonic boom which is generated by a test vehicle at prescribed flight conditions. In this flight test, an unpowered test vehicle is lifted to an altitude of 30 km by a balloon from which it then separates. After the separation, the vehicle’s on-board flight control computer selects a target Boom Measurement System (BMS) according to the separation point. The vehicle then autonomously flies to the selected BMS and establishes prescribed sonic boom measurement flight conditions. Since it is required to achieve mission objectives at the very first flight in such a flight testing using a balloon, evaluation of mission success chance is mandatory adding to that of controller stability. It is also important to establish operational criteria for various anomaly cases. Some customized evaluation are also carried out to asses various risks in the flight test. This report describes a comprehensive evaluation method for GNC systems of D–SEND #2.

Keyword:

Flight test, Guidance and Control, Dynamic Inversion

֓ཁ

D–SEND

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D–SEND#2

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30 km

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(BMS)

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D–SEND#2

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(JAXA)

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D–SEND(Drop test for Simplified Evaluation of Non-symmetrically Distributed sonic boom

ɿඇ࣠ର শιχοΫϒʔϜ৔ʹର͢Δ؆қධՁͷͨΊͷམԼࢼݧ

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D-SEND

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D–SEND#1

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#2

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D–SEND#1

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2

ͭͷڙࢼମ

(LBM:

Low Boom Model, NWM: N-Wave Model)

Λ༻͍ͯϒʔϜܭଌٕज़ͷཱ֬ͱ௿ϒʔϜ೾ܗͷܭଌՄೳੑͷ֬ೝΛߦ

D-SEND#2 の誘導制御系の評価について

二宮哲次郎

^*1

，鈴木広一

^*1

，川口純一郎

^*1

Performance evaluation of GNC system of D–SEND#2

Tetsujiro Ninomiya

^*1

, Hirokazu Suzuki

^*1

, Jun’ichiro Kawaguchi

^*1

Abstract

概要

(6)

͍ͯ։ൃ͞Εͨඇ࣠ରশͷڙࢼମ

(S3CM: Silent SuperSonic Concept Model)

ͷػମઌ୺͓Αͼޙ୺͔Βൃੜ͢Δ ιχοΫϒʔϜͷԻڹσʔλΛܭଌ͠ɼ௿ϒʔϜੑೳΛ࣮ূ͢Δ͜ͱ͕໨తͰ͋Δɽ

D–SEND#2

͸

D–SEND#1

ͱಉ͘͡ΤεϨϯδ࣮ݧ৔ʹ͓͍࣮ͯࢪ͞Εͨɽ

2013

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.

ͦͷ݁Ռʹ͍ͭͯ͸ࢀߟจݙ

2), 3)

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(MCS)

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MCS

ΑΓ༏Ε͍ͯΔ͕ɼਅʹ࠷ѱͷ৚݅ͱͳΔޡࠩͷ૊Έ߹ΘͤΛݟ

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MCS

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JAXA

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II(HSFD–II)

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MCS

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MCS

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2

ճΩϟϯϖʔϯҎ߱ʹ౥ࡌ͞Εͨ

D–SEND#2

ͷඈߦ੍ޚܥͷධՁ݁Ռʹ͍ͭͯใࠂ͢Δɽ੍ޚܥ ͷઃܭʹ͓͍ͯɼઃܭ࡞ۀͱධՁ࡞ۀ͸ҰମͱͳͬͯਐΉଆ໘͕͋ΔͨΊɼઃܭ్தͰߦͬͨධՁ͓Αͼӡ༻্Ͱඞ ཁͱͳͬͨධՁʹ͍ͭͯ΋ใࠂ͢Δɽ͸͡Ίʹɼඈߦ࣮ݧͷ֓ཁ΍લఏ৚݅ɼཁٻ৚݅Λड़΂ͨޙɼୈ

I

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II

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III

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GPS

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ͨ

HSFD–II

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ϯΛ׆༻ͨ͠แׅతͳධՁख๏ͱͳ͍ͬͯΔɽ͜ͷධՁ݁Ռʹج͍ͮͯඈߦ࣮ݧʹ๬ΈɼوॏͳιχοΫϒʔϜσʔ λΛऔಘ͢Δ͜ͱʹ੒ޭͨ͠ɽ

2 ධՁ৚݅

2.1 ඈߦ࣮ݧ֓ཁ

D–SEND#2

ͷඈߦ࣮ݧ͸ɼε΢ΣʔσϯͷΤεϨϯδ࣮ݧ৔ͷ

Zone–B (

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1

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)

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Zone–B

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(FLCC)

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BMS

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BMS

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BMS

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3

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BMS

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2.2 લఏ৚݅

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15)

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Appendix A

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3

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D–SEND#2

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16)

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17)

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ͷઃܭ݁Ռʹ͍ͭͯ͸ࢀߟจݙ

2)

ʹͯใࠂͨ͠ɽධՁͰ༻੍͍ͨޚήΠϯͳͲͷύϥϝʔλʹ͍ͭͯ΋ɼࢀߟจݙ

(7)

2

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JAXA-RR-18-XXX

(S3CM: Silent SuperSonic Concept Model)

D–SEND#2

͸

D–SEND#1

2013

.

2), 3)

(MCS)

MCS

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MCS

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3 D–SEND#2

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D–SEND#2

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3

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West - East [km]

North - Sourth [km]

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分離可能域分離許容域

BMS

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No

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1

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2

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3

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4

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5

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6

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2

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6

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4

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1.

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2.

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3.

ܭଌෆྑ

4.

ܭଌ੒ޭ

2 JAXA-RR-18-XXX

(S3CM: Silent SuperSonic Concept Model)

D–SEND#2

͸

D–SEND#1

2013

.

2), 3)

(MCS)

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BMS

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2.2 લఏ৚݅

15)

I

(MCS)

Appendix A

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3 D–SEND#2

16)

17)

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(8)

ද2 ཁٻ࢓༷

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15)(10

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(Appendix E)

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)

:

−

4.5

G∼

+4.5

3

^◦Ҏ্ ௨৴ͷ֬อ

BMS

90 %

҆ఆ༨༟

:

ήΠϯ༨༟ ±

6 dB

Ҏ্ ɼҐ૬༨༟

30

^◦Ҏ্ɼ஗Ε༨༟

100 ms

Ҏ্

:

ήΠϯ༨༟±

6 dB

Ҏ্

15)(10

ষ

)

(Appendix E)

MCS

͏ʹͳͬͨɽ

D–SEND#2

5

ද3 ඈߦෆྑ൑ఆ৚݅

಺༰ ൑ఆج४

Zone B

ൣғ֎ ඈߦதʹ

Zone B

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NzίϚϯυܭࢉෆೳ μΠϒϑΣʔζͷӡಈ༧ଌͰNzίϚϯυ͕ࢉग़Ͱ͖ͳ͍ɽ ϩʔϧ֯௒ա ඈߦதͷϩʔϧ֯ͷઈର஋͕

90

^◦Ҏ্ɽ

ܴ֯௒ա ඈߦதͷܴ֯ͷઈର஋͕

20

^◦Ҏ্ɽ ԣ׈Γ֯௒ա ඈߦதͷԣ׈Γ֯ͷઈର஋͕

10

^◦Ҏ্ɽ

ද4 ੍ݶ௒ա൑ఆ৚݅

಺༰ ൑ఆج४

ඈߦϚοϋ਺ҳ୤ ඈߦதͷϚοϋ਺͕

1.7

Ҏ্ɽ

੍ݶ଎౓ҳ୤ ඈߦதͷ౳Ձରؾ଎౓͕

360 [m/s]

Ҏ্ɽ

ભԻ଎ϑϥολ࠷େ଎౓ҳ୤ ඈߦதʹ

0.735

≤M ach≤

1.2

ͷൣғͰ౳Ձରؾ଎౓͕

250 [m/s]

Ҏ্ɽ

ܴ֯ఆٛൣғҳ୤ α≤ −

10

^◦·ͨ͸α≥

15

^◦ɽ ԣ׈Γ֯ఆٛൣғҳ୤ ԣ׈Γ֯ͷઈର஋͕

5

^◦Ҏ্ɽ

ಈѹఆٛൣғҳ୤ ಈѹ͕

65 [kPa]

Ҏ্ɽͨͩ͠ɼϑΣʔζ

5

Ҏ߱͸

80 [kPa]

Ҏ্ɽ

଩֯๞࿨ ඈߦதʹ͍ͣΕ͔ͷ଩֯ࢦྩ͕ਖ਼ෛͦΕͧΕͷϦϛολ±

20

^◦Λ௒͑Δɽ ώϯδϞʔϝϯτҳ୤ ͍ͣΕ͔ͷΞΫνϡΤʔλͷώϯδϞʔϝϯτ͕

981 [Nm]

Ҏ্ɽ ՙॏഒ਺੍ݶҳ୤ ඈߦதͷՙॏഒ਺ͷઈର஋͕

4.5 [G]

Ҏ্

௨৴੍ݶҳ୤ ஍্ہ͔Βͷڼ͕֯

3

^◦ҎԼ

ද5 ܭଌෆྑ൑ఆ৚݅

಺༰ ൑ఆج४

ϒʔϜະൃੜ ܭଌཁٻΛຬ଍͢ΔϒʔϜ͕ܭଌϑΣʔζͰൃੜ͠ͳ͍ɽ

BMS

΁ͷϒʔϜෆ౸ୡ ܭଌཁٻΛຬ଍͢ΔϒʔϜ͸ൃੜ͍ͯ͠Δ͕ɼ

BMS

΁౸ୡ͠ͳ͍ɽࢀ

ߟจݙ

15)

ࢀরɽ

ϒʔϜԣҐஔҳ୤ ܭଌཁٻΛຬ଍͢ΔϒʔϜ͕

BMS

΁౸ୡ͍ͯ͠Δ͕ɼܭଌ࣌ػମ࢟

੎ཁٻ

(

ࢀߟจݙ

15) 10.1

અࢀর

)

Λຬ͍ͨͯ͠ͳ͍ɽ

Ϛοϋ਺੍ݶ஋ҳ୤

BMS

ʹ౸ୡͨ͠ϒʔϜͷલޙ

0.5 [s]

Ͱൃੜͨ͠ϒʔϜ͕M ach <

1.2

·ͨ͸M ach >

1.4

ͷൣғʹ͋Δɽ

4 JAXA-RR-18-XXX

ද2 ཁٻ࢓༷

Ϛοϋ਺

:1.2

∼

1.4(

ϊϛφϧ

1.3)

༲ྗ܎਺

:0.10

∼

0.13(

໨ඪ

0.12)

૝ఆ࣮ػ૬౰஋

ߴ౓

: 11 km

ҎԼ

:

ػମ࣠

Y-Z

ฏ໘Ͱ

BMS

ͷํ޲͕ػମ

z

͔࣠Β

40

^◦Ҏ಺

(-0.3–+0.1

ඵ

)

൓ࣹ೾ʹ͍ͭͯ͸

(-0.5–+0.1

ඵ

)

ඈߦཁٻ

(

)

:

−

4.5

G∼

+4.5

3

^◦Ҏ্ ௨৴ͷ֬อ

BMS

90 %

҆ఆ༨༟

:

ήΠϯ༨༟ ±

6 dB

Ҏ্ ɼҐ૬༨༟

30

^◦Ҏ্ɼ஗Ε༨༟

100 ms

Ҏ্

:

ήΠϯ༨༟±

6 dB

Ҏ্

15)(10

ষ

)

(Appendix E)

MCS

͏ʹͳͬͨɽ

(10)

ୈ I ෦

௨ৗධՁ

ୈ

I

෦Ͱ͸ɼ༠ಋ੍ޚܥ͕ཁٻ࢓༷Λຬ͍ͨͯ͠Δ͔Ͳ͏͔Λ௚઀ධՁ͢ΔධՁख๏ʹ͍ͭͯड़΂Δɽ͜ΕΒͷධ Ձ͸ઃܭ࡞ۀͷҰ෦ͱͯ͠׆༻͞Εɼ࠷ऴతʹ͸ઃܭ͞Εͨ༠ಋ੍ޚܥ͕ཁٻΛຬ͍ͨͯ͠Δ͜ͱΛ֬ೝ͢ΔͨΊʹ

࢖༻͞Εͨɽ͍ͣΕͷධՁʹ͓͍ͯ΋ɼઃܭ৚݅ͱͯ͠ఆΊΒΕͨ৚݅ԼͰ༠ಋ੍ޚܥͷੑೳΛධՁ͢Δ΋ͷͰ͋Δɽ

۩ମతʹ͸ɼޡࠩ΁ͷײ౓ΛධՁ͢Δ୯ಠޡࠩղੳ΍ɼ҆ఆੑΛධՁ͢Δઢܗղੳɼϛογϣϯ੒ޭ཰ΛධՁ͢Δ

MCS

ͳͲʹ͍ͭͯड़΂Δɽ

ਤ

2

ʹɼ༠ಋ੍ޚܥͷઃܭٴͼධՁʹ࢖༻ͨ͠Ϟσϧͷ֓ཁΛࣔͨ͠ɽඈߦγϛϡϨʔγϣϯϞσϧ͸ඇઢܗͷӡ ಈํఔࣜɼػମϞσϧɼ؀ڥϞσϧ͔Βߏ੒͞Ε͍ͯΔɽ͜ͷඇઢܗͳγϛϡϨʔγϣϯϞσϧ͸੍ޚܥͷઃܭ͓Α ͼ

MCS

ධՁʹ࢖༻͞Εɼ͞Βʹ੍ޚϓϩάϥϜ಺ʹ౥ࡌ͞ΕϑΟʔυόοΫྔͷࢉग़ʹ༻͍ΒΕ͍ͯΔɽҰํͰઢ ܗղੳʹΑΔ੍ޚܥͷධՁͷࡍʹ͸ɼӡಈํఔࣜΛઢܗԽͨ͠ઢܗϞσϧ͕༻͍ΒΕΔɽ

シミュレーションモデル (非線形)

誤差モデル

機体モデル・環境モデルの各パラメータに対する誤差を指定機体モデル

運動方程式

環境モデル

空力特性質量特性センサモデルアクチュエータ

大気モデル風モデル

・制御系設計

・制御プログラム

・評価（MCS)

制御プログラム内のシミュレーションモデルも線形化

・評価（線形解析) 線形化

線形モデル

ਤ2 ༠ಋ੍ޚܥͷઃܭɾධՁʹ࢖༻ͨ͠Ϟσϧ

3 ୯ಠޡࠩղੳ

3.1 ղੳख๏֓ཁ

(11)

6 JAXA-RR-18-XXX

ୈ I ෦

௨ৗධՁ

ୈ

I

MCS

ਤ

2 MCS

シミュレーションモデル (非線形)

誤差モデル

運動方程式

環境モデル

・制御系設計

・評価（MCS)

線形モデル

3 ୯ಠޡࠩղੳ 3.1 ղੳख๏֓ཁ

D–SEND#2

7

ޡࠩέʔεͱͯ͠ยଆʹ͔͠ޡ͕ࠩൃੜ͞Εͳ͍ɽ·ͨCLα, CmαͳͲͷ܏ࣼޡࠩ͸ɼޡࠩͷେ͖͞ͱӨڹΛٴ΅͢

ܴ֯ͷൣғͷ૊Έ߹ΘͤͰఆٛ͞ΕͨޡࠩͷͨΊɼ୯७ʹ࠷େ஋ɾ࠷খ஋Ͱ͸ͳ͘୅දతͳޡࠩͷ૊Έ߹ΘͤͰධՁ Λߦͬͨɽج४఺ͷҐஔΛα

= 0

^◦,

5

^◦,

10

^◦ͷ

3

௨Γɼ܏ࣼޡࠩͷӨڹͷ෯Λσ0

= 1, 4

ͷ

2

௨Γɼූ߸͕

2

௨Γͷ૊

Έ߹ΘͤͳͷͰɼ

3

×

2

×

2

ͷ߹ܭ

12

௨Γʹ͍ͭͯධՁͨ͠ɽ

3.2 ݁Ռ

୯ಠޡࠩղੳͷ݁Ռ͸ɼද

7

ʹࣔͨ͠௨Γɼ

3

छྨͷޡࠩΛআ͖ܭଌ੒ޭͱͳͬͨɽ࣍ʹɼܭଌෆྑͱͳͬͨ

3

έʔ εͷৄࡉΛද

8

ʹࣔ͢ɽ

C_D

basic

^{ޡࠩʹ͍ͭͯ͸ɼ}CL, CD, Cmʹ͸૬ؔؔ܎͕͋Γɼ୯ಠͰେ͖ͳޡࠩΛ࣋ͭͱ͸ߟ͑ʹ͘͘ɼۭྗޡࠩ

ϞσϧͰ͸͜ΕΒͷ૬ؔΛߟྀͨ͠ޡࠩΛ࢖༻͢Δ͜ͱͱͳ͍ͬͯΔɽͦ͜ͰCD͕−

3σ

૬౰ͷޡࠩΛੜ͡Δ৔߹

ʹɼCL, Cmʹ૬ؔޡࠩΛ෇Ճͨ͠৔߹ʹ͸ɼܭଌ੒ޭͱͳͬͨɽຊ࣮ݧػ͸଎౓Λ੍ޚ͢ΔσόΠεΛ࣋ͨͳ͍ͨ

Ίɼ଎౓ʹӨڹ͕େ͖͍ޡ͕ࠩ͋Δ৔߹ʹϛογϣϯͷ੒ޭʹେ͖ͳӨڹ͕͋Δ͜ͱΛࣔࠦ͢Δ݁Ռͱͳͬͨɽ Cmδe−ޡࠩʹ͍ͭͯ͸ɼ଩ޮ͖͕ѱ͘ͳͬͨ݁ՌɼܭଌϑΣʔζͰͷҾ͖ى͕͜͠஗͘ͳΓɼμΠϒϑΣʔζͷෛ

ͷCL͔Β໨ඪͷCLʹมԽ͢Δ్தͰൃੜͨ͠ιχοΫϒʔϜ͕

BMS

ʹ౰ͨͬͨͨΊɼCLͷ஋͕େ͖ͣ͘ΕΔ͜

ͱͱͳͬͨɽ

Azηϯαʹ͍ͭͯ͸ɼܭଌϑΣʔζͰ͸໨ඪͱ͢ΔNzΛ࣮ݱͰ͖ΔΑ͏ʹAzηϯαͷ஋Λ༻੍͍ͯޚΛߦͬͯ

͍ΔͨΊɼCLͷ஋ʹӨڹΛ༩͑Δͷ͸ݪཧతʹ๷͛ͳ͍ɽ౥ࡌ͞Ε͍ͯΔଞͷηϯα

(EGI

ͷAzग़ྗ

)

ͱൺֱͯ͠

΋ɼAzηϯαͷํ͕ਫ਼౓ͷߴ͍ग़ྗ͕ظ଴͞Ε͍ͯΔͨΊɼ͜ͷΑ͏ͳେ͖ͳޡ͕ࠩ͋ͬͨ৔߹ʹ͸ܭଌෆྑΛड

͚ೖΕ͟ΔΛಘͳ͍ɽ

4 ઢܗղੳ 4.1 ղੳख๏֓ཁ

ઢܗղੳʹ͍ͭͯ͸ɼߴ౓

30 km

ɼதؒϨϯδ

(

࠷େϨϯδͱ࠷খϨϯδͷதؒ఺

)

Λඪ४έʔεͱͯ͠ɼඪ४έʔ εͷޡࠩͳ͠γϛϡϨʔγϣϯΛߦ͍ɼඈߦيಓ্ͷ

1

ඵ͝ͱͷ֤఺ͰઢܗԽΛߦ͍ɼઢܗղੳΛߦͬͨɽઢܗղੳ Ͱ͸҆ఆ༨༟ΛධՁ͢ΔͨΊɼઃܭϞσϧͱൺ΂࣮ͯػ΍ඈߦ৚݅ʹޡ͕ࠩ͋ͬͨ৔߹ͷ҆ఆੑΛ֬ೝͰ͖ΔҰํͰɼ ϛογϣϯ੒ޭʹ͍ͭͯ͸ධՁ͢Δ͜ͱ͕Ͱ͖ͳ͍ɽ

ैདྷͷઢܗղੳͰ͸ɼج४يಓʹԊͬͨద౰ͳධՁ఺ͰτϦϜΛऔͬͨͱ͖ͷઢܗϞσϧΛಋग़͠ɼͦͷઢܗϞσ ϧΛ༻͍ͨઢܗղੳΛߦ͍ͬͯͨɽ

D–SEND#2

Ͱ͸ɼ֊૚ߏ଄ԽμΠφϛοΫΠϯόʔδϣϯ๏

(HSDI)

Λ༻͍ͯ

͍ΔͨΊʹɼ੍ޚܥͷ಺෦ʹ΋ඇઢܗͳػମϞσϧ͕౥ࡌ͞Ε͍ͯΔɽͦͷͨΊɼػମͷӡಈํఔ͚ࣜͩͰͳ੍͘ޚ

ද6 ൃੜޡࠩϦετ(ΧςΰϦผ)

ΧςΰϦ ಺༰ छྨ έʔε਺

࣭ྔಛੑ ॏྔɼॏ৺Ґஔɼ׳ੑϞʔϝϯτ

8 16

ۭྗಛੑ

6

෼ྗجຊಛੑɼ଩ޮ͖౳

32 76

ΞΫνϡΤʔλಛੑ ΞϥΠϝϯτ

3 6

EGI

Ґஔɼ଎౓ɼ౳

17 34

ADS

ϐτʔ޸ѹɼ֤छΤΞσʔλɼऔΓ෇͚֯ɼมܗྔ

17 34 Az

ηϯα

Az

ɼऔΓ෇͚֯ɼมܗྔ

10 20

ॳظ৚݅ ߴ౓ʢ

-

ͷΈʣɼ଎౓ɼ࢟੎ɼ֯଎౓

10 19 6

JAXA-RR-18-XXX

ୈ I ෦

௨ৗධՁ

ୈ

I

MCS

ਤ

2 MCS

シミュレーションモデル (非線形)

誤差モデル

運動方程式

環境モデル

・制御系設計

・評価（MCS)

線形モデル

3 ୯ಠޡࠩղੳ

3.1 ղੳख๏֓ཁ

(12)

ද7 ୯ಠޡࠩղੳ݁Ռ

෼ྨ έʔε਺

ܭଌ੒ޭ

214

ܭଌෆྑ

3

੍ݶ௒ա

0

ඈߦෆྑ

0

ද8 ୯ಠޡࠩղੳܭଌෆྑέʔε

ޡࠩ ಺༰

C_D

basic

− ^{Ϛοϋ਺ཁٻҳ୤}

(M = 1.42)

Cmδe− CLཁٻҳ୤

(C

L

=

−

0.135)

ɼ Ϛ ο ϋ ਺ ཁ ٻ ҳ ୤

(M = 1.196)

Azηϯα

+

CLཁٻҳ୤

(C

L

= 0.1307)

ܥ಺෦ͷػମϞσϧʹ͍ͭͯ΋ઢܗԽ͕ඞཁͱͳΔɽͦͷࡍʹɼ੍ޚܥͰ࢖༻͍ͯ͠ΔγϛϡϨʔγϣϯϞσϧ͸τ ϦϜ͕ͱΕ͍ͯͳ͍࣮ࡍͷ଩֯Λ࢖༻͍ͯ͠ΔͨΊɼ޻෉͕ඞཁͱͳΔɽຊݕ౼Ͱ͸ɼΤϨϕʔλ଩֯͸ධՁ఺ͷγ ϛϡϨʔγϣϯ݁ՌΛ࠾༻͕ͨ͠ɼΤϧϩϯɼϥμʔ଩֯ʹ͍ͭͯ͸

0

^◦ͱͯ͠ઢܗϞσϧΛಋग़ͨ͠ɽ͜Ε͸ɼͨ·

ͨ·ԣɾํ޲ܥͷӡಈΛߦ͍ͬͯΔ్தͰ͋ͬͯ΋ɼࠨӈඇରশͳӡಈΛى͜͢Α͏ͳϞσϧΛ༻͍ͯઢܗղੳΛߦ

͏ͷ͸ෆద੾ͱ൑அͨͨ͠ΊͰ͋Δɽ࣍ʹɼΞΫνϡΤʔλ΍੍ޚϩδοΫΛ

Matlab Simulink

ϞσϧʹΑΓඇઢܗ ͷӡಈϞσϧΛ࡞੒͠ɼػମͷӡಈํఔࣜͷઢܗϞσϧͱ૊Έ߹Θͤͨɽͦͷޙɼ

Matlab

ͷઢܗԽػೳΛ༻͍ͯઢ ܗԽͯ͠ɼ҆ఆ༨༟ͷධՁΛ࣮ࢪͨ͠ɽ

ઢܗղੳͷৄࡉʹ͍ͭͯ͸

Appendix B

ʹࣔͨ͠ɽ

ࠓճͷධՁͰ͸

1

ඵ͝ͱʹઢܗԽΛߦ͍ͬͯΔͨΊɼ஗͗͢Δӡಈʹ͍ͭͯ͸ӨڹΛແࢹ͢Δ͜ͱ͕Ͱ͖Δɽ·ͨɼ

50 Hz

ͷ੍ޚܥͷධՁΛߦ͍ͬͯΔͷͰɼૣ͗͢ΔӡಈΛແࢹͰ͖ΔɽҎ্ΑΓɼ

ωmin

=1/50[Hz] = 0.13[rad/s] (1)

ωmax

=50[Hz] = 314.2[rad/s] (2)

ͷൣғʹ͍ͭͯධՁΛߦ͏ɽධՁج४͸ද

2

ʹࣔͨ͠௨ΓͰ͋Δɽ

4.2 ղੳ݁Ռ

ઢܗղੳͷ݁ՌΛɼਤ

3 –

ਤ

5

ʹࣔ͢ɽ͜ΕΒͷਤͰ͸ɼ੺ઢͰධՁج४Λࣔ͠ɼϐϯΫͷഁઢͰϑΣʔζͷ੾Γ ସΘΓΛ͍ࣔͯ͠ΔɽήΠϯ༨༟ͷ྘ͷઢ͸Լଆͷ҆ఆ༨༟Λ͍ࣔͯ͠Δɽ

31

ඵͷ఺Ͱԣɾํ޲ܥ

(

Τϧϩϯ͓Αͼϥμʔ

)

͕

0

ͱͳ͍ͬͯΔͷ͸͜ͷ఺Ͱෆ҆ఆʹͳ͍ͬͯΔ͜ͱΛࣔͯ͠

͍Δɽ͜ͷ఺͸લޙͷ఺ͱൺֱͯ͠࿈ଓతʹมԽ͢Δঢ়ଶྔΛجʹӡಈํఔ͔ࣜΒઢܗϞσϧΛಋग़͓ͯ͠Γɼؒͷ

఺͚͕ͩಛҟͳ఺ͱ͸ߟ͑ʹ͍͘ɽෆ҆ఆͱͳ͍ͬͯΔۃ͸ɼଞͷ࣌఺Ͱ͸ͣͬͱݪ఺ʹ͋ͬͨۃͰ͋Γɼ਺஋ԋࢉ

ޡࠩ΍Θ͔ͣͳ৚݅ͷҧ͍ʹΑͬͯݪ఺͔Βӈ൒໘ʹҠಈͨ͠Մೳੑ͕͋Δɽ͜ͷ఺ͷ҆ఆੑʹ͍ͭͯݕ౼ͨ݁͠Ռ Λɼ

Appendix B.4

ʹࣔͨ͠ɽ

4.3 ϩʔϧΦϑಛੑͷධՁ

ઢܗϞσϧΛ༻͍ͯɼద੾ͳϩʔϧΦϑಛੑΛ͔࣋ͭͲ͏͔ɼ͢ͳΘͪߴप೾ྖҬͰे෼ʹήΠϯ͕Լ͕͍ͬͯΔ

͔Ͳ͏͔ΛɼϘʔυઢਤΛ༻͍ͯධՁͨ͠ɽ֤ϑΣʔζ͝ͱʹɼ͋Δ࣌఺Ͱͷ֤଩Ͱ੾அͨ͠ϧʔϓͷϘʔυઢਤΛ ධՁͨ͠ɽධՁ఺͸ɼα͕ٸܹʹมԽ͍ͯ͠ͳ͍఺ΛબͼɼධՁ۠ؒͱͯ͠

1/50 Hz

͔Β

50 Hz

ʹ͍ͭͯධՁͨ͠ɽ 4.3.1 ϑΣʔζ1

ϑΣʔζ

1

ͷ֤଩Ͱ੾அͨ͠ϧʔϓͷϘʔυઢਤΛਤ

6 –

ਤ

8

ʹࣔ͢ɽ͍ͣΕ΋

20

ඵͷ఺ͰධՁͨ͠ɽ͜ͷ఺Ͱ

͸ɼ͍ͣΕͷ଩Ͱ΋ߴप೾ҬͰे෼ήΠϯ͕௿Լ͍ͯ͠Δ͜ͱ͕֬ೝͰ͖Δɽ

(13)

8 JAXA-RR-18-XXX

෼ྨ έʔε਺

ܭଌ੒ޭ

214

ܭଌෆྑ

3

੍ݶ௒ա

0

ඈߦෆྑ

0

ޡࠩ ಺༰

C_D

basic

(M = 1.42)

(C

L

=

−

0.135)

(M = 1.196)

Azηϯα

+

CLཁٻҳ୤

(C

L

= 0.1307)

0 Matlab Simulink

Matlab

Appendix B

ʹࣔͨ͠ɽ

ࠓճͷධՁͰ͸

1 50 Hz

ωmin

=1/50[Hz] = 0.13[rad/s] (1)

ωmax

=50[Hz] = 314.2[rad/s] (2)

2 4.2 ղੳ݁Ռ

3 –

ਤ

5

31 (

)

͕

0 Appendix B.4

ʹࣔͨ͠ɽ

4.3 ϩʔϧΦϑಛੑͷධՁ

1/50 Hz

͔Β

50 Hz

ϑΣʔζ

1 6 –

ਤ

8

ʹࣔ͢ɽ͍ͣΕ΋

20 D–SEND#2

9

0 20 40 60 80 100 120

-20 0 20

エレベータ [deg]

0 20 40 60 80 100 120

-20 0 20

エルロン [deg]

0 20 40 60 80 100 120

-20 0 20

ラダー [deg]

time [s]

ਤ3 ήΠϯ༨༟

0 20 40 60 80 100 120

0 50 100

0 20 40 60 80 100 120

0 50 100

エルロン [deg]

0 20 40 60 80 100 120

0 50 100

ラダー [deg]

8 JAXA-RR-18-XXX

෼ྨ έʔε਺

ܭଌ੒ޭ

214

ܭଌෆྑ

3

੍ݶ௒ա

0

ඈߦෆྑ

0

ޡࠩ ಺༰

C_D

basic

(M = 1.42)

(C

L

=

−

0.135)

(M = 1.196)

Azηϯα

+

CLཁٻҳ୤

(C

L

= 0.1307)

0 Matlab Simulink

Matlab

Appendix B

ʹࣔͨ͠ɽ

ࠓճͷධՁͰ͸

1 50 Hz

ωmin

=1/50[Hz] = 0.13[rad/s] (1)

ωmax

=50[Hz] = 314.2[rad/s] (2)

2 4.2 ղੳ݁Ռ

3 –

ਤ

5

31 (

)

͕

0 Appendix B.4

ʹࣔͨ͠ɽ

4.3 ϩʔϧΦϑಛੑͷධՁ

1/50 Hz

͔Β

50 Hz

ϑΣʔζ

1 6 –

ਤ

8

ʹࣔ͢ɽ͍ͣΕ΋

20

(14)

0 20 40 60 80 100 120 0

100 200

0 20 40 60 80 100 120

0 100 200

エルロン [deg]

0 20 40 60 80 100 120

0 100 200

ラダー [deg]

time [s]

ਤ5 ஗Ε༨༟

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

Bode Diagram for phase 1 elevator

(15)

10 JAXA-RR-18-XXX

0 20 40 60 80 100 120

0 100 200

0 20 40 60 80 100 120

0 100 200

エルロン [deg]

0 20 40 60 80 100 120

0 100 200

ラダー [deg]

time [s]

ਤ5 ஗Ε༨༟

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

D–SEND#2

11

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

Bode Diagram for phase 1 aileron

Frequensy (Hz)

ਤ7 ΤϧϩϯϧʔϓϘʔυઢਤ(ϑΣʔζ1)

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

10 JAXA-RR-18-XXX

0 20 40 60 80 100 120

0 100 200

0 20 40 60 80 100 120

0 100 200

エルロン [deg]

0 20 40 60 80 100 120

0 100 200

ラダー [deg]

time [s]

ਤ5 ஗Ε༨༟

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

(16)

4.3.2 ϑΣʔζ2

ϑΣʔζ

2 9 –

ਤ

11

ʹࣔ͢ɽΤϨϕʔλϧʔϓ͸

50

ඵɼΤϧϩϯϧʔ ϓɼϥμʔϧʔϓ͸

55

ඵͷ఺ͰධՁͨ͠ɽ͍ͣΕͷϧʔϓʹ͍ͭͯ΋ɼ

3–6 Hz

Ͱ

-20 dB

ΛԼճ͍ͬͯΔ͜ͱ͕֬ೝ

Ͱ͖Δɽͨͩ͠ɼΤϧϩϯϧʔϓͰ͸ɼ

0.6 Hz

ҎԼͷप೾਺ͰήΠϯ͕

1 dB

ΛԼճΔ݁Ռͱͳ͍ͬͯΔɽ͔͠͠ɼ

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900 1080

Phase (deg)

Frequensy (Hz)

ਤ9 ΤϨϕʔλϧʔϓͷϘʔυઢਤ(ϑΣʔζ2)

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

(17)

12 JAXA-RR-18-XXX

4.3.2 ϑΣʔζ2

ϑΣʔζ

2 9 –

ਤ

11

50

55 3–6 Hz

Ͱ

-20 dB

0.6 Hz

1 dB

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900 1080

Phase (deg)

Frequensy (Hz)

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

D–SEND#2

13

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

Bode Diagram for phase 2 rudder

Frequensy (Hz)

ਤ11 ϥμʔϧʔϓͷϘʔυઢਤ(ϑΣʔζ2)

ϕcεςοϓԠ౴Ͱ͸໰୊ͳ͘௥ैͰ͖͍ͯΔ͜ͱɼ

MCS

ͷ݁Ռ͔Β΋ಛʹϕͷ੍ޚʹ໰୊͸ൃੜ͍ͯ͠ͳ͍͜ͱ͔

Βɼϕcͷ੍ޚʹ͍ͭͯ໰୊͕͋Δͱ͸ߟ͑ʹ͍͘ɽͦ͜ͰɼҎԼͷ௨Γͷ௥Ճͷݕ౼Λߦͬͨɽ

଩໘Ͱ੾அͨ͠ϧʔϓͷϒϩοΫਤΛਤ

12

ʹࣔ͢ɽΤϧϩϯϧʔϓ੾அͷέʔε͸͜ͷਤͷ੾அ఺

1

Ͱ੾அͨ͠

͜ͱʹ૬౰͢ΔɽैͬͯɼβͷϑΟʔυόοΫϧʔϓͷӨڹ͕ೖͬͯ͠·͍ͬͯΔɽͦ͜ͰɼβͷӨڹΛऔΓআͨ͘

Ίɼ੾அ఺

2

Ͱ੾அͨ͠ϕͷϧʔϓͱɼಉ༷ʹβͷϧʔϓͷϘʔυઢਤΛਤ

13

ɼਤ

14

ʹࣔ͢ɽਤ

13

͔Βɼϕʹ͍ͭ

ͯ͸௿प೾ҬͰ͸ήΠϯ͕े෼େ͖͘ɼ੍ޚͰ͖Δ͜ͱ͕֬ೝͰ͖ΔɽҰํɼਤ

14

͔Βɼβʹ͍ͭͯ͸શҬͰήΠϯ

͕ඇৗʹখ͍͜͞ͱ͕Θ͔Δɽैͬͯดϧʔϓͷಛੑͱͯ͠͸ɼࢦྩɼ֎ཚΛ໰ΘͣβΛಈ͔͢͜ͱ͕೉͍͠ಛੑΛ

͍࣋ͬͯΔɽ͜Ε͸ػମͷಛੑͱͯ͠෩ݟ҆ఆ͕ඇৗʹڧ͍ػମʹͳ͍ͬͯΔͷͰ͸ͳ͍͔ͱߟ͑ΒΕΔɽ࣮ࡍʹ෩ ݟ҆ఆΛࣔ͢Cnβ͸ɼܴ֯

12 deg

ɼϚοϋ਺

1.4

Ͱ

0.0025

ɼCnβDY N18)͸

0.0098

ͱͳ͓ͬͯΓ҆ఆΛ͍ࣔͯ͠Δɽ

φ_c

β_c

β φ

δ_a 制御系

制御系

× プラント

×

切断点切断点

ਤ12 Τϧϩϯϧʔϓ੾அͷϒϩοΫਤ

12 JAXA-RR-18-XXX

4.3.2 ϑΣʔζ2

ϑΣʔζ

2 9 –

ਤ

11

50

55 3–6 Hz

Ͱ

-20 dB

0.6 Hz

1 dB

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900 1080

Phase (deg)

Frequensy (Hz)

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

(18)

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

Bode Diagram for phase 2 q

Frequensy (Hz) ਤ13 ϕϧʔϓͷϘʔυઢਤ(ϑΣʔζ2)

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

Bode Diagram for phase 2 `

(19)

14 JAXA-RR-18-XXX

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

D–SEND#2

15

4.3.3 ϑΣʔζ3

ϑΣʔζ

3 15 –

ਤ

17

ʹࣔ͢ɽ͍ͣΕ΋

75

ඵͷ఺ͰධՁͨ͠ɽ͍ͣΕ ͷϧʔϓʹ͍ͭͯ΋ɼ

3–7 Hz

ͰήΠϯ͕

-20 dB

ΛԼճ͍ͬͯΔ͜ͱ͕֬ೝͰ͖Δɽͨͩ͠ɼϑΣʔζ

2

ͷΤϧϩϯ ϧʔϓͱಉ༷ʹɼϥμʔϧʔϓͰ௿प೾ҬͰήΠϯ͕খ͘͞ͳ͍ͬͯΔɽ

ϑΣʔζ

2

ͱಉ༷ʹɼϕ, βϧʔϓʹ͍ͭͯϘʔυઢਤΛ࡞੒ͨ݁͠ՌΛਤ

18

ɼਤ

19

ʹࣔ͢ɽ͜ͷ݁Ռ͔ΒɼϑΣʔ ζ

2

ͱಉ༷ʹϕʹ͍ͭͯ͸௿प೾ҬͰे෼ͳήΠϯ͕֬อ͞Ε͓ͯΓɼβʹ͍ͭͯ͸มಈ͠ʹ੍͍͘ޚܥͱͳ͍ͬͯ

Δ͜ͱ͕Θ͔Δɽ

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

Frequensy (Hz)

14 JAXA-RR-18-XXX

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

(20)

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

Frequensy (Hz)

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

(21)

16 JAXA-RR-18-XXX

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

Frequensy (Hz)

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

D–SEND#2

17

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

Frequensy (Hz)

16 JAXA-RR-18-XXX

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

Frequensy (Hz)

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

(22)

4.3.4 ϑΣʔζ4

ϑΣʔζ

4 20 –

ਤ

22

ʹࣔ͢ɽ͍ͣΕ΋

95 6–8 Hz

ͰήΠϯ͕

-20 dB

ΛԼճ͍ͬͯΔ͜ͱ͕֬ೝͰ͖Δɽ·ͨਤ

22

͔Βɼϥμʔϧʔϓʹ

͍ͭͯ΋௿प೾਺Ͱे෼ͳήΠϯ͕֬อ͞Ε͍ͯΔ͜ͱ͕֬ೝͰ͖Δɽ

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

Frequensy (Hz)

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

(23)

18 JAXA-RR-18-XXX

4.3.4 ϑΣʔζ4

ϑΣʔζ

4 20 –

ਤ

22

ʹࣔ͢ɽ͍ͣΕ΋

95 6–8 Hz

ͰήΠϯ͕

-20 dB

22

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

Frequensy (Hz)

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

D–SEND#2

19

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

Frequensy (Hz)

4.3.5 ϑΣʔζ5

ϑΣʔζ

5 23 –

ਤ

25

ʹࣔ͢ɽ͍ͣΕ΋

110

ඵͷ఺ͰධՁͨ͠ɽ͍ͣΕ ͷϧʔϓʹ͍ͭͯ΋ɼ໿

5 Hz

ͰήΠϯ͕

-20 dB

ΛԼճ͍ͬͯΔ͜ͱ͕֬ೝͰ͖ΔɽϥμʔϧʔϓͷήΠϯʹ͍ͭͯ

͸ɼ

0.02 Hz

ҎԼͰ

0 dB

Λ্ճ͍ͬͯΔ͜ͱΛ֬ೝͨ͠ɽ

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

0 180 360 540 720 900 1080

Phase (deg)

18 JAXA-RR-18-XXX

4.3.4 ϑΣʔζ4

ϑΣʔζ

4 20 –

ਤ

22

ʹࣔ͢ɽ͍ͣΕ΋

95 6–8 Hz

ͰήΠϯ͕

-20 dB

22

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

Frequensy (Hz)

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

(24)

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

Frequensy (Hz)

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

Frequensy (Hz)

4.3.6 ϩʔϧΦϑಛੑධՁͷ·ͱΊ

(25)

20 JAXA-RR-18-XXX

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

Frequensy (Hz)

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

Frequensy (Hz)

D–SEND#2

21 4.4 ηϯαϧʔϓΛ੾அͨ͠ઢܗղੳ

௨ৗͷઢܗղੳʹՃ͑ͯɼηϯαϧʔϓΛ੾அͨ͠ઢܗղੳΛߦ͍ɼ௨ৗͷઢܗղੳͰ͸ධՁ͖͠Εͳ͍ϦεΫ͕

ͳ͍͔ΛධՁͨ͠ɽҎԼͷਤͰ͸ɼྫ͑͹ਤ

26

ͷΑ͏ʹɼཁٻ৚݅Λࣔ͢੺ઢҎ֎ʹԿ΋ϓϩοτ͞Ε͍ͯέʔε

͕͋Δɽ͜ΕΒͷέʔε͸ɼ҆ఆ༨༟͕े෼֬อ͞Ε͍ͯΔ͜ͱΛ͍ࣔͯ͠Δɽ 4.4.1 ॎܥͷ҆ఆ༨༟

ϑΣʔζ1

ϑΣʔζ

1

ͷ҆ఆ༨༟ධՁ݁ՌΛਤ

26–

ਤ

28

ʹࣔ͢ɽ

qʹ͍ͭͯ͸ɼ҆ఆʹͳͬͨ௚ޙͷ

1

఺͸ήΠϯ༨༟͕ෆ଍͍ͯ͠Δ͕ɼͦͷޙ͸े෼֬อ͞Ε͍ͯΔɽ

10

ඵ࣌఺

Ͱ໿

100Pa

Ͱ͋Γɼ͜ΕΒͷ۠ؒ͸ಈѹ͕ඇৗʹ௿͍ͨΊɼ໰୊͸ͳ͍ɽ

࣍ʹɼ༨༟ͷগͳ͘ͳͬͨqϧʔϓʹ͍ͭͯɼॎܥͷӡಈʹӨڹͷେ͖͍CmαޡࠩɼCmqޡ͕ࠩ͋Δ৔߹ͷઢܗ ղੳΛߦ͏ɽ

ղੳͷํ๏͸ɼϊϛφϧέʔεͷيಓͰ

2

ඵ͝ͱʹޡࠩ͋ΓઢܗϞσϧΛ࡞੒͠ɼ҆ఆੑͱ҆ఆ༨༟ΛධՁͨ͠ɽ

ͦͷ্Ͱɼෆ҆ఆͳ఺Λআ͖༨༟͕࠷΋খ͍͞఺ͷ஋Λ·ͱΊͨɽϊϛφϧέʔεɼCmαޡࠩɼCmqޡࠩͷ୯ಠޡ

ࠩέʔεɼͦͯͦ͠ΕΒͷ૊Έ߹Θͤʹ͍ͭͯධՁͨ͠ɽ͍ͣΕͷέʔε΋ɼޡࠩ͸ਖ਼ن෼෍ͷ

3σ

૬౰ͷޡࠩΛՃ

͑ͨɽ

݁ՌΛද

9

ʹࣔ͢ɽ͜ͷද͔ΒΘ͔Δ௨Γɼશͯͷέʔεʹ͍ͭͯ҆ఆ༨༟͕֬อͰ͖͍ͯΔɽ ද9 ϑΣʔζ1ͷޡࠩ͋Γઢܗղੳ݁Ռ(qϧʔϓ)

έʔε Cmαޡࠩ Cmqޡࠩ ήΠϯ༨༟ Ґ૬༨༟ ஗Ε༨༟

[dB] [deg] [ms]

1 0 0 10.9 -19.7 52.1 170.3

2

−

0 10.5 -17.5 48.2 163.6

3 + 0 11.3 -20.8 53.7 173.5

4 0

−

10.8 -18.3 49.8 163.0

5 0 + 11.0 -21.3 54.4 177.8

6

− −

10.4 -16.2 45.8 155.6

7

−

+ 10.5 -19.0 50.4 171.9

8 +

−

11.2 -19.4 51.5 166.4

9 + + 11.3 -22.4 56.0 180.7

20 JAXA-RR-18-XXX

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

Frequensy (Hz)

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Gain (dB)

10^-1 10⁰ 10¹

0 180 360 540 720 900

Phase (deg)

Frequensy (Hz)

(26)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 -10

-5 0 5 10

GM [dB]

w

0 5 10 15 20 25 30 35 40

0 10 20 30 40 50

PM [deg]

0 5 10 15 20 25 30 35 40

0 50 100 150

DM [ms]

time [s]

ਤ26 ϑΣʔζ1ॎܥͷ҆ఆ༨༟(w)

宇宙航空研究開発機構研究開発報告 JAXA Research and Development Report

宇宙航空研究開発機構研究開発報告

JAXA Research and Development Report

D-SEND#2の誘導制御系の評価について

Performance evaluation of GNC system of D–SEND#2

二宮 哲次郎，鈴木 広一，川口 純一郎

Tetsujiro NiNomiya, Hirokazu Suzuki and Jun’ichiro kawaGuCHi

2018年11月

宇宙航空研究開発機構

JAXA-RR-18-004

2 評価条件 ··· 2

2.1 飛行実験概要 ··· 2

2.2 前提条件 ··· 2

2.3 要求条件 ··· 2

第 I 部 通常評価 ··· 6

3 単独誤差解析 ··· 6

3.1 解析手法概要 ··· 6

3.2 結果 ··· 7

4 線形解析 ··· 7

4.1 解析手法概要 ··· 7

4.2 解析結果 ··· 8

4.3 ロールオフ特性の評価 ··· 8

4.4 センサループを切断した線形解析 ··· 21

4.5 誤差あり線形解析 ··· 55

5 モンテカルロ・シミュレーション評価 ··· 66

5.1 モンテカルロ・シミュレーション法の概要 ··· 66

5.2 信頼区間 ··· 67

5.3 MCS 結果 ··· 67

5.4 分離位置の影響評価 ··· 67

第Ⅱ 部 運用評価 ··· 70

6 風判定評価 ··· 70

6.1 評価手法 ··· 70

6.2 MCS 評価 ··· 70

6.3 実データとの比較 ··· 72

6.4 風況による実験可否判定基準 ··· 75

7 分離耐性評価 ··· 75

7.1 評価手法 ··· 76

7.2 単独誤差耐性 ··· 76

7.3 組み合わせ誤差耐性 ··· 78

7.4 まとめ ··· 80

9 投棄解析 ··· 84

9.1 解析条件 ··· 84

9.2 解析結果 ··· 85

10 位置とびの影響評価 ··· 87

10.1 目的 ··· 87

10.2 解析内容 ··· 87

11 低高度分離解析 ··· 89

11.1 目的 ··· 89

11.2 解析手法 ··· 89

11.3 解析結果 ··· 89

12 落下分散評価 ··· 89

12.1 目的 ··· 89

12.2 解析内容 ··· 90

13 ADS 模擬精度不足の評価 ··· 91

13.1 目的 ··· 91

13.2 解析内容 ··· 91

14 まとめ ··· 91

参考文献 ··· 93

Appendix ··· 95

A 誤差モデル ··· 95

B 線形解析 ··· 96

B.1 解析モデル ··· 96

B.2 線形モデルのブロック図 ··· 96

B.3 線形モデルの検証方法 ··· 116

B.4 不安定点の評価 ··· 128

C センサループを切断した線形解析フェーズ 2 の位相余裕の変動について ··· 131

D フェーズ 1 横・方向系の誤差あり解析 ··· 133

F ソフトウェアの検証方法について ··· 139

F.1 OFP の検証 (Veriﬁcation) ··· 139

F.2 OFP の妥当性確認 (Validation) ··· 140

D-SEND#2 ͷ༠ಋ੍ޚܥͷධՁʹ͍ͭͯ

ೋٶɹ఩࣍࿠

, ླ໦ɹ޿Ұ

ɼ઒ޱɹ७Ұ࿠

Performance evaluation of GNC system of D–SEND#2

Tetsujiro Ninomiya

ɼ Hirokazu Suzuki

ɼ Jun’ichiro Kawaguchi

Flight test, Guidance and Control, Dynamic Inversion

D–SEND

二宮哲次郎，鈴木広一，川口純一郎

2 評価条件 ··· 　 2

　 2.1 飛行実験概要 ··· 　 2

　 2.2 前提条件 ··· 　 2

　 2.3 要求条件 ··· 　 2

第 I 部　通常評価 ··· 　 6

3 単独誤差解析 ··· 　 6

　 3.1 解析手法概要 ··· 　 6

　 3.2 結果 ··· 　 7

　 4.1 解析手法概要 ··· 7

　 4.2 解析結果 ··· 8

　 4.3 ロールオフ特性の評価 ··· 8

　 4.4 センサループを切断した線形解析 ··· 21

　 4.5 誤差あり線形解析 ··· 55

　 5.1 モンテカルロ・シミュレーション法の概要 ··· 66

　 5.2 信頼区間 ··· 67

　 5.3 MCS 結果 ··· 67

　 5.4 分離位置の影響評価 ··· 67

第Ⅱ 部　運用評価 ··· 70

　 6.1 評価手法 ··· 70

　 6.2 MCS 評価 ··· 70

　 6.3 実データとの比較 ··· 72

　 6.4 風況による実験可否判定基準 ··· 75

　 7.1 評価手法 ··· 76

　 7.2 単独誤差耐性 ··· 76

　 7.3 組み合わせ誤差耐性 ··· 78

　 7.4 まとめ ··· 80

　 9.1 解析条件 ··· 84

　 9.2 解析結果 ··· 85

　 10.1 目的 ··· 87

　 10.2 解析内容 ··· 87

　 11.1 目的 ··· 89

　 11.2 解析手法 ··· 89

　 11.3 解析結果 ··· 89

　 12.1 目的 ··· 89

　 12.2 解析内容 ··· 90

　 13.1 目的 ··· 91

　 13.2 解析内容 ··· 91

　 B.1 解析モデル ··· 96

　 B.2 線形モデルのブロック図 ··· 96

　 B.3 線形モデルの検証方法 ··· 116

　 B.4 不安定点の評価 ··· 128

C センサループを切断した線形解析フェーズ 2 の位相余裕の変動について ^··· 131

　 F.1 OFP の検証 (Veriﬁcation) ··· 139

　 F.2 OFP の妥当性確認 (Validation) ··· 140

二宮哲次郎

，鈴木広一

，川口純一郎