Journal of Space Science and Technology

Journal of Space Science and Technology

Designing, Testing and Evaluation of Single Gimbal Control Moment Gyro for Microsatellite

Authors
A. R. Aghalari
A. Kalhor
S. M. Dehghan
A. Abedian
Abstract
In this paper, a designing procedure of Single Gimbal Control Moment Gyro (SGCMG) for performing an agile slew maneuver in a microsatellite is described, then a prototype is fabricated and finally the test results are presented. The design of actuator mechanism is based on simplicity, direction of produced torque, minimum volume and weight. A DC electrical and a stepper motor with accuracy of 0.024 degree are used for controlling the angular velocity of flywheel and the gimbal slew rate, respectively. The motors controller and driver units are designed and implemented, so that the maximum accuracy, minimum errors and best response time could be accessible. The flywheel design is based on the required angular momentum which should be stored. The gimbal consists of two in-line beams which are attached to bearing in one side and momentum wheel system in the other side. A specific approach was considered to avoid any deformation in beams in consequence of mounting the momentum wheel system.
Keywords
Microsatellite
Attitude control
control moment gyro
gimbal

Article Title Persian

طراحی عملگر ژایروی کنترل ممان تک‌جیمبال برای یک میکروماهواره و تست و ارزیابی آن

Authors Persian

علیرضا آقالاری
احمد کلهر
سید مهدی دهقان
عادل عابدیان
Abstract Persian

در این مقاله روند طراحی عملگر ژایروی کنترل ممان تک‌جیمبال برای انجام مانوری مشخص و سریع در یک میکروماهواره خاص به طور کامل تشریح شده‌است و بر اساس آن یک نمونه ساخته و در نهایت نتایج تست ارائه می‌شود. طراحی مکانیزم عملگر بر اساس سادگی، راستای گشتاور تولیدی و حجم و وزن کمتر انجام گرفته است. برای کنترل سرعت چرخ طیار از یک موتور DCو برای کنترل نرخ چرخش جیمبال از یک موتور پله‌ای با دقت 024/0 درجه استفاده شده است و واحدهای درایور و کنترلر آنها به گونه‌ای طراحی و ساخته شده است تا حداکثر دقت، حداقل خطا و سریع‌ترین زمان پاسخ را فراهم آورد. جیمبالعملگر متشکل از دو محور همراستاست که از یک سو به یاتاقان وصل است و از سوی دیگر مجموعه چرخ مومنتوم را در بر می‌گیرد. بنا بر ضرورت همراستا بودن محور‌ها، طراحی و روند ساخت آنها به گونه‌ای درنظر گرفته شده است تا کمترین انحراف و تغییر شکل را به هنگام نصب چرخ مومنتوم داشته باشند.

Keywords Persian

میکروماهواره
کنترل وضعیت
ژایروی کنترل ممان
‌جیمبال
[1] Berner, R., Control Moment Gyro Actuator for Small Satellite Application, M. s. Thesis, University of  Stellenbosch, 2005.
[2] Eugene Skelton II, C., Mixed Control Moment Gyro and Momentum Wheel Attitude Control Strategies, M. S. Thesis, Virginia Polytechnic Institute and State University, 2003.
[3] Yoon, Hyungjoo.  Spacecraft Attitude and Power Control Using Variable Speed Control Moment Gyros, Ph.D. Thesis, Georgia Institute of Technology, 2004.
[4] Lappas, V. J., Steyn, W. H. and Underwood, C. I., "Experimental Testing of a CMG Cluster for Agile Microsatellites," IEEE 11th Mediterranean Conference on Control and Automation -MED’03, 2003.
[5] Lappas, V. J Steyn,. W. H. and Underwood, C. I., "Attitude Control of Small Satellites using Control Moment Gyros," 52nd IAF Congress, Toulouse, France, 2001.
[6] Lappas, V. J., Oosthuizen, P., Madle, P., Cowie, L. P., Yuksel, G. and Fertin, D., "Design, Analysis and In-orbit Performance of the BILSAT-1 Microsatellite Twin Control Moment Gyroscope Experimental Cluster," 55th IAF Congress, Vancouver, Canada, 2004.
[7] آقالاری، ع، کلهر،  ا.، عابدیان، ع. و دهقان، س. م. طراحی، ساخت و تست SGCMG آزمایشگاهی، گزارش فنی مجتمع دانشگاهی هوافضا، پاییز 1387.
[8] The website of Oriental Motor Products, Available: [on line], http://catalog.orientalmotor.com/product.
[9] The website of Faulhaber Corporation, Available: [on line], www.faulhaber-group.com.
[10] The website of Atmel Corporation, Available: [on line], http://www.atmel.com/products.
[11] Available: [on line], http://www.ni.com.
[12] Available: [on line], http://www.FUTEK.com.
Journal of Space Science and Technology
Volume 2, Issue 1 - Serial Number 3
شماره پیاپی 3
Spring 2009
Pages 13-23

  • Receive Date 31 August 2008
  • Revise Date 09 December 2008
  • Accept Date 19 February 2009
  • First Publish Date 21 March 2009