Spacecraft_quaternion_i2b の値が怪しい

[TomokiMochizuki]

概要

spacecraft_quaternion_i2b の値が怪しい

詳細

詳細症状

• S2E-FFにてATTITUDEのpropagate_modeをRK4する場合や、propagate_modeをCONTROLLED (main_mode = INERTIAL_STABILIZE)にしてinitial_quaternion_i2bを設定する場合などにおいて、2サイクル目(0.1秒後)の値が変な値になっている．
  • 加えて，CONTROLLED (main_mode = INERTIAL_STABILIZE)の時でもquaternionの値が変動している．

発生条件

propagate_mode = RK4のとき

CONTROLLED (main_mode = INERTIAL_STABILIZE)のとき

なぜか3軸固定されていない

追加資料

あればリンクなどを貼る

必要な作業

• あれして
• これする

影響範囲

tool類が全部死ぬ... みたいな

補足

何かれば

注意

• 関連する Projects が存在する場合，それの紐付けを行うこと
• 可能ならば priority ラベルを付けること
• 可能ならば Assignees を設定すること
• close するときは結論を明記すること

[TomokiMochizuki]

@200km
こちら，原因の究明をお願いできますでしょうか？

[200km]

姿勢の初期化モードはどのような設定ですか？

[200km]

relative_attitude_controllerを使ったりはしていないですか？

[200km]

(明記していないですが、s2e-coreでは[HOTFIX]というのはPRの時に使っていて、issueではあまり使っていないのでタイトル変更しました。)

[TomokiMochizuki]

姿勢の初期化モードはどのような設定ですか？

現在，以下のようにしています．

[ATTITUDE]
// Attitude propagation mode
// RK4 : Attitude Propagation with RK4 including disturbances and control torque
// CONTROLLED : Attitude Calculation with Controlled Attitude mode. All disturbances and control torque are ignored.
propagate_mode = CONTROLLED

// Initialize Attitude mode
// MANUAL : Initialize Quaternion_i2b manually below 
// CONTROLLED : Initialize attitude with given condition. Valid only when Attitude propagation mode is RK4.
initialize_mode = CONTROLLED

// Initial angular velocity at body frame [rad/s]
initial_angular_velocity_b_rad_s(0) = 0.0
initial_angular_velocity_b_rad_s(1) = 0.0
initial_angular_velocity_b_rad_s(2) = 0.0

// Initial quaternion inertial frame to body frame (real part, imaginary part)
// This value also used in INERTIAL_STABILIZE mode of ControlledAttitude
initial_quaternion_i2b(0) = 0.476462
initial_quaternion_i2b(1) = 0.0902572
initial_quaternion_i2b(2) = -0.466688
initial_quaternion_i2b(3) = 0.739621

// Initial torque at body frame [Nm]
// Note: The initial torque added just for the first propagation step
initial_torque_b_Nm(0) = +0.000
initial_torque_b_Nm(1) = -0.000
initial_torque_b_Nm(2) =  0.000

[CONTROLLED_ATTITUDE]
// Mode definitions
// INERTIAL_STABILIZE
// SUN_POINTING
// EARTH_CENTER_POINTING
// VELOCITY_DIRECTION_POINTING
// ORBIT_NORMAL_POINTING
main_mode = INERTIAL_STABILIZE
sub_mode = ORBIT_NORMAL_POINTING

// Pointing direction @ body frame for main pointing mode
main_pointing_direction_b(0) = 1.0
main_pointing_direction_b(1) = 0.0
main_pointing_direction_b(2) = 0.0

// Pointing direction @ body frame for sub pointing mode
// main_pointing_direction_b and sub_pointing_direction_b should separate larger than 30 degrees.
sub_pointing_direction_b(0) = 0.0
sub_pointing_direction_b(1) = 1.0
sub_pointing_direction_b(2) = 0.0

[ORBIT]
calculation = ENABLE
logging = ENABLE

// Orbit propagation mode
// RK4      : RK4 propagation with disturbances and thruster maneuver
// SGP4     : SGP4 propagation using TLE without thruster maneuver
// RELATIVE : Relative dynamics (for formation flying simulation)
// KEPLER   : Kepler orbit propagation without disturbances and thruster maneuver
// ENCKE    : Encke orbit propagation with disturbances and thruster maneuver
propagate_mode = SGP4

// Orbit initialize mode for RK4, KEPLER, and ENCKE
// DEFAULT             : Use default initialize method (RK4 and ENCKE use pos/vel, KEPLER uses init_mode_kepler)
// POSITION_VELOCITY_I : Initialize with position and velocity in the inertial frame
// ORBITAL_ELEMENTS    : Initialize with orbital elements
initialize_mode = POSITION_VELOCITY_I

// Initial value definition for POSITION_VELOCITY_I initialize mode ////////
initial_position_i_m(0) = -2111769.7723711144
initial_position_i_m(1) = -5360353.2254375768
initial_position_i_m(2) = 3596181.6497774957

initial_velocity_i_m_s(0) = 4200.4344740455268
initial_velocity_i_m_s(1) = -4637.540129059361
initial_velocity_i_m_s(2) = -4429.2361258448807
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////

// Initial value definition for ORBITAL_ELEMENTS initialize mode ////////
semi_major_axis_m = 6794500.0
eccentricity = 0.0015
inclination_rad = 0.9012
raan_rad = 0.1411
argument_of_perigee_rad = 1.7952
epoch_jday = 2.458940966402607e6
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////


// Settings for SGP4 ///////////////////////////////////////////////
// TLE
// Example: ISS
tle1=1 25544U 98067A   20076.51604214  .00016717  00000-0  10270-3 0  9005
tle2=2 25544  51.6412  86.9962 0006063  30.9353 329.2153 15.49228202 17647
// World Geodetic System
wgs = 2 // 0: wgs72old, 1: wgs72, 2: wgs84
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////

// Settings for relative orbit propagation ////////////////////////////
// Relative Orbit Update Method (0 means RK4, 1 means STM)
relative_orbit_update_method = 0
// RK4 Relative Dynamics model type (only valid for RK4 update)
// 0: Hill
relative_dynamics_model_type = 0
// STM Relative Dynamics model type (only valid for STM update)
// 0: HCW
stm_model_type = 0
// Initial satellite position relative to the reference satellite in LVLH frame[m]
// * The coordinate system is defined at [PLANET_SELECTION] in SampleSimBase.ini
initial_relative_position_lvlh_m(0) = 0.0
initial_relative_position_lvlh_m(1) = 100.0
initial_relative_position_lvlh_m(2) = 0.0
// initial satellite velocity relative to the reference satellite in LVLH frame[m/s]
initial_relative_velocity_lvlh_m_s(0) = 0.0
initial_relative_velocity_lvlh_m_s(1) = 0.0
initial_relative_velocity_lvlh_m_s(2) = 0.0
// information of reference satellite
reference_satellite_id = 1
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

// Settings for Encke mode ///////////
error_tolerance = 0.0001
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////


[THERMAL]
calculation = DISABLE
debug = 0

[SETTING_FILES]
local_environment_file = ../../data/initialize_files/ff_satellite_local_environment.ini
disturbance_file  = ../../data/initialize_files/ff_satellite_disturbance.ini
structure_file = ../../data/initialize_files/ff_satellite_structure.ini

[COMPONENT_FILES]
// Users can add the path for component initialize files here.
relative_distance_sensor_file = ../../data/initialize_files/components/relative_distance_sensor.ini
relative_position_sensor_file = ../../data/initialize_files/components/relative_position_sensor.ini
relative_attitude_sensor_file = ../../data/initialize_files/components/relative_attitude_sensor.ini
relative_velocity_sensor_file = ../../data/initialize_files/components/relative_velocity_sensor.ini
laser_distance_meter_file = ../../data/initialize_files/components/laser_distance_meter.ini
qpd_positioning_sensor_file = ../../data/initialize_files/components/qpd_positioning_sensor.ini
force_generator_file = ../../data/initialize_files/components/force_generator.ini
relative_attitude_controller_file = ../../data/initialize_files/components/relative_attitude_controller.ini

[TomokiMochizuki]

relative_attitude_controllerを使ったりはしていないですか？

ff_components.cppに

  const std::string relative_attitude_controller_file = sat_file.ReadString(section_name.c_str(), "relative_attitude_controller_file");
  relative_attitude_controller_ = new RelativeAttitudeController(InitializeRelativeAttitudeController(
      clock_gen, relative_attitude_controller_file, *rel_info_, local_env_->GetCelestialInformation(), *dynamics_, sat_id));

があると勝手に制御されてしまう感じでしょうか？

[TomokiMochizuki]

main_modeにNO_CONTROLがあったほうがいいかもしれませんね．
enumにはあるので

s2e-ff/s2e-ff/src/components/ideal/relative_attitude_controller.cpp

Lines 149 to 165 in 6fcfc5a

	RelativeAttitudeControlMode ConvertStringToRelativeAttitudeControlMode(const std::string mode_name) {
	if (mode_name == "TARGET_SATELLITE_POINTING") {
	return RelativeAttitudeControlMode::TARGET_SATELLITE_POINTING;
	} else if (mode_name == "SUN_POINTING") {
	return RelativeAttitudeControlMode::SUN_POINTING;
	} else if (mode_name == "EARTH_CENTER_POINTING") {
	return RelativeAttitudeControlMode::EARTH_CENTER_POINTING;
	} else if (mode_name == "VELOCITY_DIRECTION_POINTING") {
	return RelativeAttitudeControlMode::VELOCITY_DIRECTION_POINTING;
	} else if (mode_name == "ORBIT_NORMAL_POINTING") {
	return RelativeAttitudeControlMode::ORBIT_NORMAL_POINTING;
	} else {
	// Error
	std::cerr << "RelativeAttitudeControlMode error!" << std::endl;
	return RelativeAttitudeControlMode::TARGET_SATELLITE_POINTING;
	}
	}

s2e-ff/s2e-ff/src/components/ideal/relative_attitude_controller.hpp

Lines 17 to 24 in 6fcfc5a

	enum class RelativeAttitudeControlMode {
	TARGET_SATELLITE_POINTING, //!< Satellite pointing
	SUN_POINTING, //!< Sun pointing
	EARTH_CENTER_POINTING, //!< Earth center pointing
	VELOCITY_DIRECTION_POINTING, //!< Velocity direction pointing
	ORBIT_NORMAL_POINTING, //!< Orbital normal pointing
	NO_CONTROL, //!< No control
	};

[TomokiMochizuki]

relative_attitude_controllerはff_satellite.iniとかにある[CONTROLLED_ATTITUDE]を上書きしているという感じでしょうか？

[200km]

relative_attitude_controllerが悪さをしている気がします。

• ff_components.cppでインスタンスかされていると、そのコンポーネントは動く
• 姿勢制御するコンポーネントとCONTROLLED_ATTITUDEを同時に動かすことは想定しておらず、変な挙動が起きる
  • お互い上書きし合い、ログ出力のタイミングでどちらの値が表示されるか変わる
  • 内部の外乱計算などどちらの姿勢が適用されるか微妙で予想と違うことが起きえる
  • なので、ここのようにCONTROLLED_ATTITUDEで解析するレポジトリではrelative_attitude_controllerをコメントアウトしている
• コメントアウト面倒なので、NO_CONTROLやDISABLE機能を入れた方が良いというのはその通り

という感じです。望月くんの用途の場合、最終的に姿勢制御アルゴリズムも自分で作るのではないかなと思うので、relative_attitude_controllerは使わない（ff_components.cppでインスタンスかしない)方が良いと思います。

[TomokiMochizuki]

relative_attitude_controllerが悪さをしている気がします。

• ff_components.cppでインスタンスかされていると、そのコンポーネントは動く

• 姿勢制御するコンポーネントとCONTROLLED_ATTITUDEを同時に動かすことは想定しておらず、変な挙動が起きる

  • お互い上書きし合い、ログ出力のタイミングでどちらの値が表示されるか変わる
  • 内部の外乱計算などどちらの姿勢が適用されるか微妙で予想と違うことが起きえる
  • なので、ここのようにCONTROLLED_ATTITUDEで解析するレポジトリではrelative_attitude_controllerをコメントアウトしている

• コメントアウト面倒なので、NO_CONTROLやDISABLE機能を入れた方が良いというのはその通り

という感じです。望月くんの用途の場合、最終的に姿勢制御アルゴリズムも自分で作るのではないかなと思うので、relative_attitude_controllerは使わない（ff_components.cppでインスタンスかしない)方が良いと思います。

relative_attitude_controllerを除いたところ，問題なさそうでした．ありがとうございます．

[200km]

よかったです。relative_attitude_controllerの改修はおいおい必要ですね。

[200km]

#87

適切なissueを立てたのでこれはCLOSEします。