طراحی سیستم کنترل وضعیت یک ماهواره‌بر با بوسترهای جانبی در معرض ارتعاشات در فضای زیرباند مستقیم

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی / دانشکدة مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

2 کارشناس ارشد / دانشکدة مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

چکیده

کنترل ارتعاشات سیستم‌های چندجسمی انعطاف‌پذیر نظیر ماهواره‌برهای دارای بوستر جانبی در کاربردهای جاری، به‌دلیل بالابودن درجات آزادی، با چالش‌های بسیاری روبروست. در این میان، روش‌های مدلسازی پاسخ فرکانسی نقش مفیدی دارند. در این نگاه، با یافتن فرکانس‌های غالب سیستم و فیلتر نمودن فعال آنها، مشابه حذف نوفه در فیلترهای زیرباند، می‌توان سیستم را در برابر ارتعاشات کنترل کرد. تاکنون در بسیاری از فعالیت‌های مشابه از روش‌های تمام‌باند استفاده شده که نتوانسته‌اند برای سیستم‌های پیچیده به‌کار روند. توانمندی قابل قبول روش‌های مبتنی بر پردازش سیگنال‌ها به طراحی کنترل‌کننده‌های ارتعاشات کاربردی و قابل استفاده‌ای منجر می‌شود. در این مقاله، کاهش ارتعاشات در فضای زیرباند برخط به‌عنوان یک نوآوری مهم مطرح شده است. در این روش تنها مشکل، کاربرد و مدلسازی روش فوق در حلقة بستة سیستم‌های کنترل به‌دلیل وجود تأخیرهای بالا در سیستم‌های پردازش می‌باشد که به ناپایداری احتمالی سیستم منجر شده است. در این مقاله، روشی برای رفع این مشکل در حلقة بستة سیستم کنترل ارائه شده است. این روش بر پایة مدلسازی روش پیش‌‌بین اسمیت به‌همراه مدل مرجع تطبیقی بنا شده است. شبیه‌سازی این روش روی یک ماهواره‌بر دارای چهار بوستر جانبی نتایج بسیار مطلوبی برای کاهش ارتعاشات با فرکانس‌های متنوع نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Attitude control system design for a clustered launch vehicle in the presence of vibration in direct sub-band space

نویسندگان [English]

  • Abdol Majid Khoshnood 1
  • Ayoob Sheibani 2
چکیده [English]

Vibration control of clustered launch vehicles has been significantly encountered with many challenges as a result of multi degree of freedom. The control system must cover all degrees of freedom to approach desired performances. In this regards, frequency response methods play an important role in vibration control of multi body dynamic systems. In this view, vibration control is implemented via dominant frequency estimation and filtering. In several activities used full band adaptive filters, the filtering system cannot apply to complicated vehicles. Powerful properties of signal processing toolboxes lead to design practical and useful vibration control systems. In this paper, vibration reduction is implemented in subband frequency and this is one the main contributions of this study. In this way, high delay made from the subband filtering may lead to degradation of the control system. In this paper, a method is presented for reducing the delay based on the Smith predictor and model reference adaptive approaches. The results of numerical simulation show the proposed approach can satisfactory compensate the problem of delay in the online sub-band filtering. This performance is carried out for a clustered launch vehicle with convenient responses

کلیدواژه‌ها [English]

  • Vibration Control
  • clustered launch vehicle
  • multi rate signal processing
  • sub-band adaptive filter
  • Smith Predictor

[1] Zarafshan, P., S.S.A. Moosavian,. 2013. "Adaptive Hybrid Suppression Control of a Wheeled ‎Mobile Robot with Flexible Solar Panels." Modares Mechanical Engineering 13. 5: pp. 197-202, (In Persian).

[2] Khoshnood, A. M., H. Moradi. 2014. "Dynamics modeling and active vibration control of a satellite with flexible solar panels." Modares Mechanical Engineering 14. 1: pp. 197-202. (In Persian).

[3] Zarafshan P., S.A.A. Moosavian, E.G. Papadopoulos. 2014. "Adaptive hybrid suppression control of space free-flying robots with flexible appendages." Robotica. 760. 10:pp. 45-68.

[4] Simpson R.J.S., R. Palacios R., H. Hesse, P. Goulart. 2014. "Predictive control for alleviation of gust loads on very flexible aircraft." 55th AIAA/ASMe/ASCE/AHS/SC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference. National Harbor, MD; United States; Code 102899.

[5] Khoshnood, A. M. 2014. "Vibration Control of a Flexible Structure by Reconstruction of Control Input Based on Estimation of Undesired Vibration Frequencies." Modares Mechanical Engineering. 14, 1: pp. 197-202. (In Persian).

[6] Khoshnood, A. M., J. Roshanian, A. Khaki-sedigh. 2008. "Model Reference Adaptive Control for a Flexible Launch Vehicle." IMechE J. systems and control engineering., 222 1: pp. 49–55.

[7] Micheau, P., P. Coirault. 2000. "Adaptive controller using filter banks to reject multi-sinusoidal disturbance." Automatica, 36: pp. 1659-1664.

[8] Malvar, H. S. 1990. "Modified QMF filter banks with perfect reconstruction." Electronic Letters, 26: pp. 906-907.

[9] Chaplais, F. C., P. Tsiotras, D. Jung. 2004. "On-Line Wavelet Denoising with Application to the Control of a Reaction Wheel System." AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference, AIAA Paper 04-5345, Providence.

[10] Koilpillai, R. D., P.P. Vaidyanathan. 1991. "New results on cosine-modulated FIR filter banks satisfying perfect reconstruction." Proceeding of IEEE international Conference on Acoustic Speech and Signal processing.p.p. 1793-1796, Toronto, Canada.

[11] Nussbaumer, H. J. Pseudo. 1981. "QMF filter bank, IBM Tech., disclosure Bulletin. 24. 6: pp. 3081-3087.

[12] Smith, O. J. M., A. 1959. "controller to overcome dead time." ISA Journal of Instrument Society of America. 6: pp. 28–33.

[13] Panda, R. C., S. B. Hung, C. C. Yu. 2006. "An Integrated Modified Smith Predictor with PID Controller for Integrator plus Dead time." Processing of Industrial Engineering Chem. Res. 45: pp. 1397-1407.

[14] Zheng, D., J. Fang, Z. Ren. 2010. "Modified Smith predictor for frequency identification and disturbance rejection of single sinusoidal signal." ISA Transactions 49: 95-105.

[15] Jafari, A. A., A. M. Khoshnood. 2011. "Investigation on the Active Control of Multi Vibration Subsystems via Subband Adaptive Filtering", 2nd International Conference on Electrical and Control Engineering, ICECE, China.

[16] Khoshnood, A. M. 2011. "Active vibration control of a flexible clustered launch vehicle", Ph.D. Thesis, K. N. Toosi university of Technology.