طراحی کنترل کننده وضعیت برای مانورهای زاویه بزرگ یک ماهواره با در نظر گرفتن اثر مدل دقیق و محدودیت های چرخ‌های عکس العملی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی / دانشکده مهندسی برق، دانشگاه علم و صنعت ایران

2 دکترای مهندسی برق/ دانشکده مهندسی برق، دانشگاه علم و صنعت ایران

3 کارشناس ارشد/ دانشکده مهندسی برق، دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

در این مقاله یک سیستم کنترل وضعیت تناسبی-مشتقی برای مانورهای زاویه بزرگ یک ماهواره پایدار شده سه محوره و با استفاده از 4 چرخ عکس العملی طراحی می‌شود و پایداری آن با استفاده از روش لیاپانوف اثبات می‌گردد. در این روش،‌ ترم های غیرخطی دینامیک چرخشی ماهواره بدلیل مانورهای زاویه بزرگ ماهواره در پاسخ سیستم موثر بوده و در طراحی قانون کنترل درنظر گرفته خواهد شد. در این راستا سیستم کنترل وضعیت طراحی شده مشتمل بر چهار چرخ عکس العملی با ساختار هرمی می‌باشد. از آنجاییکه چرخ های عکس العملی دارای ساختاری پیچیده بوده و عملکرد آنها به شدت بر روی دقت پایداری و دقت کنترل وضعیت ماهواره اثر می‌گذارند، لذا به منظور بررسی کارآیی سیستم کنترل وضعیت طراحی شده، مدل دقیق چرخ های عکس العملی استخراج شده و اثر آن بر دقت کنترل وضعیت و دقت پایداری ماهواره با استفاده از شبیه سازی مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Design of an Attitude Controller for Large-Angle Maneuvers of a Satellite considering of Reaction Wheels Constraints with High Fidelity Model

نویسندگان [English]

  • Hossein bolandi 1
  • farhad fanisaberi 2
  • Amir Eslami Mehrjerdi 3
چکیده [English]

In this paper, a proportional-derivative attitude control system will be designed for large- angle maneuvers of a three-axis stabilized satellite using four reaction wheels and its stability is proven using Lyapanov theory. In this method, the nonlinear terms of satellite dynamic model are effective because of large angle rotational maneuvers and will be considered in designing the control law. Since the complex structure of the reaction wheels and their performance are effective on the stability and accuracy of satellite, therefore, in order to evaluate the effectiveness of the designed control system, the control accuracy and stability of the satellite will be evaluated using simulation in presence of Reaction Wheels Constraints with High Fidelity Model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Attitude control
  • Large-Angle Maneuvers
  • reaction wheel
  • satellite

[1] Qiyu WANG, Jianping YUAN, Zhanxia ZHU, "The Application of Error Quaternion and PID Control Method in Earth Observation Satellite's Attitude Control System", 1st International Symposium on Systems and Control in Aerospace and Astronautics, ISSCAA, 2006.

[2]. Hyochoong Bang, Min-Jea Tahka, Hyung-Don Cho,"Large angle attitude control of spacecraft with actuator saturation", Control Engineering Practice 11. pp. 989–997, Elsevier 2003.

[3] John L. Crassidis, F. Landis Markley, Tobin C. Anthony, Stephen F. Andrews, "Nonlinear Predictive Control of Spacecraft", Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 20, No. 6, November–December 1997, pp. 1096–1103..

[4] Sahjendra N. Singh, "Model Reference Adaptive Attitude Control of Spacecraft Using Reaction Wheels", Proceedings of 25th Conference  on Decision and Control, Athens, Greece, 1986.

[5] Y.W. Jan, J.C. Chiou, "Minimum-time spacecraft maneuver using sliding-mode control", Acta Astronautica 54 (2003) 69 – 75, Eelsevier 2003.

[6] بلندی، حسین و فانی صابری، فرهاد، "کنترل وضعیت ماهواره‌های تصویربرداری استریو با مانورهای چرخشی سریع و با استفاده از چرخ‌های عکس‌العملی"، هفتمین همایش سالانه (بین­المللی) انجمن هوا فضای ایران ، تهران، دانشگاه صنعتی شریف، 1386.

[7] بلندی، حسین و فانی صابری، فرهاد، " طراحی سیستم کنترل وضعیت یک ماهواره با ماموریت تصویربرداری استریو به روش نوین ترکیب مانورهای طولی و عرضی" ، هشتمین کنفرانس سالانه(بین المللی) انجمن هوافضای ایران، اصفهان، شاهین شهر، دانشگاه صنعتی مالک اشتر،1387.

[8] Johannes Schoonwinkel, "Attitude determination and control system of nano satellite", Master of Science in Engineering, University of Stellenbosch, October 2007.

[9] Shengmin Ge, Hao Cheng, "A Comparative Design of Satellite Attitude Control System with Reaction Wheel", Proceedings of the First NASA/ESA Conference on Adaptive Hardware and Systems, IEEE, 2006.

[10] R. A. Masteron, D. W. Miller, R. L. Grogan, "Development and Validation of Reaction Wheel Disturbance Models: Empirical Model", Journal of Sound and Vibration (2002), 249 (3), 575-598.

[11] Hamed Azarnoush ,"Fault diagnosis in spacecraft attitude control system", M.S Thesis, Concordia university, Canada, 2005.