دانش و فناوری هوافضا

دانش و فناوری هوافضا

طراحی مشاهده گر زمان ثابت برای سیستم کنترل وضعیت ماهواره های انعطاف پذیر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
عرفان رضائی 1
حسین بلندی 2
محمد فتحی 3
1 کارشناسی ارشد، مهندسی هوافضا، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران
2 دانشیار، مهندسی برق، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران
3 دانشجوی دکتری، مهندسی برق گرایش کنترل، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران
چکیده
 در این مقاله، مسئله پایدارسازی وضعیت یک ماهواره انعطاف­پذیر که تحت تاثیر اغتشاشات ناشناخته، ارتعاشات مود­های انعطاف­پذیر پنل­های خورشیدی و ماتریس ممان اینرسی نامعین قرار دارد، بررسی می‌شود. از آنجا که غالباً مودهای انعطاف­پذیر، اغتشاشات خارجی و تاثیرات ناشی از ممان اینرسی در ماهواره­های انعطاف­پذیر به صورت مستقیم قابل سنجش نیستند، لذا به منظور تخمین آن­ها یک مشاهده‌گر زمان ثابت طراحی شده و همگرایی آن تضمین می­گردد. در ادامه، یک کنترل­کننده مقاوم تطبیقی برای سیستم کنترل وضعیت ماهواره انعطاف­پذیر طراحی می­شود. در این کار از کنترل مود لغزشی به دلیل مقاومت ذاتی بالای آن بهره گرفته شده و سپس برای افزایش مقاومت سیستم حلقه بسته در برابر اغتشاشات کنترل­کننده پیشنهادی با یک قانون تطبیق توسعه داده شده است. پایداری سیستم حلقه بسته با استفاده از تئوری لیاپانوف تضمین گردیده است. در نهایت شبیه­سازی­های عددی عملکرد رضایت بخش سیستم کنترل وضعیت پیشنهادی را تایید می­کنند.
کلیدواژه‌ها
ماهواره انعطاف پذیر
مشاهده گر زمان ثابت
کنترل وضعیت
کنترل کننده مقاوم تطبیقی

موضوعات

عنوان مقاله English

Designing a fixed time observer for attitude control system of flexible satellites

نویسندگان English

Erfan Rezaei 1
Hossein bolandi 2
Mohammad Fathi 3
1 Master of Science, Aerospace Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran
2 Faculty Member/ Department of Electrical Engineering- Iran University of Science and Technology
3 Electrical Engineering Department, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran.
چکیده English

In this paper, the attitude stabilization problem of a flexible satellite that is affected by unknown disturbances, inherit uncertainties and vibrations of the flexible modes of solar panels is investigated. Since the flexible modes of the satellite and the external disturbances cannot be measured directly in most of cases, a fixed time observer is designed to estimate them and its convergence is guaranteed. In the following, an adaptive robust controller is designed for the attitude control system of the flexible satellite. In this work, the sliding mode control is used due to its high inherent robustness, and then to increase the robustness of the closed loop system against disturbances, the proposed controller is developed with an adaptive law. Moreover, the stability of the closed-loop system is guaranteed by using the Lyapunov theory. Finally, results of the numerical simulations confirm the satisfactory performance of the proposed attitude control system for flexible satellites.

کلیدواژه‌ها English

Flexible satellite
fixed time observer
attitude control
adaptive robust controller
[1] H. Qinglei and M. Guangfu, Variable structure control and active vibration suppression of flexible spacecraft during attitude maneuver, Aerospace science and technology, vol. 9, no. 4, pp. 307-317, 2005.
[2] X. Zhang, Z. Qun, D. Liqian, T. Bailing and L. Wenjing, Finite-time attitude maneuvering and vibration suppression of flexible spacecraft, Journal of the Franklin Institute, no. 16, pp. 11604-11628, 2020.
[3] M. Ataei, H. Salarieh, H. Nejat Pishkenari and H. Jalili, Boundary control design for vibration suppression and attitude control of flexible satellites with multi-section appendages, Acta Astronautica, vol. 173, pp. 22-30, 2020.
[4] L. Keu and S. Singh, Passification-Based Adaptive Control of Spacecraft with Elastic Appendages, In AIAA Scitech 2020 Forum, pp. 1104, 2020.
[5] Y. Guocai, Y. Liu, M. Jin and H. Liu, A robust and adaptive control method for flexible-joint manipulator capturing a tumbling satellite, IEEE Access, no. 7, pp. 159971-159985, 2019.
[6] A. Souza and L. Souza, Design of a controller for a rigid-flexible satellite using the H-infinity method considering the parametric uncertainty, Mechanical Systems and Signal Processing, no. 116, pp. 641-650, 2019.
[7] L. You and D. Ye, Robust PID controller for flexible satellite attitude control under angular velocity and control torque constraint, Asian Journal of Control, vol. 22, no. 3, pp. 1327-1344, 2020.
[8] D. Gennaro, Output stabilization of flexible spacecraft with active vibration suppression, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic systems, vol. 39, no. 3, pp. 747-759, 2003.
[9] D. Haibo and S. Li, Attitude synchronization control for a group of flexible spacecraft, Automatica, vol. 50, no. 2, pp. 646-651, 2014.
[10] H. Qinglei, Robust adaptive backstepping attitude and vibration control with L2-gain performance for flexible spacecraft under angular velocity constraint, Journal of Sound and Vibration, vol. 327, no. 3, pp. 285-298, 2009.
[11] C. Lu, B. Xiao, M. Golestani and D. Ran, Faster fixed-time control of flexible spacecraft attitude stabilization, IEEE Transactions on Industrial Informatics, vol. 16, no. 2, pp. 1281-1290, 2019.
[12] G. Zhi and Z. Zhu, Adaptive fast sliding model attitude tracking control for flexible spacecraft, Proceedings of The 4th IEEE International Conference on Control Science and Systems Engineering (ICCSSE), pp. 264-268, 2018.
[13] H. Bolandi, M. Hagh Parast and M. Abedi, Designing fault detection, isolation and recovery algorithm for attitude control subsystem of a three-axis satellite, Journal of Space Science & Technology, vol. 5, no. 1, pp. 29-40, 2012. (in Persianفارسی )
[14] M. R. Razavi, H. Shahbazi, M. Malek Zade and A. Ariai, Analytical Investigation of Intelligent Optimization Algorithms for Adaptive Neuro-Fuzzy Disturbance Observer for Spacecraft Attitude Control Simulator,  Tabriz University Mechanical Engineering Journal, vol. 50, no. 3, pp. 87-93, 2020. (in Persianفارسی )