کنترل موقعیت ماهواره‌ها در آرایش PCO به کمک کنترل کننده مدلغزشی تطبیقی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد / دانشکده مهندسی برق، دانشگاه علم وصنعت ایران

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

چکیده

در این مقاله آرایش PCO معرفی شده است. آرایش PCO برای سه ماهواره بسط داده شده و یک ماهواره به عنوان پیشرو و دو ماهواره به عنوان پیرو فرض می‌شوند. یک کنترل کننده‌ی جدید معرفی شده است تا موقعیت (فاصله) ماهواره‌های پیرو نسبت به ماهواره‌ پیشرو را کنترل و اغتشاشات محیطی(کشش اتمسفری، اغتشاشات جاذبی، فشار تشعشعات خورشیدی و غیره) را نیز دفع کند. کنترل کننده پیشنهادی مد لغزشی تطبیقی (ASMC) است و به نوعی بر پایه‌ی خطی سازی فیدبک و کنترل کننده‌ی PI با ضرایب تطبیقی است تا هم پایدارسازی و هم ردیابی صورت پذیرد. این کنترل کننده غیرخطی است و اثبات پایداری آن از روش لیاپانوف انجام می‌شود. جهت ارزیابی عملکرد کنترل کننده پیشنهادی ابتدا روش خطی سازی معادلات دینامیکی غیرخطی موقعیت ماهواره‌ها ارائه می‌شود سپس روش LQR در شبیه‌سازی برای این معادلات بکار برده می‌شود و نتایج حاصل از آن با کنترل کننده پیشنهادی مقایسه می‌شود. نتایج شبیه سازی‌ نشان می‌دهد که کنترل کننده پیشنهادی در شکل گیری اولیه آرایش PCO به خوبی عمل کرده و همچنین با توجه به موقعیتهای نسبی مطلوب ماهواره‌های پیرو هیچ برخوردی رخ نمی‌دهد. کنترل کننده پیشنهادی در حفظ آرایش PCO و دفع اغتشاشات محیطی عملکرد بهتری نسبت به روش LQR دارد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Controlling the position of satellites in PCO formation with the help of adaptive sliding model controller

نویسندگان [English]

  • Abedin Mansourinezhad 1
  • Hossein Bolandi 2
  • Saeed Ebadollahi 2
1 Department of electrical Engineering, Iran University of science and technology, Tehran, Iran
2 Department of electrical engineering, Iran University of science and technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

This article introduces PCO formation. The PCO array is extended to three satellites, and one satellite is assumed to be the leader and two satellites to be the follower. A new controller has been introduced to control the position (distance) of the follower satellites in relation to the leader satellite and to reject environmental disturbances (atmospheric drag, gravitational perturbations, solar radiation pressure, etc.). The proposed controller is the Adaptive Sliding Mode Controller (ASMC) and somehow based on feedback linearization and the PI controller with adaptive coefficients for both stabilization and tracking. This controller is nonlinear and its stability is proved by Lyapunov method. To evaluate the performance of the proposed controller, first the method of linearization of nonlinear dynamic equations of position of satellites is presented then LQR method is used in the simulation for these equations and the results are compared with the proposed controller. The simulation results show that the proposed controller performed well in the initial formation of the PCO arrangement and also no collision occurs due to the desire relative positions of the follower satellites. The proposed controller performs better than the LQR method in keeping the PCO formation and reject environmental disturbances.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Satellite Formations
  • PCO Formation
  • Lead-Follower Control Structure
  • Relative Position of Satellites
  • Adaptive Sliding Mode

مراجع

[1]  Alfriend, Kyle, Srinivas Rao Vadali, Pini Gurfil, Jonathan How, and Louis Breger. Spacecraft formation flying: Dynamics, control and navigation. Vol. 2. Elsevier, 2009.
[2]  Curtis, Howard. Orbital mechanics for engineering students. Butterworth-Heinemann, 2013.
[3]  Wang, Danwei, Baolin Wu, and Eng Kee Poh Chung. "Satellite Formation Flying." Springer Singapore) URL https://doi. org/10 1007 (2017): 978-981.
[4]  Silvestrini, Stefano. "AI-augmented guidance, navigation and control for proximity operations of distributed systems." (2021).
[5]  Li, Jin, and Liu Yang. "Adaptive pi-based sliding mode control for nanopositioning of piezoelectric actuators." Mathematical Problems in Engineering 2014 (2014).
[6]  Li, Mingzhong, Fuli Wang, and Furong Gao. "PID-based sliding mode controller for nonlinear processes." Industrial & engineering chemistry research 40, no. 12 (2001): 2660-2667.
[7]  Cao, Lu, and Xiaoqian Chen. "Input–output linearization minimum sliding-mode error feedback control for spacecraft formation with large perturbations." Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering 229, no. 2 (2015): 352-368.
[8]  Cao, Lu, and Hengnian Li. "Linearized J 2 and Atmospheric Drag Model for Control of Inner-Formation Satellite System in Elliptical Orbits." Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control 138, no. 5 (2016): 051004.
[9]  Cao, Lu, and Arun K. Misra. "Linearized J2 and atmospheric drag model for satellite relative motion with small eccentricity." Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering 229, no. 14 (2015): 2718-2736.
[10] Scharf, Daniel P., Fred Y. Hadaegh, and Scott R. Ploen. "A survey of spacecraft formation flying guidance and control. part ii: control." In Proceedings of the 2004 American control conference, vol. 4, pp. 2976-2985. Ieee, 2004.
[11] Caudill, Jason S., Micah B. Harvey, and Roshini S. Ashok. "An overview of satellite formation control using higher order and adaptive sliding mode control techniques." In IEEE SOUTHEASTCON 2014, pp. 1-6. IEEE, 2014.
[12] Carrillo, Luis Rodolfo Garcia, Filiberto Muñoz Palacios, Eduardo Steed Espinoza Quesada, and Kostas Alexis. "Adaptive high order sliding mode control for relative positioning and trajectory tracking of spacecraft formation flying." In 2016 24th Mediterranean Conference on Control and Automation (MED), pp. 1095-1101. IEEE, 2016.
[13] Cho, Hancheol, and Gaëtan Kerschen. "Satellite formation control using continuous adaptive sliding mode controller." In AIAA/AAS Astrodynamics Specialist Conference, p. 5662. 2016.
[14] Yuzhu, Bai, Yu Jing, Chen Xiaoqian, Zhao Yong, Yu Yang, Wang Yi, Ni Qing, and Xu Zhanpeng. "Improved LQR control for spacecraft formation keeping in elliptical lunar orbits with gravity model uncertainty." In 2016 35th Chinese Control Conference (CCC), pp. 10625-10632. IEEE, 2016.
[15] Li, Junquan, Yaodong Pan, and Krishna Dev Kumar. "Design of asymptotic second-order sliding mode control for satellite formation flying." Journal of guidance, control, and dynamics 35, no. 1 (2012): 309-316.
[16] Sun, Hao, Han Zhao, Kang Huang, Shengchao Zhen, and Ye-Hwa Chen. "Adaptive robust constraint-following control for satellite formation flying with system uncertainty." Journal of Guidance, Control, and Dynamics 40, no. 6 (2017): 1492-1502.
[17] Wang, Zhaokui, Yun Xu, Chao Jiang, and Yulin Zhang. "Self-organizing control for satellite clusters using artificial potential function in terms of relative orbital elements." Aerospace Science and Technology 84 (2019): 799-811.
[18] Sarno, S., J. Guo, M. D'Errico, and E. Gill. "A guidance approach to satellite formation reconfiguration based on convex optimization and genetic algorithms." Advances in Space Research 65, pp. 2003-2017, 2020.
[19] Zhang, Yanyan, Hao Zhang, Shuai Hou, Yunkai Deng, Weidong Yu, and Robert Wang. "An Innovative Superpolyhedron (SP) Formation for Multistatic SAR (M-SAR) 

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار