تحليل شبه بي بعد پايدارسازي وضعيت ماهواره با مدولاتور پهنا و فركانس پالس در حضور نويز

Quasi-Normalized Analysis of Satellite Stabilization with Pulse-Width Pulse-Frequency Modulator in Presence of Input Noise

در اين مقاله، پايدارسازي كنترل وضعيت ماهواره صلب با عملگر دو وضعيتي تراستر و مدولاتور پهنا و فركانس پالس در حضور نويز حسگر مطالعه شده است. در اين خصوص، بازه هاي ترجيجي پارامترهاي مدولاتور و ضريب بهره مدار پايدارسازي بر مبناي دو معيار عملكرد مصرف سوخت و فعاليت تراستر استخراج شده است. تحليل ها براي مود آرام سازي، دوراندهي و بلوك پايدارسازي به عنوان حلقه داخلي مود نشانه روي، انجام شده است. با استفاده از معادلات شبه بي بعد، تعداد پارامترهاي تنظيمي مدولاتور و پايدارسازي، كاهش يافته و بازه هاي پيشنهادي بصورت شبه بي بعد و بر مبناي روش جستجوي پارامتري استخراج شده است. در فرم شبه بي بعد معادلات، بار محاسباتي بطور قابل توجهي كاهش يافته، بويژه در حضور نويز حسگر كه از تحليل آماري استفاده شده است. مطالعه پارامتري صورت گرفته در حضور/عدم حضور نويز حسگر انجام شده است. پارامترهاي تنظيمي مدار پايدارسازي، براي حالت بدون نويز حسگر، با استفاده از بهينه سازي ژنتيك چند هدفه بدست آمده است. همچنين رفتار پارامترهاي پايدارسازي بر اساس چگالي طيفي نويز، تحليل شده و به منظور بررسي دقيق تر نواحي ترجيحي، هر كدام از نمودارهاي طراحي براي يك مقدار مشخص چگالي طيفي نويز ترسيم شده است. در نهايت، توصيه ميشود پارامترهاي سيستمي كنترل وضعيت ماهواره در داخل نواحي ترجيحي مدار پايدارسازي، به عنوان حلقه داخلي، تنظيم شود.

In this study, stabilization attitude control of a rigid satellite with on-off thrusters using pulse-width pulse-frequency (PWPF) modulator is investigated in presence of sensor noise. The preferred regions of the PWPF modulator parameters and stabilization control gain are obtained based on the two performance indices of the fuel consumption and the total number of thruster firings. The analyses include tumbling, detumbling, and stabilization block as an internal loop of the satellite pointing mode. The design parameters are reduced by using the quasi-normalized equations of PWPF modulator. Therefore, the preferred regions are extracted based on search method in terms of grouped parameters, regardless of the value of each parameter, separately. In quasi-normalized form, the computational burden is considerably decreased, especially in the statistical analysis in the presence of sensor noise. The parametric study is carried out with/without sensor noise. The parameters are also tuned using multi-objective optimization with genetic algorithm for stabilization mode without sensor noise. In the presence of sensor noise, the behaviors of the parameters are plotted versus the noise power spectral density. In order to better specify the preferred regions, each quasi-normalized design curve is plotted for a specified value of the input noise power spectral density. The parameters of the satellite attitude control system are suggested to be tuned/optimized within the preferred regions of the parameters in the stabilization loop as an internal loop.