كنترل متغيرهاي حالت سرعت و سرعت زاويه اي يك فضاپيما با استفاده از كنترل مبتني بر نظريه مقاوم غيرفعال بودن

Velocity and Body Rate Control of a Spacecraft Using Robust Passivity-Based Control

در اين مقاله مسئله پايداري مجانبي براي متغيرهاي حالت سرعت و سرعت زاويه­اي يك فضاپيما در حضور عدم قطعيت­ها و اغتشاشات خارجي مورد بررسي قرار گرفته است. يكي از مهمترين روش­ها در طراحي كنترل‌كننده براي سيستم­هاي غيرخطي طراحي بر اساس مفهوم غيرفعال بودن است. اين مفهوم ابزار مناسبي براي آناليز سيستم­هاي غيرخطي فراهم مي­آورد، همچنين براي پايدارسازي مجانبي سيستم­هاي ديناميكي غيرخطي، به‌خصوص سيستم­هاي مكانيكي مورد استفاده قرار مي­گيرد. قانون كنترل مبتني بر نظريه غيرفعال بودن، يك فيدبك خروجي استاتيكي است كه داراي ويژگي­هاي ارزشمندي است. به دليل وجود عدم قطعيت‌ها و اغتشاشات خارجي در معادلات فضاي حالت سيستم­هاي فيزيكي، ابتدا نسخه مقاوم روش كنترل مبتني بر نظريه غيرفعال بودن ارائه مي­شود و قانون كنترل براي سيستم­هاي غيرخطي داراي عدم قطعيت با ساختار آفاين ارائه خواهد شد. سپس از اين روش براي طراحي قانون كنترلي براي يك فضاپيما استفاده مي‌شود. از آنجا كه در اين مقاله پايدارسازي فقط براي متغيرهاي حالت سرعت و سرعت زاويه­اي فضاپيما انجام شده است، لذا مدل كاهش مرتبه يافته از فرم فضاي حالت يك فضاپيماي شش درجه آزادي استخراج شده است و سپس قانون كنترلي مقاوم براي آن طراحي شده است. شبيه‌سازي­هاي كامپيوتري كارايي كنترل‌كننده پيشنهادي را در مورد پايدارسازي مجانبي مقاوم متغيرهاي حالت سرعت و سرعت زاويه­اي فضاپيما در حضور عدم قطعيت­ها و اغتشاشات خارجي نشان مي­ دهد.

This paper considers the problem of asymptotic stabilizing of velocity and body rates of a spacecraft in the presence of uncertainties and external disturbances. One of the important methods in controller design for nonlinear systems; is designing based on the passivity concept. This concept which provides a useful tool for analysis of nonlinear systems has been also used for asymptotic stabilizing of nonlinear dynamical systems especially mechanical systems. The passivity-based control law is a static output feedback and has valuable features. Because of existence of uncertainties and external disturbances in the state-space of equations of physical systems; first the robust version of passivity-based control method, which is recently developed in literature, is given and the control law for nonlinear uncertain systems with affine structure is presented. Then, this approach is used in controller design for a spacecraft. Since, this paper considers only the stabilization of velocity and body rates, therefore the reduced-order model is extracted from the state-space equation of a spacecraft with six degree of freedom and then the robust control law is designed. Computer simulations show the efficiency of the proposed controller in robust asymptotic stabilizing of the velocity and body rate vectors of the spacecraft in the presence of uncertainties and external disturbances.