كنترل مقاوم ماهواره الاستيك با در نظر گرفتن ديناميك عملگر

Robust control of flexible spacecraft considering actuator dynamic

در اين مقاله، اثر ديناميك چرخ عكس‌العملي به عنوان عملگر در كنترل سه محوره ماهواره انعطاف‌پذير غيرخطي در نظر گرفته شده است. هدف طراحي كنترلر مقاوم غيرخطي براي كنترل وضعيت زاويه‌اي ماهواره الاستيك و حذف نوسانات بالك‌هاي آن است. كنترلر اعمالي حاصل از تركيب روش غيرخطي ديناميك وارون و مقاوم سنتزµ است. براي مقابله با اثرات غير مينيمم فازي، كنترلر با روش باز تعريف خروجي بهينه‌سازي مي‌شود. در طراحي كنترلر محدوديت عملگرها در نظر گرفته شده است. فرض شده كه فقط سه چرخ عكس‌العملي نصب شده بر قسمت صلب ماهواره در سه جهت استفاده شده و هيچ‌گونه عملگري بر روي بالك استفاده نشود. عملكرد كنترلر با توجه به حذف نوسانات بالك، مقاومت نسبت به عدم قطعيت‌ها، حساسيت نسبت به نويز حسگرها و اغتشاشات محيطي و اثرات غيرخطي در مانورهاي بزرگ بررسي شده است. در مدل‌سازي اغتشاشات محيطي تمامي جملات شامل ضربه، پله، سينوسي و گاوسي در نظر گرفته شده است. شبيه‌سازي با اعمال ديناميك عملگر، توانايي كنترلر به كار گرفته شده در تعقيب مسير و حذف نوسانات بالك را نشان مي دهد.

In this paper, the effect of the reaction wheel dynamics as controller actuator in multi axis attitude maneuver of a 3D nonlinear flexible spacecraft is considered. In modeling of the actuator dynamic, friction, inertia and electrical subsystems are considered. The nonlinear robust control approach is composed of dynamic inversion and µ-synthesis schemes. To overcome the non-minimum phase characteristics, the controllers are designed by utilizing the modified output re-definition approach. In the design of controllers, actuator saturation is considered. It is assumed that only three reaction wheels in three directions on the hub are used. To evaluate the performance of the proposed controllers, an extensive number of simulations on a nonlinear model of the spacecraft are performed. The performances of the proposed controllers is compared in terms of nominal performance, robustness to uncertainties, vibration suppression of panel, sensitivity to measurement noise, environment disturbance and nonlinearity in large maneuvers. In the disturbance modeling all terms such as constant, sinusoidal and impulse are considered. Simulation results show the effects of actuator dynamics and confirm the ability of the proposed controller in tracking the attitude trajectory while damping the panel vibration.