كنترل وضعيت گام به عقب تطبيقي مدولار فيلتر شده فضاپيما در حضور گشتاور اغتشاشي

Command Filtered Modular Adaptive Backstepping Attitude Control of Spacecraft in Presence of Disturbance Torque

كنترل وضعيت فضاپيما يكي از مسايل حايز اهميت در حوزه هوافضا مي‌باشد. از آنجا كه معادلات وضعيت فضاپيما غيرخطي هستند روش‌هاي كنترل خطي جوابگو نخواهند بود و بنابراين بايد از روش‌هاي غيرخطي استفاده كرد. روش گام به عقب كه شامل تكنيك‌هاي تطبيقي و غيرتطبيقي مي‌باشد يكي از روش هايي است كه داراي ويژگي‌هاي مناسبي جهت كنترل وضعيت مي‌باشد. روش گام به عقب تطبيقي مدولار يك روش تطبيقي غيرخطي است كه داراي يك قانون تنظيم پارامتر است و در اين روش مي‌توان با استفاده از تخمين‌گرهاي مختلف پارامترهاي مجهول سيستم را تخمين زد. همچنين مي‌توان به منظور كاهش بار مشتق‌گيري از قوانين كنترل مجازي در طول روند گام به عقب، از فيلترينگ فرمان بهره برد. در اين مقاله، بر خلاف تحقيقات مشابه كه در اكثر آن‌ها از فيلترينگ گسسته استفاده شده، از روش فيلترينگ فرمان پيوسته استفاده شده است كه با تعيين فركانس طبيعي و ضريب دمپينگ فيلتر از بار مشتق‌گيري كنترلر‌هاي مجازي در طول روند گام به عقب كاسته مي‌شود. با استفاده از روش‌هاي گام به عقب استاتيك و تطبيقي مدولار فيلتر شده، دو كنترلر پايدار وضعيت براي سيستم غيرخطي فضاپيما طراحي و پايداري آن توسط تيوري لياپانوف اثبات مي‌شود و نتايج حاصل از شبيه‌سازي اين دو كنترلر با يكديگر مقايسه مي‌گردند. نتايج شبيه‌سازي، دقت تعقيب وضعيت و همچنين موفقيت‌آميز بودن روش گام به عقب تطبيقي در حضور گشتاور اغتشاشي را نشان مي‌دهند.

Attitude control of spacecraft is one of the most important issues in aerospace. Different control methods for this purpose have been proposed, each of which has different behavior against disturbances. One of these methods is backstepping which is divided to adaptive and nonadaptive techniques. Since the spacecraft equations are nonlinear, linear control methods will not work in this case so the nonlinear control methods should be used. The modular adaptive backstepping method is a nonlinear adaptive control method and has a parameter update law that enables the use of different estimators to estimate system’s unknown parameters. It is also possible to reduce the differentiation load of virtual control laws by using command filtering method. In this paper, contrary to other works which mostly use discrete command filtering method, continuous command filtering is used, in which the natural frequency and damping coefficient can be determined to bring down the computation of the time derivatives of virtual controls laws to differentiation. In this paper, after deriving spacecraft equations in terms of Modified Rodrigues Parameters, we design two stable attitude controllers for spacecraft using standard and command filtered modular adaptive backstepping methods and prove the stability of system using the Lyapunov theory and then simulation results of these controllers are compared with each other. Simulation results show good attitude tracking accuracy and success of adaptive backstepping method in having robustness against disturbance torque is proved.