طراحي كنترل‌گر مقاوم غيرخطي و پياده‌سازي آن بر روي شبيه‌ساز زيرسيستم كنترل وضعيت ماهواره

Designing Nonlinear Robust Controller for Spacecraft Attitude Control Subsystem Simulator

در اين مقاله عملكرد دو الگوريتم كنترلي مقاوم سنتز µ و مود لغزشي درجه بالا بر روي يك شبيه­ ساز زيرسيستم كنترل وضعيت ماهواره به‌صورت سخت ­افزار در حلقه بررسي مي‌شود. اين شبيه ­ساز مدل ميزي، بر روي يك پايه نگه‌دارنده‌ي ياتاقان هوايي نيم كروي به‌منظور فراهم آوردن شرايط تعليق مجموعه قرارگرفته است. صفحه پلتفرم و تمام عملگرها و زيرسيستم­ هاي نصب‌شده بر روي آن امكان انجام آزمون‌هاي عملياتي موردنظر را مهيا مي ­كند. هر دو كنترل‌گر ابتدا به كمك نرم‌افزار متلب شبيه­ سازي و سپس بر روي زيرسيستم پياده ­سازي گرديده‌اند. ابتدا روش كنترلي مقاوم سنتز µ براي شبيه‌ساز طراحي‌شده است. در اين روش ماتريس‌هاي وزني به‌گونه‌اي انتخاب مي‌شوند كه سيستم كنترلي نسبت به تمامي نامعيني‌ها شامل عدم قطعيت‌ها، اغتشاشات و نويز حسگرها مقاوم باشد. ماتريس‌هاي وزني عدم قطعيت، كارايي، محدوديت عملگر و اغتشاش با توجه به محدوديت‌هاي ديناميكي و محيطي شبيه‌ساز و خواسته‌هاي طراح انتخاب‌شده اند . سپس كنترل‌گر مقاوم مود لغزشي درجه دو با استفاده از الگوريتم فوق پيچشي طراحي‌شده است. برخلاف الگوريتم‌هاي ديگر درجه 2، در روش فوق پيچشي نيازي به‌اندازه گيري يا تعيين علامت مشتق سطح لغزش نيست. نتايج شبيه ­سازي كامپيوتري و تست‌هاي آزمايشگاهي سخت‌افزار در حلقه براي كنترل‌گرهاي فوق مقايسه مي شود.

In this paper, the performance of two robust control algorithms, μ-synthesis and high order sliding mode are evaluated on a spacecraft attitude control subsystem simulator as the hardware in the loop. This tabular simulator is placed on a spherical air bearing to validate real-time environment. All actuators and sensors on the platform of spacecraft simulator prepare real conditions as attitude control test bed. Beginning, both designed controllers are simulated by Matlab software, next they are applied on the subsystem. At first, μ-synthesis robust controller is designed for simulator. In this method, weighting matrix are chosen such that the controller becomes robust in combined uncertain condition such as system uncertainties, environmental disturbances and sensor noises. Uncertainty, performance, actuator saturation, disturbance and noise weighting functions are designed based on the dynamics and environmental platform properties. At least high order sliding mode controller based on super twisting algorithm is designed to reduce chattering effects. Contrary to the other second order sliding mode algorithms, in the super twisting method sliding surface derivatives are not used. The Computer and experimental hard ware in the loop simulations are compared together.