علوم و فناوری فضایی

علوم و فناوری فضایی

کنترل تطبیقی بهینه وضعیت ماهواره در حضور عدم قطعیت در اینرسی با استفاده از پارامترهای مارکوف

نوع مقاله : مقالة‌ پژوهشی‌

نویسندگان
1 دانشیار، دانشکده مهندسی فناوری های نوین، دانشگاه شهید بهشتی ، تهران، ایران
2 دانشکده فناوری های نوین، دانشگاه شهید بهشتی، تهران ایران
چکیده
همواره در طی مأموریت‌های فضایی عدم قطعیت‌ در مسئله کنترل وضعیت ماهواره‌ها وجود دارد. از این رو کنترل تطبیقی روشی است که مورد توجه قرار می‌گیرد. از جمله مشکلات کنترل تطبیقی متداول حجم محاسباتی بالا و نبود روش تئوری عمومی برای طراحی مکانیزم تطبیق می‌باشد. در این مقاله یک روش کنترلی بر اساس مفاهیم تطبیقی و بهینه با استفاده از پارامترهای مارکوف جهت کنترل سرعت زاویه‌ای و وضعیت ماهواره معرفی می‌شود. این روش دارای قابلیت دنباله‌روی فرمان است، و بر اساس گروه متعامد خاص از مرتبه سه گسترش می‌یابد و مشکل سینگولاریتی ندارد. همچنین جهت مقایسه این روش با دیگر روش‌های کنترلی، روش کنترلی بهینه تنظیم‌کننده مربعی خطی (LQR) نیز شبیه‌سازی می‌گردد. در نهایت نتایج حاصل از شبیه‌سازی‌ها بیانگر این است که عملکرد روش کنترلی تطبیقی ارائه شده بهینه است، و همچنین این روش نسبت به عدم قطعیت در اینرسی مقاوم می‌باشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1]     Ahmed, J., Coppola, V. T. and Bernstein, D. S., “Adaptive asymptotic tracking of spacecraft attitude motion with inertia matrix identification,” Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 21, No. 5, 1998, pp. 684–691.
[2]     Schaub, H., Akella, M. R. and Junkins, J. L., “Adaptive control of nonlinear attitude motions realizing linear closed loop dynamics,” Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 24, No. 1, 2001, pp. 95–100.
[3]     Seo, D. and Akella, M. R., “High-performance spacecraft adaptive attitude-trackingcontrol through attracting-manifold design,” Journal of guidance, control, and dynamics,Vol. 31, No. 4, 2008, pp. 884–891.
[4]     Zonuzy, A. H.,Arefizadeh, S.,Talebpour, A.,Shakkottai, S. and Darbha, S., “Collaborative platooning of automated vehicles using variable time-gaps,” Proceedings of 2018 Annual American Control Conference, IEEE, 2018, pp. 6715–6722.
[5]     Wilkening, P., Alambeigi, F., Murphy, R. J., Taylor, R. H. and Armand, M., “Development and experimental evaluation of concurrent control of a robotic arm and continuum manipulator for osteolytic lesion treatment,” IEEE robotics and automation letters, Vol. 2, No. 3, 2017, pp. 1625-1631.
[6]     Nateghi, S. and Shtessel, Y., “Robust stabilization of linear differential inclusion using adaptive sliding mode control,” Proceedings of 2018 Annual American Control Conference, IEEE, 2018, pp. 5327–5331.
[7]     Zamani, A. and Bhounsule, P. A., “Control synergies for rapid stabilization and enlarged region of attraction for a model of hopping,”Journal of Biomimetics, 2018, Vol. 3, No. 3.
[8]     Show, L. L.,Juang, J. C., Jan, Y. W. and Lin, C. T., “Quaternin Feedback Attitude Control Design: A Nonlinear  Approach,” Asian J. Control, Vol. 5, No. 3, 2003, pp. 406-411.
[9]     Sheen, J. J. and Bishop, R. H., “Spacecraft Nonlinear Control,” Journal of the Astronautical Sciences, Vol. 42, No. 3, 1994, pp. 361-377.
[10]  Skullestad, A. and Gilbert, M. J., “  control of gravity gradient stabilized satellite,” Control Engineering Practice, Vol. 8, No. 9, 2000,  pp. 975-983.
[11]  Slotine, J. J. E. and Li, W., Applied Nonlinear Control, Prentice Hall, Englewood Cliffs, 1991.
[12]  Astrom, K. J. and Wittenmark, B., Adaptive Control, 2nd Ed., Addison-Wesley, Reading MA, 1995.
[13]  Yoon, H. and Tsiotras, P., “Spacecraft adaptive attitude and power tracking with variable speed control moment  gyroscopes,” AIAA Journal of Guidance, Control and Dynamics, Vol. 25, No. 6, 2002, pp. 1081-1090.
[14]  Slotine, J. J. E. and Di Benedetto, M., “Hamiltonian adaptive  control of spacecraft,” IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. 35, No. 7, 1990, pp. 848-852.
[15]  Zeng, Y., Araujo, A. D. and Singh, S. N., “Output feedback variable structure adaptive control of a flexible spacecraft,” ActaAstronautica, Vol. 44, No. 1, 1999, pp. 11–22.
[16]  Chen, Z. and Huang, J., “Attitude tracking and disturbance rejection of rigid spacecraft by adaptive control,” IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. 54, No. 3, 2009, pp. 600-605.
[17]  Yoon, H. and Agrawal, B., “Adaptive control of uncertain hamiltonianmulti-inputmulti-output systems: with application to spacecraft control,”IEEE Transactions on Control Systems Technology, Vol. 17, No. 4, 2009, pp. 900–906.
[18]  Cai, W., Liao, X. and Song, D. Y., “Indirect robust adaptive fault-tolerant controlfor attitude tracking of spacecraft,” Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 31, No. 5, 2008, pp. 1456–1463.
[19]  Zhou, N.,Kawano, Y. and Cao, M.,“Adaptive failure-tolerant control for spacecraft attitude tracking,”International Federation of Automatic Control(IFAC), Vol. 52, Issue. 3, 2019, pp. 67-72.
[20]  MacKunis, W., Dupree, K., Fitz-Coy, N. and Dixon, W. E., “Adaptive satellite attitudecontrol in the presence of inertia and CMG gimbal friction uncertainties,” TheJournal of the Astronautical Sciences, Vol. 56, No. 1, 2008, pp. 121–134.
[21]  Sidi, M. J., Spacecraft Dynamics and Control, a Practical Engineering Approach, Cambridge University Press, 1997.
[22]  Sanyal, A., Fosbury, A., Chaturvedi, N.and Bernstein, D. S., “Inertia-free spacecraft attitude tracking with disturbance rejection and almost global stabilization,” Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 32, No. 4, 2009, pp. 1167-1178.
[23]  Rahman, Y., Aljanaideh, K. F. and Bernstein, D. S., “Retrospective cost adaptive control using composite FIR/IIR controllers,” IEEE 2018 Annual American Control Conference, 2018, pp. 893-898.
[24]  ­D`Amato, A. M., Sumer, E. D. and Bernstein, D. S.,  “Frequency-domain stability analysis of retrospective-cost adaptive control for systems with unknown nonminimum-phase zeros,” 50th IEEE Conference on Decision and Control and European Control Conference, 2011, pp. 1098-1103.
[25]  Sumer, E. D., D`Amato, A. M., Morozov, A. V., Hoagg, J. B. and Bernstein, D. S., “Robustness of retrospective cost adaptive control to markov-parameter uncertainty,” 50th IEEE Conference on Decision and Control and European Control Conference, 2011, pp. 6085-6090.
[26]  Chen, C. T., Linear System Theory and Design, 3rdEd., Oxford University Press, 1999.
[27]  Anderson, B. D. O. and Moore, J. B., Optimal Control: Linear Quadratic Methods, Prentice Hall International, Inc., Englewood Cliffs, NJ, 1989.
[28]  Kirk, D. E., Optimal Control Theory: An Introduction, Prentice Hall, Inc., New York, 1971.

  • تاریخ دریافت 28 اردیبهشت 1398
  • تاریخ بازنگری 05 مهر 1398
  • تاریخ پذیرش 01 آبان 1398
  • تاریخ اولین انتشار 01 دی 1399