Design of Attitude Control System of an Axisymmetric Satellite with Gravity Gradient Stabilization and Slow Spinning about Yaw Axis

Bolandi, H.; Ghorbani Vaghei, B.

Design of Attitude Control System of an Axisymmetric Satellite with Gravity Gradient Stabilization and Slow Spinning about Yaw Axis

Document Type : Original Research Paper

Authors

H. Bolandi ¹

B. Ghorbani Vaghei ²

¹ 24 / 5,000 Translation results Translation result Iran University of Science and Technology

² Iran University of Science and Technology

Abstract

In this paper, attitude control system of an axisymmetric satellite will be designed in such a way that required stability is provided with slow spinning about yaw axis. In this regard, dynamic of motion and coupling between satellite’s axes is modeled. As a result, a closed form formula is yielded included moment of inertia ratio, angular velocity about yaw axis and pointing accuracy of control system. Then, magnetic control is designed for providing capture range of gravity gradient stabilization and requirements of pointing accuracy. Finally, fine performance of designed control system will be illustrated with simulation based on specification of a near axisymmetric satellite.

Keywords

Gravity gradient stabilization

Magnetic control

Attitude control

Article Title Persian

طراحی سیستم کنترل وضعیت یک ماهوارة متقارن با پایدارسازی گرادیان جاذبه‌ای و چرخش محدود حول محور یاو

Authors Persian

حسین بلندی ¹

بهمن قربانی واقعی ²

¹ دانشگاه علم و صنعت ایران

² دانشگاه علم و صنعت ایران

Abstract Persian

در این مقاله طراحی سیستم کنترل وضعیت یک ماهوارة متقارن با پایدارسازی گرادیان جاذبه‌ای چنان طراحی می‌شود که ضمن تأمین دقت پایداری مورد نیاز، بتوان ماهواره را با چرخشی محدود حول محور یاو چرخاند. دینامیک رفتار ماهواره و اثرات کوپلی بین محورهای مختلف ماهواره چنان مدل‌سازی می‌شوند که نسبت ممان اینرسی ماهواره، سرعت زاویه‌ای حول محور یاو و دقت جهت‌گیری سیستم گرادیان جاذبه‌ای را در قالب یک فرمول بسته بتوان بیان کرد. سپس سیستم کنترل مغناطیسی چنان طراحی می‌شود که شرایط تسخیر گرادیان جاذبه‌ای و حصول دقت جهت‌گیری فراهم شود. در نهایت با شبیه‌سازی روی یک ماهوارة تقریباً متقارن، صحت عملکرد طراحی صورت‌پذیرفته به‌خوبی نشان داده می‌شود.

Keywords Persian

گرادیان جاذبه‌ای

کنترل مغناطیسی

کنترل وضعیت

Wertz R., James, Spacecraft Dynamic and control, luwer Academic Publishers, 1978.
بلندی ح.، ع. فرهادی، و م. عطایی، «ارائة دو الگوریتم جدید برای طراحی سیستم کنترل وضعیت و پایدارسازی یک ماهواره با استفاده از گرادیان جاذبه‌ای»، هفتمین کنفرانس مهندسی برق ایران، مرکز تحقیقات مخابرات ایران، اردیبهشت 1378.
Bolandi H., A. Badpa, and V.B. Ghorbani, “Design of Gravity Gradient and Aerodynamic Passive Stabilization System for a LEO Satellite”, Journal of Automatic Control and Computer Science, ISI, No. 4, 2003.
Winsniewski, R., “Fully magnetic attitude control for spacecraft subject to gravity gradient”, Automatica, Vol. 35, pp. 1201-1214, 1999.
بلندی ح.، ع. بادپا، و م. نصیری سروی، «الگوریتم کنترلی مود آرامش ماهواره براساس تغییرات میدان مغناطیسی زمین»، دوازدهمین کنفرانس مهندسی برق ایران، ج 1، ص 272-279، اردیبهشت 1383.
Bak T., and R. Winsniewski, “Autonomous Attitude Determination and Control System For The Orsted Satellite”, Aerospace Application Conference, 1996. Proceeding, 1996 IEEE, 2, pp. 173-186, 1996.
بلندی ح.، و ع. بادپا، «طراحی الگوریتم‌های کنترلی مودهای عملکردی ماهواره سه‌محوره دارای پایدارسازی گرادیان جاذبه‌ای و عملگرهای مغناطیسی»، یازدهمین کنفرانس مهندسی برق ایران، دانشگاه شیراز، ج 3، ص 26-35، اردیبهشت 1382.
Hodgart M.S., "Gravity Gradient and magnetorquing Attitude Control for Low-Cost Low-Earth Orbit Satellites-The Uosat Experience", PhD Dissertation, University of Surrey, June 1989.

9. بلندی ح.، ب. قربانی واقعی، و ف. بیات، «روش طراحی کنترل مغناطیسی یک ماهواره با پایداری گرادیان جاذبه‌ای براساس انرژی»، چهارهمین کنفرانس سالانه (بین‌المللی) مهندسی مکانیک، ایران، دانشگاه صنعتی اصفهان، اردیبهشت 1385.