طراحی سیستم کنترل وضعیت مبتنی بر عملگرهای مومنتوم سیالی تحت مود لغزشی تطبیقی

تقوی, امیرحسین; سلیمانی, احمد; شجاعی, تقی

طراحی سیستم کنترل وضعیت مبتنی بر عملگرهای مومنتوم سیالی تحت مود لغزشی تطبیقی

نویسندگان

امیرحسین تقوی

احمد سلیمانی

تقی شجاعی

چکیده

اخیرًا عملگرهای جدیدی به نام کنترلرهای مومنتوم سیالی برای کنترل وضعیت ماهواره پیشنهاد شده است. این عملگرها نسبت به دیگر عملگرهای ذخیره‌ساز مومنتوم مثل چرخ‌های عکس‌العملی و CMG‌ها، دارای نسبت گشتاور اعمالی به وزن بالاتری، جانمایی و مونتاژ راحت‌تر، ارتعاش انتقالی کمتر و... هستند. اما یکی از مشکلات پیاده‌سازی چنین سیستم‌هایی در عمل، پیچیدگی در مدل‌سازی ریاضی این عملگرها می‌باشد. این امر باعث شده است که اکثر محققان از یک مدل ساده شده، برای طراحی سیستم کنترلی استفاده کنند، بدون آنکه عدم قطعیت‌ها در مدل ساده شده را در نظر بگیرند. در این مقاله برای رفع این مشکل از یک روش کنترلی مود لغزشی- تطبیقی استفاده شده که در برابر این نبود قطعیت‌ها در مدل مقاوم است و همچنین می‌تواند حد بالای این عدم قطعیت‌ها را تخمین بزند، بدون آنکه نیاز باشد تا از عملگرهای بزرگ‌تر برای اطمینان از پایداری سیستم استفاده کرد. با توجه به نتایج شبیه‌سازی، می‌توان مشاهده کرد که سیستم کنترلی مورد طراحی قادر است که ماهواره را در کمترین زمان ممکن و بدون فراجهش به وضعیت مطلوب برساند.

کلیدواژه‌ها

کنترل وضعیت ماهواره

کنترلرهای مومنتوم سیالی

کنترل مود لغزشی تطبیقی

عدم قطعیت

Bolandi, J., Sadati, N. and Momeni, H., “Presentation of New Algorithm for Extended Kalman Filter Attitude Estimator for the Purpose of Satellite Robust Control with Large Angle Manuveurs,” 11^th conference of Electerical Engineering, 2003, (In Persian).
Kelly, A., McChesney, C., Smith, P., Waltena, S., and Zaruba, Ch., A Performance Test of a Fluidic Momentum Controller in Three Axes, NASA Report, 2004.
Maynard, R. S., Fluid Momentum Controller, S. Patent 4, 1998, pp. 776.
Lurie, B.J. and Schier, J.A., “Liquid-Ring Attitude Control System for Spacecraft,” NASA Tech Briefs, 1990.
Laughlin, D.R., Sebesta, H.R. and Ckelkamp-Baker, D.E., “A Dual Function Magnetohydrodynamic (Mhd) Device for Angular Motion Measurement and Control,” Advances in the Astronautical Sciences, 111, 2002, pp. 335-348.
Iskenderian, T.C., “Liquid Angular Momentum Compensator,” NASA Tech. Briefs, 1989.
Varatharajoo, R., Kahle, R. and Fasoulas, S., “Approach for Combining Spacecraft Attitude and Thermal Control Systems,” Journal Spacecraft Rockets, 40, No. 5, 2003.
Alkhodari, S.B. and Varatharajoo, R., “ and Control Options for the Combined Attitude and Thermal Control System (CATCS),” Advances in Space Research, Vol. 43, Issue 12, 2009, pp. 1897-1903.
Kumar K.D., “Satellite Attitude Stabilization Using Fluid Rings,” online Publication of Acta Mechanica,
Nobari, N.A. and Misra, A.K., “Satellite Attitude Stabilization Using Four Fluid Rings,” AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference, Toronto, Canada, 2010.
Vadali, S.R., “Variable-Structure Control of Spaceraft Large-Angle Maneuvers,” Journal of Guidance, Control and Dynamics, Vol. 9, No. 2, 1986, pp. 235-239.
Dwyer, T.A.W. and Sira-Ramirez, H., “Variable-Structure Control of Spacecraft Attitude Maneuvers,” The Journal of Guidance, Control and Dynamics, Vol. 11, No. 3, 1988, pp. 262-270.
Chen, Y-P. and Lo, S.C., “Sliding Mode Controller Design for Spacecraft Attitude Tracking Maneuvers,” IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 29, No. 4, 1993, pp. 1328-1333.
Crassidies, J.L. and Markley, F.L., “Sliding-mode Control Using Modified Rodrigues Parameters,” The Journal of Guidance, Control and Dynamics, Vol. 19, No. 6, 1996, pp. 1381-1383.
Robinett, R.D. and Parker, G.G., “Least Squares Sliding Mode Control Tracking of Spacecraft Large Angle Maneuvers,” The Journal of the Astronautical Sciences, Vol. 45, No. 4, 1997, pp. 433-450.
Hu, Q., Xie, L. and Wang, Y., “Sliding Mode Attitude and Vibration Control of Flexible Spacecraft with Actuator Dynamics,” IEEE International Conference on Control and Automation, Guangzhou, China, 2007.
Slotine, J-J.E. and Di Benedetto, M.D., “Hamiltonian Adaptive Control of Spacecraft,” IEEE Transaction on Automatic Control, Vol. 35, No. 7, 1990, pp. 848-852.
Boussalis, D., Bayard, D.S. and Wang, S.J., “Adaptive Spacecraft Attitude Control with Application to Space Station,” Proceedings of IEEE Conference on Control Applications, Dayton, Ohio, USA, 1992, pp. 440-447.
Dando, A., “Spacecraft Attitude Maneuvers Using Composite Adaptive Control with Invariant Sliding Manifold,”48^th IEEE Conference on Decision and Control and 28^th Chinese Control Conference Shanghai, P.R. China, 2009.
Rao, B.P. and Kumar, G.S., “Sliding Mode Controller Design for Spacecraft Attitude Stabilization,” International Journal of Advanced Engineering Sciences and Technologies, Vol. 11, No. 1, 2011, pp. 183-189.
Cong, B., Liu, X. and Chen, Z., “Adaptive Sliding Mode Control for Spacecraft Attitude Maneuvers with Reduced or Eliminated Reaching Phase,” UKACC International Conference on Control, Cardiff, UK, 2012.
Crassidis, J.L., Vadali, S.R. and Markley, F.L., “Optimal Variable-Structure Control Tracking of Spacecraft Maneuvers,” Journal of Guidance, Control and Dynamics, Vol. 23, No. 3, 2000, pp. 564-566.