علوم و فناوری فضایی

علوم و فناوری فضایی

ارزیابی کنترل ‌وضعیت مغناطیسی با شبیه‌ساز آزمایشگاهی مبتنی بر یاتاقان هوایی

نوع مقاله : مقالة‌ پژوهشی‌

نویسندگان
مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
چکیده
در این مقاله، ارزیابی کنترل وضعیت مغناطیسی با استفاده از قوانین کنترلی PD و LQR بررسی شده است. برای ارزیابی این قوانین کنترلی از «شبیه‌ساز سه‌درجۀ آزادی کنترل وضعیت ماهواره مبتنی بر یاتاقان هوایی» استفاده شده است. معادلات دینامیکی و سینماتیکی توسعه‌یافته برای شبیه‌ساز با تست آزمایشگاهی حلقه‌باز صحه‌گذاری می‌شود. پس از اثبات صحت مدل‌سازی، قوانین کنترلی با مقایسۀ نتایج شبیه‌سازی و تست آزمایشگاهی حلقه‌بسته ارزیابی می‌شود. به دلیل محدودیت‌های ذاتی شبیه‌ساز، پیاده‌سازی کنترل‌کنندۀ وضعیت مغناطیسی تنها در راستای یک محور امکان‌پذیر است. نتایج تست‌های آزمایشگاهی نشان‌دهندۀ عملکرد بهتر قانون کنترلی LQR و دقت مناسب آن برای بسیاری از مأموریت‌هاست. بنابراین، با تعمیم کنترل‌کنندۀ  LQRشبیه‌سازی سه‌محوره برای یک ماهواره انجام شده است.
 
کلیدواژه‌ها

[1] Ovchinnikom, Yu., Penkovv, I., Ilyina, A. and Selivanovs, A., “Magnetic Attitude Control Systems of The Nanosatellite Tns-Series,” Selected  Proceedings of the 5th International Symposium of the International Academy of Astronautics, Berlin, 2005, pp. 337-344
[2] Bolandi, H., Ghorbani, V.B. and Ataei, M. “Attitude Control System of a Spinning Satellite using Only Magnetic Coils,” Presented at the 4th International and 8th AnnualConference of Iranian Mechanical Engineerin g(ISME2000), Sharif University, Tehran, Iran, 2000.
[3] Bolandi, H. and Vaghei, B.G., “Stable Supervisory- AdaptiveController for Spinning Satelliteusing Only Magnetorquers,” IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 45, No. 1, Jan. 2009.
[4] White, J.S., Shigemoto, F.H. and Bourquin, K. “Satellite Attitude Control Utilizing the Earth’s Magneticfield,” National Aeronautics and Space Administration, Technical Report NASA TN-D1068, 1961.
[5] Musser, K.L. and Ebert, W.L., “Autonomous Spacecraft Attitude Control Using Magnetic Torquing Only,”Flight Mechanics/Estimation Theory Symposium, NASA Conference Publication, 1989, pp. 23–38.
[6] Wisniewski, R., Satellite Attitude Control Using Only Electromagnetic Actuation, (Ph.D. Thesis), Department of Control Engineering Aalborg University Fredrik Bajers Vej 7, DK-9220 Aalborg Ø, Denmark, Dec. 1996. 
[7] Wisniewski, R. and Markley, L.M., “Optimal magnetic attitude control,” Proceeding of The 14th IFAC World Congress, Beijing, China, 1999.
[8] Psiaki, M.L., “Magnetic Torquer Attitude Control Via Asymptotic Periodic Linear Quadratic Regulation,”AIAA 2000, p.13.
[9] Raschke, C., Roemer, S. and Grossekatthoefer, K., “Test Bed for Verification of Attitude Control System,” ample of Paper for Journal of the Japan Society for Test Bed, 2012, pp. 1-4.
[10] Min, H., Guoqiang, Z. and Yudong G., “Thruster Control for Micro-Satellite Attitude and Hardware-inthe-loop Demonstration”, American Journal of Engineering and Technology Research, Vol. 11, No. 12,2012, pp. 588-591.
[11] Prado, J., Bisiacchi, G., Reyes, L., Vicente E., Contreras F., Mesinas M. and Juárez, A., “Three-Axis Air-Bearing Based Platform for Small Satellite Attitude Determination and Control Simulation,” Journal of Applied Research and Technology, December, año/vol. 3, Número 003 Universidad Nacional Autónoma de México Distrito Federal, México, 2005, pp. 222-237.
[12] Kulick, W.J., “Development of A Control Moment Gyroscope Controlled, Three Axis Satellite Simulator, With Active Balancing for The Bifocal Relay Mirror Initiative,” (M Sc Thesis), Naval Postgraduate School Monterey, CA 93943-5000, Dec. 2004.
[13] Larson, W.J. and Wertz, J.R. Space Mission Analysis and Design, Microcosm, Inc., 1992
[14] Makovec, K.L., A Nonlinear Magnetic Controller for Three-Axis Stability of Nanosatellites, (M Sc Thesis), of Science in Aerospace Engineering, Virginia Polytechnic Institute and State University, 2001.
[15] Gießelmann, J. “Development of an Active Magnetic Attitude Determination and Control System for Picosatelliteson highly inclined circular Low Earth Orbits, (M Sc. Thesis), School of Aerospace, Engineering and Technology Portfolio RMIT University, 2006.
[16] Guerrant, D.V., Design and Analysis of Fully Magnetic Control For Picosatellite Stabilization, (M Sc Thesis) Aerospace Engineering, California Polytechnic State University, San Luis Obispo, 2005.
[17] Lorentzen, T. “Attitude Control and Determination Systemfor DTUsat1,” Cube Sat project Department of Automation, Ørsted•DTU Technical University of Denmark, Feb. 2002.
[18] Tavakoli, A.H., Kalhor, A. and Dehghan, S. M.M., “Implementation of Three Axis Attitude Controllers for Evaluation of a Micro-gravity Satellite Simulator,”JSST, Vol 5, No. 2, 2012, pp. 59-68 (In Persian).
[19] Zipfel, P.H., Modeling and Simulation of Aerospace Vehicle Dynamics, University of Florida, Gainesville, Florida, 2007.
[20] Kim, B.M., Velenis, E., Kriengsiri, P., and Tsiotras, P.,“Designing a Low Cost Spacecraft Simulator,” IEEE Control Systems Magazine, 2003
[21] Regan, F.J. and Anandakrishnan, S.M., Dynamics of Atmospheric Re-Entry, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 1992.
[22] Sidi, M.J., Spacecraft Dynamics and Control Camberidge University press, 1997.
[23] Silani, E. and Lovera, M., “Magnetic Spacecraft Attitude Control: A Survey and Some New Results,” Control Engineering Practice (Elsevier), Vol. 13, 2005,pp. 357–371.
[24] Makovec, K.l., “A Nonlinear Magnetic Controller for Three-Axis Stability of Nanosatellites,” (M Sc Thesis) Aerospace Engineering, Blacksburg, Virginia, 2001.

  • تاریخ دریافت 24 تیر 1393
  • تاریخ بازنگری 23 فروردین 1394
  • تاریخ پذیرش 03 آذر 1395
  • تاریخ اولین انتشار 03 آذر 1395