علوم و فناوری فضایی

علوم و فناوری فضایی

کنترل وضعیت سه محوره ماهواره با ترکیب تراستر و چرخ های عکس العملی

نوع مقاله : مقالة‌ پژوهشی‌

نویسندگان
1 دانشکده علوم مهندسی، دانشگاه تهران، تهران، ایران.
2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران
3 دانشکده علوم و فنون نوین ، دانشگاه تهران ، تهران، ایران
چکیده
در این مقاله، کنترل وضعیت ماهواره با استفاده از ترکیب چرخ عکس ­العملی و تراستر مورد بررسی قرار می‌گیرد. پس از استخراج معادلات حاکم بر دینامیک وضعیت ماهوراه، از روش کنترلی PID برای تعیین گشتاور کنترلی مناسب استفاده می­شود. با در نظر گرفتن مدل و قیود حاکم بر چرخ­ عکس­ العملی، مومنتوم زاویه­ای و گشتاور اعمالی چرخ­های عکس ­العملی به­ دست آمده و برای شرایط اولیه مختلف آنالیز می­ گردد. نتایج به­دست آمده نشان می­دهد تا زمانی­ که چرخ ­ها اشباع نشده­ اند، کنترل وضعیت با استفاده از چرخ­ ها با دقت مناسب صورت می­ گیرد ولی با اشباع چرخ­ ها کنترل وضعیت به درستی صورت نگرفته و زوایای اویلر به شدت افزایش می­ یابد. برای اشباع زدایی چرخ­ ها از تراستر استفاده می­ شود به طوری‌که هم مومنتوم زاویه ­ای چرخ ­ها کاهش یابد و هم وضعیت ماهواره به مقدار مطلوب کنترل شود. سه استراتژی مختلف برای کاهش دور چرخ­ ها با روش­های PWM و PWPF ارائه شده و نتایج مقایسه شده و روش مناسب برای کنترل وضعیت و از اشباع خارج ساختن چرخ­ های عکس‌العملی ارائه می­ گردد. نتایج این مقاله می­ تواند برای کنترل وضعیت ماهوراه­ های مشابه نیز مفید واقع شود.
کلیدواژه‌ها

[1]  Agrawal, B. And Gran, R., "Attitude Control Of Flexible Communications Satellites," Navigation And Control Conference, 1991, P. 2651.
[2]  Kosari, A. R., Peyrovani, M., Fakoor, M., And Nejat, H., "Design Of LQG/LTR Controller For Attitude Control Of Geostationary Satellite Using Reaction Wheels," 2014.
[3]  Khoshnood, A. And Maryamnegari, H.M., "Dynamics Modeling And Active Vibration Control Of A Satellite With Flexible Solaشr Panels," Modares Mechanical Engineering, Vol. 14, 2015.
[4]  Arefkhani, H., M. Mahdiabadi, And Dehghan, M. M., "Satellite Spin Stabilization By Magnetic Torquers And Validation With Air-Bearing Simulator," Journal Of Space Science & Technology (JSST), Vol. 9, Pp. 34-55, 2016.
[5]  Lee, D.Y. Park, H., Romano, M. And Cutler, J. "Development And Experimental Validation Of A Multi-Algorithmic Hybrid Attitude Determination And Control System For A Small Satellite," Aerospace Science And Technology, Vol. 78, 2018, Pp. 494-509.
[6]  Wu, Y.-H., Han, F., Zheng, M.-H., Wang, F., Hua, B., Chen, Z.-M., And Cheng, Y.-H., "Attitude Tracking Control For A Space Moving Target With High Dynamic Performance Using Hybrid Actuator," Aerospace Science And Technology, Vol. 78, 2018, Pp. 102-117.
[7]  Ismail, Z. And Varatharajoo, R., "A Study Of Reaction Wheel Configurations For A 3-Axis Satellite Attitude Control," Advances In Space Research, Vol. 45, 2010, Pp. 750-759.
[8]  Mousavi, F., Roshanian, J. And Emami, M., "Hardware-In-The-Loop Simulation For Attitude Control Of A Suborbital Module Using Cold Gas Thrusters," Modares Mechanical Engineering, Vol. 14, 2015.
[9]  Mirshams, M., Ghobadi, M., Haghi, H., And Sharifi, G., "Using Air-Bearing Based Platform And Cold Gas Thruster Actuator For Satellite Attitude Dynamics Simulation," Modares Mechanical Engineering, Vol. 14, 2015.
[10]  Patton, R. J., Uppal, F. J., Simani, S. And Polle, B., "Robust FDI Applied To Thruster Faults Of A Satellite System," Control Engineering Practice, Vol. 18, 2010, Pp. 1093-1109.
[11]  K. H. Lee And S. W. Choi, "Interaction Effect Analysis Of Thruster Plume On LEO Satellite Surface Using Parallel DSMC Method," Computers & Fluids, Vol. 80, 2013, Pp. 333-341.
[12]  J. Jin, B. Park, Y. Park, And M.-J. Tahk, "Attitude Control Of A Satellite With Redundant Thrusters," Aerospace  Science And Technology, Vol. 10, 2006, Pp. 644-651.
[13]  Kumar, K.D. And Zou, A.-M., "A Novel Single Thruster Control Strategy For Spacecraft Attitude Stabilization," Acta Astronautica, Vol. 86, 2013, Pp. 55-67.
[14]  Bohlouri, V. and Jalali Naini, S.H., "Robust Optimization of Satellite Attitude Control With Thruster Actuators Based On Combined Objective Function," Journal of Space Science & Technology (JSST), Vol. 10, Isuue 4, 2018, pp. 55-66.
[15]  Sarli, B.V., Da Silva, A.L. and Paglione, P., "Sliding Mode Attitude Control Using Thrusters And Pulse Modulation For The ASTER Mission," Computational And Applied Mathematics, Vol. 34, 2015, pp. 535-556.
[16]  Chang, D., "Magnetic And Momentum Bias Attitude Control Design for The HETE Small Satellite," 1992.
[17]  Creamer, G., Delahunt, P., Gates, S. and Levenson, M., "Attitude Determination and Control of Clementine During Lunar Mapping," Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 19, 1996, pp. 505-511,.
[18]  Giulietti, F., Quarta, A.A. and Tortora, P., "Optimal Control Laws for Momentum-Wheel Desaturation Using Magnetorquers," Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 29, 2006, pp. 1464-1468.
[19]  Trégouët, J.-F., Arzelier, D., Peaucelle, D., and Zaccarian, L., "Static Input Allocation for Reaction Wheels Desaturation Using Magnetorquers," IFAC Proceedings Volumes, Vol. 46, 2013, pp. 559-564.
[20]  Ito, T., Ikari, S., Funase, R., Sakai, S., Kawakatsu, Y., Tomiki, A., and Inamori, T., "Active use of Solar Radiation Pressure for Angular Momentum Control of the PROCYON Micro-Spacecraft," Acta Astronautica, 2018.
[21]  Chobotov, V.A., Orbital Mechanics, Secend Edition, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2002.
[22]  Sidi, M. J., Spacecraft Dynamics and Control: a Practical Engineering Approach, Vol. 7: Cambridge University Press, 2000.
[23]  Bach, R. and Paielli, R., "Direct Inversion of Rigid-Body Rotational Dynamics," American Control Conference, 1990, 1990, pp. 1786-1791.
[24]  Hughes, P.C., Spacecraft Attitude Dynamics: Courier Corporation, 2012.
[25]  Kelly, S.G., Advanced Vibration Analysis: CRC Press, 2006.

  • تاریخ دریافت 26 اسفند 1396
  • تاریخ بازنگری 28 مرداد 1397
  • تاریخ پذیرش 21 شهریور 1397
  • تاریخ اولین انتشار 01 آذر 1397