30514

كنترل وضعيت سه محوره يك ماهواره سنجش از دور با وجود كاهش عملكرد چرخ‌هاي عكس‌العملي

كارشناسي ارشد

مهندسي هوافضا- فناوري ماهواره

1399

1402/7/15

بهمن قرباني واقعي

فناوري‌هاي نوين

طراحي كنترل كننده وضعيت يك ماهواره سنجش از دور داراي نقص عملكردي در چرخهاي عكسالعملي آنها با اهداف تصويربرداري با قدرت تفكيك بالا در اين پايان نامه ارائه ميشود. در ابتدا مباني بنيادي مربوط به كنترل ماهواره نظير دستگاههاي مختصات، ديناميك و سينماتيك دوراني ماهواره، اغتشاشات محيطي، و پس از آن ديناميك عملگرها و الگوريتم كنترلي بيان ميشود. عملگرهاي به كار رفته براي كنترل وضعيت ماهواره چرخهاي عكس العملي و گشتاورسازهاي مغناطيسي مي باشند كه براي ماهواره هاي پايين زمين انتخابي متداول بوده اند كه از چرخهاي عكس العملي براي مانورهاي وضعيتي با دقت بالا، زواياي بزرگ و سرعت عملياتي بالا، و از گشتاورسازهاي مغناطيسي براي مانورهايي مانند كاهش سرعتهاي ناخواسته، اشباع زدايي چرخهاي عكس العملي و پايداري سه محوره ماهواره استفاده مي گردد. طراحي سيستم كنترلي با خطي سازي معادلات ديناميكي سيستم و براي يك نقطه كاري معين و پياده سازي آن بر روي ديناميك غيرخطي انجام شده است. قانون كنترلي به كار رفته براي برآورده ساختن اهداف كنترلي، قانون كنترل PDانتخاب شده است كه هم براي كنترل گشتاورهاي مغناطيسي و هم براي كنترل گشتاورهاي چرخهاي عكس العملي بكار گرفته شده است كه با استفاده از نرم افزار سيميولينك/ متلب، در ابتدا براي كنترل ماهواره توسط سه چرخ عكس العملي، پس از آن براي زماني كه چرخهاي عكس العملي داراي نقص عملكردي گردند (كه شامل نقص در چرخ عكس العملي محور x،نقص در چرخ عكس العملي محور y، و نقص در چرخ عكسالعملي محور z بدنه ماهواره براي حالاتي كه يك چرخ معيوب گردد، و سپس براي نقص عملكردي چرخهاي محورهاي xوy،چرخهاي محورهاي xو z و سرانجام چرخهاي محورهاي yوz، و نهايتا نقص در سه چرخ عكسالعملي) با كمك گشتاورسازهاي مغناطيسي كنترل وضعيت ماهواره صورت پذيرفت. طراحي كنترل كننده ها با درنظرگرفتن كنترل كننده مجزا براي هر حالت، در حضور گشتاورهاي اغتشاشي محيطي نظير گشتاور گراديان جاذبهاي، گشتاور درگ اتمسفر، گشتاور تشعشعات خورشيدي و گشتاور اغتشاشي مغناطيسي انجام شده است. كنترل كننده طراحي شده توانست در حالتهايي كه يك يا دو چرخ عكس العملي از كار ميافتند به جز حالتي كه خرابي كه در راستاي چرخ محور yرخ دهد، الزامات تصويربرداري سنجش از دور با قدرت تفكيك بالا را برآورده سازد. براي حالتي كه سه چرخ داراي نقص عملكردي شدند ديگر سيستم كنترلي قادر به برآورده سازي الزامات تصوير برداري با قدرت تفكيك بالا نبود، همچنين نشان داده شد كه كنترل كننده قادر به دفع اثرات ناشي از ممان اينرسيهاي ضربي ميباشد

1402/12/05

three-axis attitude control of a remote sensing satellite in the presence of under-actuated reaction wheels

1/1/1900 12:00:00 AM

In this thesis, for the controller design of a satellite with high-resolution imaging capabilities in the presence of under-actuated reaction wheels, we first discussed the fundamental principles of satellite control. This includes concepts such as: coordinate systems, satellite rotational dynamics and kinematics, environmental disturbances and next actuator dynamics, and control algorithms. The actuators used to control the attitude of the satellite are: reaction wheels and magnetic torquers, which have been a common choice for low-earth satellites. Reaction wheels are used for high-precision attitude maneuvers with large angles and high operational speeds. Additionally, magnetic torquers are used for maneuvers such as: detumbling, desaturating reaction wheels, and stabilizing the satellite's three axes. A control system design was implemented by linearizing the system's dynamic equations and applying it to the nonlinear dynamics. The control law used to meet the control objectives is PD control law implimented for both the magnetic controller and the reaction wheel torque controller, using Simulink/MATLAB software, it is done initially to control the satellite by three reaction wheels, then for when the reaction wheels are underactuated (which includes defects in the reaction wheel of the x axis, defects in the reaction wheel of the y axis, and defects in the reaction wheel of the z axis of the satellite body frame for cases where one wheel becomes defective, and then for defects of the wheels of the x and y axes, the wheels of the x and z axes and the wheels of the y and z axes, and finally the defects in the three reaction wheels) It is implemented with the help of magnetorquers. The control system designed by assigning a separate controller to each mode in the presence of environmental disturbance torques such as: gravity gradient, atmospheric drag, solar radiation and magnetic disturbance torque. The designed controller was able to meet the requirements of remote sensing imaging with high resolution in cases where one or two reaction wheels fail; except for the case where the fault occurs along the y-axis. For the case where three wheels were faulty, the control system was no longer able to meet the requirements of high-resolution imaging, and it was also shown that the controller is able to eliminate the effects caused by the multiplicative moment of inertia.

كنترل وضعيت سه محوره , قانون كنترل PD , ماهواره داراي نقص عملكردي درچرخ‌هاي عكس‌العملي

Three axis attitude control , PD control law , satellite control in the presence of underactuated reaction wheels

Abolhassan Alishahi

Bahman Ghorbani Vaghei