23525

طراحي كنترل‌كننده وضعيت مقاوم زمان‌ثابت براي يك ماهواره انعطاف پذير

دكتراي تخصصي

برق- كنترل

1394

1399/12/09

دكتر سيد مجيد اسماعيل زاده

برق

با پيشرفت فناوري فضايي، ماهواره‌هاي مدرن سنجش از دور مجهز به الحاقات سبك‌وزن از قبيل آرايه‌هاي خورشيدي و آنتن‌هاي مخابراتي به منظور كاهش هزينه‌هاي پرتاب مي‌باشند. از طرفي چنين ماهواره‌هايي به دليل محدوديت زماني عكس‌برداري نيازمند مانور سريع و البته دقيق وضعيت مي‌باشند. مانورهاي سريع وضعيت در ماهواره‌هاي عملياتي، موجب ارتعاش اجزاي انعطاف‌پذير ماهواره شده و اين ارتعاشات از طريق متصل‌كننده به بدنه صلب نيز منتقل گشته و كيفيت تصاوير ثبت شده را كاهش مي‌دهند. به منظور دستيابي به تصاوير با وضوح بالا، سيستم كنترل وضعيت ماهواره بايد علاوه بر كاهش خطاي نشانه‌روي، قادر به بهبود پايداري نشانه‌روي نيز باشد؛ اين درحالي است‌كه ارتعاشات اجزاي انعطاف‌پذير، اغتشاشات محيطي، عدم قطعيت مدل و مسئله اشباع عملگر، طراحي سيستم كنترل وضعيت را با چالشي جدي روبرو مي‌كند. در اين رساله، يك كنترل‌كننده مقيد مقاوم زمان‌ثابت براي سيستم وضعيت ماهواره انعطاف‌پذير با در نظر گرفتن اشباع عملگر طراحي مي‌شود. كنترل‌كننده پيشنهادي از دو بخش تشكيل شده است؛ بخش اول وظيفه پايدارسازي سريع متغيرهاي حالت سيستم را برعهده دارد. براي اين منظور، از يك كنترل مود لغزشي زمان‌ثابت استفاده مي‌شود به نحوي كه در حضور اشباع عملگر، پايداري زمان‌ثابت سيستم حلقه بسته در يك افق زماني محدود و مستقل از شرايط اوليه تضمين مي‌گردد. كنترل زمان‌ثابت پيشنهادي نه تنها همگرايي سريع متغيرهاي حالت سيستم در كل فضاي كاري را فراهم مي‌كند، بلكه مانع از تواتر نامنظم و تكينگي نيز مي‌گردد. بخش دوم نيز با الهام از مفهوم كنترل عملكرد از پيش تعيين شده، مشخصه‌هاي عملكردي مطلوب متغير وضعيت و سرعت زاويه‌اي ماهواره از قبيل حداكثر فراجهش و باند نهايي همگرايي را تأمين مي‌نمايد. ويژگي منحصر به فرد اين كنترل مقيد، تضمين عملكرد مطلوب حالت گذرا و ماندگار براي تمامي متغيرهاي حالت سيستم و برخورداري از ساختار ساده‌تر در مقايسه با كنترل‌كننده‌هاي مقيد موجود مي‌باشد. نتايج شبيه‌سازي بر روي يك ماهواره عملياتي انعطاف‌پذير كارايي رويكرد پيشنهادي در اين رساله را تاييد مي‌نمايد.

1399/12/24

Design of a fixed-time robust attitude controller for a flexible satellite

2/28/2022 12:00:00 AM

With the development of space technology, modern spacecraft are equipped with lightweight appendages, such as communication antennas and solar panels, to reduce lunch costs. Due to time limitation on the image collection process, such spacecraft are required to show fast and accurate maneuvers. However, rapid maneuvers lead to flexible structures vibration. The vibration is then transferred to the rigid body and considerably deteriorates the quality of the captured imagaes. To obtain pictures possessing high quality, the spacecraft attitude control system should reduce the pointing accuracy and enhance the pointing stability. Nevertheless, the flexible structures vibrations, environmental disturbances, model uncertainties and actuator saturation pose a real challenge to the attitude control system design. In this thesis, a robust constrained attitude controller for flexible spacecraft considering input saturation is developed. The proposed controller is composed of two parts. The first part provides fast convergence of the system states. For this purpose, a fixed-time sliding mode control is used so that fixed-time stabilization of the closed-loop system is guaranteed even when actuator saturation is taken into account. The convergence time is finite and independent of initial conditions. The proposed fixed-time control scheme not only improves convergence rate of the system states in entire the operational space, but it also prevents chattering and singularity problems. The second part, inspired by the concept of prescribed performance control, provides desired performance specifications such as overshoot and steady-state bound for both attitude and angular velocity, simultaneously. The unique property of the constrained control is to ensure desired performance in transient and steady-state phases for all the system states. It also possesses simpler structure compared to the existing constrained controls. The simulation results conducted on an operational flexible spacecraft verify the efficiency of the proposed approach.

كنترل وضعيت ماهواره انعطافپذير , كنترل مقاوم تطبيقي , كنترل زمان‌ثابت , عملكرد از پيش تعيين شده , اشباع عملگر

Flexible satellite attitude control , adaptive robust control , fixed-time stability , prescribed performance , actuator saturation