33428

طراحي كنترل كننده پيش بين مدل تطبيقي تحمل پذير عيب و كاربرد آن در كنترل وضعيت يك ماهواره انعطاف پذير

دكتري تخصصي

مهندسي برق - گرايش كنترل

1396

1404/02/01

دكتر حسين بلندي

دكتر بهمن قرباني واقعي، دكتر سعيد عبادالهي

مهندسي برق

طراحي يك كنترل كننده ي مناسب در سيستم‌هاي هوافضا نسبت به ديگر حوزه‌هاي صنعتي با چالش‌ها و دشواري‌هاي بيشتري مواجه است كه علت‌هاي اصلي اين امر را مي‌توان تنوع فراوان در پلتفرم هاي ماموريتي، ديناميك هاي غيرخطي در هم پيچيده، نياز به انجام ماموريت هاي حساس و دقيق، محدوديت‌هاي سخت افزاري، قيود عملياتي، نياز به تضمين پايداري و عمليات پذيري درون ناحيه ي عملكردي وسيع و قابليت اطمينان بالا دانست. چالش هاي مذكور در ماهواره هاي انعطاف پذير از شدت بيشتري نسبت به ماهواره هاي صلب نيز برخوردارند چراكه اين ماهواره ها به طور ذاتي با غيرخطي گري هاي شديدتر و نامعيني هاي گسترده تري مواجه مي باشند. چنان چه در روند طراحي سيستم كنترلي ماهواره هاي انعطاف پذير، طراح از مودهاي انعطاف پذيري غافل باشد، سيستم حلقه بسته نهايي قادر به دستيابي به عملكرد بالايي نخواهد بود و حتي امكان ناپايداري وضعيتي نيز وجود خواهد داشت. بنابراين، طراحي سيستم كنترلي براي ماهواره هاي انعطاف پذير با چالش ها و حساسيت هاي بسياري روبه روست و شايد به همين علت است كه اين مسئله به يكي از حوزه هاي تحقيقاتي جذاب براي محققان رشته هاي مهندسي كنترل و هوافضا تبديل گشته است. هدفي كه در اين رساله دنبال مي گردد، طراحي يك سيستم كنترلي براي ماهواره هاي انعطاف پذير به نحوي است كه ضمن قابليت پياده سازي عملي، اهداف كنترلي مورد نياز را نيز برآورده سازد. اهداف كنترلي اصلي مورد نظر در اين رساله، قابليت در نظر گرفتن قيود عملياتي و سخت افزاري موجود، داشتن رويكرد بهينه در اتخاذ تصميمات كنترلي، مقاوم بودن سيستم كنترلي در برابر نامعيني ها و اغتشاشات موجود، تحمل پذيري رخداد عيب در سيستم كنترلي، تضمين امكان پذيري و پايداري سيستم حلقه بسته و قابليت پياده سازي عملي به صورت توكار مي باشند. در راستاي ميل به اين اهداف، در اين پيشنهاديه با بررسي جامع خصوصيات سيستم هاي كنترلي مختلف، سيستم كنترل پيش بين مدل تطبيقي تحمل پذير عيب به عنوان رهيافت مناسب انتخاب گرديده است. سيستم كنترل پيشنهادي در اين رساله، قادر خواهد بود تا ضمن برآورده سازي قيود عملياتي و تضمين پايداري و امكان پذيري سيستم حلقه بسته، بار محاسباتي مورد نياز را در سطحي معقول حفظ نمايد. سيستم كنترلي همچنين ضمن حفظ عملكرد بالاي سيستم حلقه بسته و اتخاذ تصميات كنترلي با رويكردي بهينه، قادر به تحمل نامعيني ها و غيرخطي گري هاي موجود در ماهواره هاي انعطاف پذير بوده و علاوه بر آن، نسبت به رخداد عيب در زيرسيستم كنترل وضعيت تحمل پذير خواهد بود.

1404/02/29

On the Design of a Fault-Tolerant Adaptive Model Predictive Control: Application to Attitude Control of a Flexible Spacecraft

4/21/2026 12:00:00 AM

Designing an appropriate control system in aerospace systems faces more challenges and difficulties rather than other industrial areas. The most important factors in appearing such challenges can be considered as great variety of mission platforms, complex nonlinear dynamics, the need to perform acute missions with high precision and reliability, operational constraints and limitations, the need to ensure stability and operability within a wide range of operating area. These challenges have more severity in flexible satellites rather than rigid satellites since they are inherently more severely nonlinearities and higher uncertainties. If the designer neglets the flexibility modes in the design process of the flexible satellite control system, the final closed-loop system will not be able to achieve high performance indeces and moreover, there may even be a possibility of leading to instability. Therefore, designing a control system for flexible satellites faces many challenges, and perhaps this is why this has become an attractive area for researchers in the fields of control and aerospace engineering. The aim of this dissertation is to design a control system for flexible satellites in such a way that, while the capability of implementing the control system practically is preserved, it also meets all the required control objectives. The main control objectives of this dissertation can be defined as follows: ability to consider the physical limitations and operational constraints, having an optimal approach for generating control decisions, robustness of closed-loop system with regards to uncertainties and perturbations, ability of tolerating fault occurrence in the control system, ability of ensuring the feasibility and stability of the closed-loop system and eventually, capability of practical implementation. In order to achieve these goals, in this proposal, by comprehensively examining the characteristics of different control systems, the fault-tolerant adaptive model predictive controller has been selected as the appropriate control system for flexible satellites. The proposed control system will be able to satisfy operational constraints and ensure the stability and feasibility of the closed loop system, while preserved the required computational load at a reasonable level which provide the ability of practically implementation. Moreover, the proposed control system will able to provides the high performance characteristics for closed-loop system and generates control decisions with an optimal approach, while tolerate the inherent uncertainties and nonlinearities of flexible satellites and the probable fault occurrence in the control system.

كنترل پيش بين تطبيقي تحمل پذير عيب , امكان پذيري , پايداري , ماهواره انعطاف پذير

Adaptive Predictive Fault Tolerance Control , Feasibility , Stability , Flexible Satellite

Mohammad Fathi

Hossein Bolandi